КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к горной промышленности, точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при эксплуатации и ремонте скважин, и предназначено для перекрытия трубной колонны в скважине ниже вставного насоса после извлечения последнего из скважины.

Известен клапан-отсекатель, содержащий затвор в виде шарового клапана и привод затвора в виде патрубка, служащего для перемещения затвора вниз и поплавка для перемещения вверх [1] .

Недостатком клапана является влияние перепада давления на надежность работы. Так перепад давления сверху, например, при проведении в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) работ, связанных с прокачкой жидкостей или перепад, вызванный поршневанием насоса при спуске его к месту установки, может отжать шар и задавить загрязненную скважинную жидкость в продуктивный пласт. Перепад же давления снизу вверх может создать усилие прижатия шара к седлу клапана, превышающее усилие, развиваемое весом насоса, и недопустить открытие клапана при установке насоса.

Известен также клапан-отсекатель, принятый в качестве прототипа и содержащий затвор в виде тарельчатого клапана с присоединенным к нему сверху штоком, и привод затвора, присоединенный к всасывающему патрубку насоса и снабженный защелкой для соединения со штоком тарельчатого клапана [2] .

Недостатки данного клапана те же, что и приведенного выше.

Цель изобретения - исключить влияние перепада давления на работоспособность клапана и на герметичность посадки насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в клапане-отсекателе, содержащем затвор, привод затвора, который соединен с насосом, он снабжен втулками с двумя рядами радиальных отверстий, в которых расположены подвижные элементы, а затвор выполнен в виде двух подвижных друг относительно друга сопрягаемых патрубков с радиальными отверстиями, при этом патрубок заглушен, а второй связан с приводом затвора, причем отверстия второго патрубка расположены над отверстиями первого патрубка на расстоянии, равном длине хода, причем втулка установлена в первом патрубке, а длина подвижных элементов больше толщины втулки, а первом патрубке под верхним рядом подвижных элементов выполнен бурт.

Кроме того, с целью исключения влияния привода затвора на герметичность посадки насоса, клапан снабжен втулкой, установленной в патрубке, связанном с колонной, и содержащей два ряда радиальных отверстий, в которые вставлены подвижные элементы, причем длина их больше толщины втулки, в этом же патрубке под верхним рядом подвижных элементов выполнен бурт, длина которого равна межосевому расстоянию циркуляционных отверстий плюс длина промежутка между рядами подвижных элементов, при этом толщина его не меньше разницы между длиной подвижных элементов и толщиной втулки, а привод выполнен в виде перфорированного штока, на нижнем конце которого расположен бурт длиной не более промежутка между рядами подвижных элементов. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается тем, что затвор выполнен из двух сопрягаемых патрубков с радиальными отверстиями, причем один из патрубков заглушен и связан с колонной, а другой связан с приводом затвора.

Таким образом, заявляемый клапан соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений показал, что указанные признаки отвечают и критерию "существенные отличия". Отсутствие аналогичных решений объясняется тем, что одним из главных требований к клапану-отсекателю является требование исключения влияния привода затвора на герметичность посадки насоса в опору, а применение затвора, содержащего сопрягаемые цилиндры связано с преодолением сил трения при перемещении сопрягаемых деталей в процессе посадки насоса. Решение задачи стало возможным лишь со снабжения устройства втулкой, установленной в патрубке, связанном с колонной и содержащей два ряда радиальных отверстий, в которые вставлены подвижные элементы, а привод выполнен в виде штока.

На фиг. 1 показан клапан-отсекатель в исходном положении, в начальный момент взаимодействия с приводом; на фиг. 2 - то же, при совмещенных радиальных отверстиях затвора; на фиг. 3 - то же, после извлечения насоса из НКТ.

