КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F16K17/34 E21B34/08 

Настоящее изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройству клапанов, преимущественно к клапанам, используемым для установки в скважинах при проведении в них ремонтных и профилактических работ.

Известен скважинный сбивной клапан, используемый для глушения скважин перед их ремонтом, содержащий корпус с двумя диаметрально выполненными каналами и запорный элемент, выполненный в виде стержня из пластичного металла. Концы стержня установлены в каналах корпуса (см. RU патент 2068077, опубл. 20.10.96).

Данный клапан имеет простую конструкцию, однако он, по существу, является одноразовым, т.е. после использования его необходимо поднимать из скважины для замены на новый или для "перезарядки".

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, при этом корпус выполнен с подвижным штоком и основным седлом. Запорный элемент выполнен в виде шара, а в корпусе выполнены узел фиксации и узел переключения отсекателя (см., RU, патент 2049226, опубл. 27.11.95)
Данный клапан-отсекатель позволяет проводить глушение скважин для проведения различного рода работ, однако конструкция клапана очень сложна, имеет много подвижных деталей, что снижает надежность его работы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности работы клапана-отсекателя за счет упрощения его конструкции и обеспечение автоматического срабатывания клапана при смене режима работы клапана.

Указанная задача решается за счет того, что в клапане-отсекателе, содержащем корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, последний выполнен в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, клапан снабжен направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, в нижней части направляющего цилиндра с образованием герметичной полости установлен замок цанги, запорный элемент установлен в направляющем цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, наружная цилиндрическая поверхность запорного элемента сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра и в последнем в подпоршневой зоне запорного элемента выполнены отверстия, при этом в надпоршневой зоне запорного элемента и в направляющем цилиндре выполнены отверстия, которые совмещены в верхнем положении запорного элемента.

Кроме того, цанга может быть снабжена регулировочной втулкой, а герметичная полость замка цанги может быть заполнена жидкостью, например маслом.

Описываемый клапан управляется и работает при наличии перепада давления в стволе скважины. Данный клапан имеет всего одну подвижную деталь - выполненный в виде дифференциального поршня запорный элемент. Выполнение на наружной поверхности запорного элемента дифференциального поршня, сопряжение этой поверхности с внутренней поверхностью направляющего цилиндра и выполнение в направляющем цилиндре отверстия в подпоршневой зоне запорного элемента позволяет сообщить подпоршневую зону с подпакерныи пространством скважины. В результате достигается автоматическое срабатывание клапана при изменении разницы давления между давлением в подпакерной зоне скважины (фактически давление продуктивного пласта скважины) и давлением в скважине над пакером в зоне установки клапана. Выполнение запорного элемента с цангой, которая взаимодействует с замком цанги, позволяет настраивать клапан на определенный перепад давления, а снабжение цанги регулировочной втулкой позволяет регулировать параметры срабатывания клапана (рабочий перепад давления, при котором клапан срабатывает). Выполнение замка цанги в виде герметичной полости позволяет предотвратить попадание в замок цанги посторонних предметов, что повышает надежность работы замка и всего клапана в целом. Заполнение полости замка цанги жидкостью, например маслом, позволяет уменьшить влияние коррозионно опасных сред на замок цанги, что дополнительно повышает надежность работы замка и всего клапана в целом. Выполнение в запорном элементе и в направляющем цилиндре в надпоршневой зоне запорного элемента отверстий, которые совмещаются в верхнем положении запорного элемента, позволяет исключить влияние изменения перепада давления на величину перепада давления, при котором срабатывает клапан, что позволяет более точно настраивать клапан на срабатывание при строго определенной величине перепада давления, что также повышает надежность работы устройства.

Таким образом, путем выполнения клапана-отсекателя, как описано выше, позволяет достигнуть выполнения поставленной задачи - повысить надежность работы клапана при резком упрощении его конструкции.

На чертеже схематически показан продольный разрез клапана-отсекателя.

