ОБРАТНЫЙ УСТЬЕВОЙ КЛАПАН НЕФТЯНОЙ, НЕФТЕГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2009 года по МПК E21B34/02 E21B33/03 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к устройствам для обеспечения режима бесперебойной работы скважин, например нефтяных, или нефтегазовых, или нефтегазоконденсатных и пр., характеризующихся затрубными проявлениями газа. Газ, скапливающийся в затрубном пространстве скважины, как правило, коррозионно активен и потому опасен развитием аварийной ситуации. Для предотвращения развития такой ситуации газ из затрубного пространства периодически стравливают - сбрасывают в автоматическом или управляемом режиме.

Однако устройства для стравливания газа оказываются, зачастую, не работоспособными из-за недоучета особенностей, имеющих место при стравливании газа - опасности образования кристаллогидратов этого газа непосредственно в устройстве для эксплуатации, а также влияния отрицательных температур на устье скважины.

Известно устройство для эксплуатации скважины, включающее выкидную линию для потока добываемого пластового флюида, размещенную на устье скважины, патрубок для подвода газа из заколонного пространства скважины, перекрытый обратным клапаном, который установлен под углом к корпусу и связан с последним, при этом обратный клапан имеет возможность стравливания газа в выкидную линию и вытеснения из него пластового флюида до его замерзания в выкидной линии (SU 1348504, 03.02.1986).

Недостатком известного устройства является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что известное устройство обеспечивает режим тотального вытеснения теплого пластового флюида из выкидной линии скважинным газом, который имеет низкую теплоемкость. Выкидная линия в среде газа с низкой теплоемкостью практически сразу приобретает температуру окружающей среды на устье скважины. Газ, будучи практически всегда влажным, создает все условия для примерзания запорного элемента обратного клапана к его седлу. Кроме того, в условиях неконтролируемого стравливания газа в условиях влажности, низкой температуры и перепада давления на клапане создаются условия образования кристаллогидратов. В итоге, клапан в таких условиях по той и/или иной причине, описанных выше, оказывается не работоспособным.

Известна нефтедобывающая скважина с устьевым оборудованием, в состав которого входит в том числе клапан, предназначенный для регулирования потока затрубного газа и выполненный из седла и подпружиненного под седло клапана, установленного с возможностью отключения его от работы посредством прижимного винта (RU 2309240 С1, 09.03.2006)

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы обратного устьевого клапана для безопасной эксплуатации нефтяной, нефтегазовой скважины независимо от внешних условий на устье скважины и тем самым обеспечение бесперебойной работы скважины в целом.

Поставленная задача решается за счет того, что обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины согласно изобретению включает полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида, преимущественно нефти, нефтегазовой смеси, и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, преимущественно, затрубного газа, а также отводящим патрубком смеси основного и сбрасываемого компонентов, смонтированный в корпусе обратного клапана внутренний блок с корпусом в виде стакана с, по меньшей мере, одним отверстием или каналом в его боковой стенке для отвода затрубного газа, установленный под углом к вектору потока пластового флюида и пересекающий его с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса обратного клапана кольцевой полости, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки, при этом обратный клапан также включает, по меньшей мере, один размещенный в стакане запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части и разделяющий его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока затрубного газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие или канал в боковой стенке стакана, расположенные в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка смеси пластового флюида и затрубного газа, причем запорный орган смонтирован в стакане, по меньшей мере, с контурным опиранием его неподвижной части на упомянутую боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана.

При этом подвижная часть запорного органа обратного клапана может быть выполнена в виде подпружиненной тарели, а неподвижная его часть - в виде седла, при этом тарель снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло стволовым направляющим элементом, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка сбросового компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего.

Тарель может быть выполнена с круговой конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока клапана и запорного органа, а по высоте запирающего участка тарель выполнена с переменным радиусом опорной поверхности, конгруэнтной ответной поверхности седла, уменьшающимся к ее тыльной части до границы перехода в стволовой направляющий элемент.