Клапан-отсекатель содержит затвор, состоящий из заглушенного патрубка 1, связанного с колонной НКТ, и патрубка 2, связанного с приводом затвора. На патрубках выполнены радиальные циркуляционные отверстия 3 и 4. Связь клапана с насосом осуществляется через перфорированный шток 5, соединенный с всасывающим патрубком вставного насоса. Клапан также снабжен втулкой 6, установленной в патрубке 1 и содержащей два ряда радиальных отверстий, в которые вставлены подвижные элементы, например, шары 7 и 8. Длина элементов, в данном случае диаметр, больше толщины втулки 6. В патрубке 1 под верхним рядом подвижных элементов выполнен бурт 9, длина которого равна межосевому расстоянию циркуляционных отверстий 3 и 4 плюс длина промежутка между рядами подвижных элементов 7 и 8, а толщина - не меньше разницы между длиной подвижных элементов (диаметром шаров 7 и 8) и толщиной втулки 6. На нижнем конце штока 5 выполнен бурт 10 длиной не более промежутка между рядами подвижных элементов 7 и 8. На втулке 6 установлена пружинная защелка 11.

Клапан работает следующим образом. Клапан присоединен к низу колонны НКТ в положении, показанном на фиг. 3. К всасывающему патрубку вставного насоса присоединен шток 5. При спуске насоса, перед посадкой его в замковую опору шток 5 входит в патрубок 6. Бурт 10 упирается в нижний ряд шаров 8, которые удерживаются в выдвинутом состоянии буртом 9 патрубка 1, и перемещает втулку. На усилие перемещения втулки не сказывается действие перепада давления, т. к. давление снизу и сверху действуют на равные площади. Таким образом втулка перемещается вниз до момента, пока шары 8 не скатятся с бурта. В этом положении отверстия 3 и 4 совмещаются и открывают вход в клапан, а втулка фиксируется защелкой 11. При этом в результате перемещения втулки шары 7 буртом 9 выдвинуты внутрь втулки. Дальнейшее передвижение штока происходит без перемещения втулки и, следовательно, без нагрузки, что обеспечивает условия для беспрепятственной, плотной посадки насоса в замковую опору. В положении, показанном на фиг. 2, клапан обеспечивает условия для нормальной работы вставного насоса.

При извлечении насоса штанга 5 буртом 10, взаимодействуя с шарами 7, поднимает втулку 6 до схода шаров 7 с бурта 9. При этом патрубок 2 поднимается и перекрывает отверстия 4, а втулка фиксируется от самопроизвольного движения защелкой 11. В таком положении клапан остается до очередного спуска насоса, обеспечивая отсечение колонны НКТ от давления в скважине.

Технико-экономическая эффективность клапана-отсекателя обеспечивается тем, что в клапане исключено влияние перепада давления на его работоспособность и влияние привода затвора на герметичность. (56) Авторское свидетельство СССР N 1255291, кл. Е 21 В 34/06, 1985.

Патент США N 4776401, кл. 166-369, 1988.

Клапан-отсекатель предназначен для перекрытия трубной колонны в скважине ниже вставного насоса после извлечения последнего из скважины. В клапане-отсекателе, содержащем затвор и привод затвора, соединенный с насосом, затвор выполнен в виде двух подвижных относительно друг друга сопрягаемых патрубков с радиальными отверстиями, причем один из патрубков заглушен и связан с колонной, а другой связан с приводом затвора, при этом его отверстия расположены над отверстиями первого патрубка на расстоянии, равном длине хода. Клапан имеет также втулку, установленную в патрубке, связанном с колонной и имеющем два ряда радиальных отверстий, в которые вставлены подвижные элементы, взаимодействующие с буртом, выполненным в патрубке, и буртом, выполненным на штоке. Данный клапан обеспечивает исключение влияния перепада давления на его работоспособность и влияние привода затвора на герметичность посадки вставного насоса, при этом обеспечены условия надежного зацепления привода с затвором в процессе переключения клапана. 3 ил.

КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ, содержащий затвор, привод затвора, который соединен с насосом, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния перепада давления на работоспособность клапана и исключения влияния привода затвора на герметичность посадки насоса, он снабжен втулками с двумя рядами радиальных отверстий, в которых расположены подвижные элементы, а затвор выполнен в виде двух подвижных относительно друг друга сопрягаемых патрубков с радиальными отверстиями, при этом первый патрубок заглушен, а второй связан с приводом затвора, причем отверстия второго патрубка расположены над отверстиями первого патрубка на расстоянии, равном длине хода, причем втулка установлена в первом патрубке, а длина подвижных элементов больше толщины втулки, в первом патрубке под верхним рядом подвижных элементов выполнен бурт.