Клапан-отсекатель содержит корпус 1 с осевым каналом 2 и размещенным в корпусе 1 запорным элементом 3. Запорный элемент 3 выполнен в виде полого дифференциального поршня 4 с размещенной в нижней его части цангой 5. Клапан снабжен направляющим цилиндром 6, установленным в корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 7. В нижней части направляющего цилиндра 6 с образованием герметичной полости 9 установлен замок 8 цанги 5. Запорный элемент 3 установлен в направляющем цилиндре 6 с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Наружная цилиндрическая поверхность запорного элемента 3, которая одновременно является поверхностью, посредством которой образован дифференциальный поршень 4, сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра 6 и в последнем (в его боковой стенке) в подпоршневой зоне запорного элемента 3 выполнены отверстия 10. В надпоршневой зоне запорного элемента 3 в его боковой стенке и в боковой стенке направляющего цилиндра 6 выполнены отверстия 11 и 12 (в направляющем цилиндре отверстия 11 и в запорном элементе отверстия 12), причем в верхнем положении запорного элемента 3 эти отверстия 11 и 12 совмещены. Цанга 5 может быть снабжена регулировочной втулкой 13, а герметичная полость 9 может быть заполнена жидкостью 14, например маслом. В верхней части запорного элемента 3 может быть установлен шариковый клапан 15.

Клапан работает следующим образом.

Клапан-отсекатель комплектуется с пакером 16 и устанавливается в стволе скважины так, как это показано на чертеже.

Под давлением столба жидкости закрывается шариковый клапан 15 (если он установлен) и запорный элемент 3 перемещается вниз. При этом отверстия 11 направляющего цилиндра 6 перекрываются боковой стенкой запорного элемента 3. Перемещение заканчивается, когда цанга 5 входит в замок 8 цанги 5. Предпочтительно усилие захвата (срабатывания) замка 8 составляет от 500 до 3000 кг и может быть отрегулировано посредством регулировочной втулки 13.

В этом положении клапан закрыт и герметизация достигается за счет плотного контакта цилиндрических поверхностей направляющего цилиндра 6 и запорного элемента 3.

При снижении уровня жидкости в скважине растет (за счет давления в подпакерной зоне) перепад давления на клапане и соответственно растет результирующее усилие, действующее на поршень 4 запорного элемента 3 снизу, т. е. со стороны пласта. При достижении предельного, заранее установленного перепада давления цанга 5 срывается с замка 8 и запорный элемент 3 перемещается в свое верхнее положение. При этом отверстия 11 направляющего цилиндра 6 совмещаются с отверстиями 12 запорного элемента 3 и клапан переходит в открытое положение, при котором подпакерное пространство сообщается с надпакерным, что приводит к тому, что жидкость из скважины поступает через кольцевой зазор 7 отверстия 11, 12, внутреннюю полость запорного элемента 3, шариковый клапан 15 (если он установлен) в пространство скважины выше пакера 16 и далее к устью скважины.

Данные, описанные выше циклы работы клапана при изменении перепадов давления в скважине могут повторяться автоматически достаточное, необходимое количество раз.

Данный клапан-отсекатель может быть использован при производстве работ по смене оборудования в скважинах, при ремонте скважин, как нефтяных, так и газовых, без создания противодавления на продуктивный пласт и тем самым без ухудшения продуктивности скважин. Одновременно герметичное отключение пласта позволяет исключить выбросы вредных веществ из скважины при проведении в ней описанных выше работ, что позволяет повысить экологическую и технологическую безопасность при проведении регламентных работ на скважине.

Клапан предназначен для установки в скважинах при проведении в них регламентных и ремонтных работ. Клапан-отсекатель содержит корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом. Последний выполнен в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой. Клапан снабжен направляющим цилиндром. Цилиндр установлен в корпусе с образованием кольцевого зазора. В нижней части направляющего цилиндра с образованием герметичной полости установлен замок цанги. Запорный элемент установлен в направляющем цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Наружная цилиндрическая поверхность запорного элемента сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра и в последнем в подпоршневой зоне запорного элемента выполнены отверстия. В надпоршневой зоне запорного элемента и в направляющем цилиндре выполнены отверстия. Последние совмещены в верхнем положении запорного элемента. Выполнение клапана описанным образом позволяет повысить надежность работы клапана и обеспечить его автоматическую работу в заданном диапазоне давлений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, клапан снабжен направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, в нижней части направляющего цилиндра с образованием герметичной полости установлен замок цанги, запорный элемент установлен в направляющем цилиндре с возможностью возвратно-поступательного перемещения, наружная цилиндрическая поверхность запорного элемента сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра и в последнем в подпоршневой зоне запорного элемента выполнены отверстия, при этом в надпоршневой зоне запорного элемента и в направляющем цилиндре выполнены отверстия, которые совмещены в верхнем положении запорного элемента. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что цанга снабжена регулировочной втулкой. 3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что герметичная полость замка цанги заполнена жидкостью, например маслом.