Тарель может быть выполнена с имеющей переменный радиус конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока клапана и запорного органа, а по высоте ее запирающего участка тарель выполнена также с переменным радиусом, меньшим во всех радиальных направлениях соответствующего им по направлению максимального радиуса упомянутой проекции и уменьшающимся к тыльной части тарели до границы ее перехода в стволовой направляющий элемент, при этом конфигурация поверхности тарели конгруэнтна конфигурации ответной поверхности седла, причем тарель пространственно сориентирована направлением ее наибольшего радиуса, практически совпадающим или параллельным направлению условной оси, по крайней мере, подводящего патрубка основного компонента.

Запорный орган или, по крайней мере, его подвижная часть могут быть размещены практически в средней части пропускного поперечного сечения подводящих патрубков основного и сбрасываемого компонентов и отводящего патрубка смеси основного и сбрасываемого компонентов.

Конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, может быть выполнена в виде единого или составного цилиндра, установленного боковой поверхностью на пути указанного потока с возможностью обтекания им указанной поверхности.

Конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, может быть выполнена круглоцилиндрической в поперечном сечении, нормальном к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка.

Конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, может быть выполнена с переменным радиусом в поперечном сечении, нормальным к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка, при этом упомянутая стенка стакана пространственно расположена в клапане с ориентацией наибольшего радиуса указанного сечения в направлении условной оси подводящего патрубка основного компонента.

Поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента может быть выполнено эллиптическим или эллипсовидным, с направлением большой оси эллипса упомянутого поперечного сечения стакана в направлении, практически соосном или параллельном условной оси упомянутого подводящего патрубка.

Поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента может быть выполнено овальным или составным, с ориентацией большой оси или наибольшего диаметра указанного поперечного сечения стакана, практически соосной или параллельной условной оси упомянутого подводящего патрубка.

Поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента может быть выполнено овоидальным или в виде квазикаплевидного среза, обращенным расширенной частью сечения навстречу вектору набегающего потока основного компонента, с направлением большой оси указанного поперечного сечения стакана, практически соосным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка основного компонента.

Площадь внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть выполнена превышающей площадь контурной поверхности условного цилиндра, описанного или вписанного в конфигурацию указанного участка упомянутой стенки стакана внутреннего блока клапана.

По меньшей мере, омываемая основным компонентом внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть образована условным вращением с постоянным или переменным радиусом нелинейной направляющей вокруг условной оси указанного блока.

Условная формообразующая нелинейная направляющая контура омываемой основным компонентом внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть выполнена складчато деформированной, например, в виде повторяющейся в осевом направлении стенки стакана внутреннего блока треугольной, трапецеидальной, волнистой или комбинированной складки.

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть выполнена со спиральной закруткой формообразующих складчатых элементов ее профиля, например, путем условного геликоидного перемещения упомянутой условной ломаной составляющей.

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть образована путем условного вращения упомянутой складчатой направляющей относительно условной оси внутреннего блока с постоянным или переменным радиусом с одновременным возвратно-поступательным радиально-осевым смещением последней, например, по синусоиде, в том числе замкнутой, вписанной в условную цилиндрическую поверхность стенки стакана внутреннего блока.

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть выполнена оребренной, с пространственной ориентацией ребер, ламинарно сопрягаемой с направлением векторов струйного омывания стенки указанным потоком, либо спирально закрученной под углом, изменяющим направление упомянутых векторов струйного омывания потока основного компонента.

Спиральное оребрение омываемой набегающим потоком основного компонента внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, может быть выполнено в виде фрагментов многозаходной спирали.

Выполненное спиральным оребрение может иметь встречно направленную закрутку на примыкающих участках экспонированной на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента длины боковой стенки стакана.

Встречно направленная спиральная закрутка оребрения может быть выполнена центростремительной, увеличивающей дополнительную подачу части набегающего потока основного компонента к зоне расположения запорного органа в стакане внутреннего блока, а граница изменения направленности спиральной закрутки оребрения по длине упомянутых участков боковой стенки стакана внутреннего блока проекционно экспонирована на аналогичной проекции тарели упомянутого запорного органа на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента.

Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, состоит в обеспечении бесперебойной работы нефтяной, нефтегазовой скважины за счет повышения надежности работы устьевого оборудования, а именно за счет конструкторского решения устройства для безопасной эксплуатации скважины - обратного клапана, выполненного с возможностью омывания стакана внутреннего блока обратного клапана теплым пластовым флюидом, в частности нефтью, практически по всему периметру в течение всего времени эксплуатации и обеспечение выхода сбрасываемого затрубного газа в поток пластового флюида в том же направлении течения, что и пластовый флюид, обеспечение режима «мягкого» смешивания этого газа с пластовым флюидом и «отрыв» газа от стакана практически после омывания пластовым флюидом внешней поверхности боковой стенки стакана, что создает оптимальный тепловой режим в зоне обратного клапана при любых неблагоприятных внешних условиях в зоне устья скважины. При таком выполнении устройства последнее работает в режиме постоянной более интенсивной аккумуляции теплоты от текущего через обратный клапан теплого пластового флюида, имеющего более высокую теплоемкость, чем смесь пластового флюида и затрубного газа. При этом сам режим стравливания газа предусмотрен таким, что он предотвращает образование кристаллогидратов в обратном клапане. Это обеспечено также найденным в изобретении конструктивным решением запорного органа и каналов для пластового флюида и газа и усилий подпружинивания тарели, определяющими режим подачи газа в обратный клапан и оптимальный температурный режим в нем. При этом, для оптимизации работы устройства контролируют давление газа в затрубном пространстве и давление в потоке пластового флюида, не допуская аварийно-высоких значений давления в затрубном пространстве.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен обратный клапан, продольный разрезе;

на фиг.2 - стакан, в поперечном сечении, выполненный эллипсовидным;

на фиг.3 - то же, выполненный овальным;

на фиг.4 - то же, выполненный овальным составным;

на фиг.5 - то же, выполненный овоидальным;

на фиг.6 - то же, выполненный в виде каплевидного среза;

на фиг.7 - формообразующая нелинейная направляющая контура омываемой основным компонентом внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, выполненная в виде повторяющейся в осевом направлении стенки стакана внутреннего блока треугольной складки;

на фиг.8 - то же, в виде трапецеидальной складки;

на фиг.9 - то же, в виде волнистой складки;

на фиг.10 - то же, в виде комбинированной складки;

на фиг.11 - обратный клапан, выполненный с оребрением внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока.

Обратный устьевой клапан 1 нефтяной, нефтегазовой скважины включает полый корпус 2, оснащенный подводящим патрубком 3 основного компонента - пластового флюида, преимущественно нефти, нефтегазовой смеси, подводящим патрубком 4 сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа, а также отводящим патрубком 5 смеси основного и сбрасываемого компонентов, смонтированный в корпусе 2 обратного клапана внутренний блок 6 с корпусом в виде стакана 7 с, по меньшей мере, одним отверстием 8 или каналом в его боковой стенке 9 для отвода затрубного газа, установленный под углом к вектору потока пластового флюида и пересекающий его с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса 2 обратного клапана кольцевой полости 10, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки 3 и 5 соответственно. Обратный клапан также включает, по меньшей мере, один размещенный в стакане 7 запорный орган 11, имеющий подвижную часть, выполненную в виде подпружиненной тарели 12, и неподвижную часть в виде седла 13 и разделяющий его полость на входную полость 14 перед запорным органом 11 и рабочую полость 15 за запорным органом 11 по направлению потока затрубного газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие 8 или канал в боковой стенке 9 стакана 7, расположенные в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка 3 смеси пластового флюида и затрубного газа.

Запорный орган 11 смонтирован в стакане 7, по меньшей мере, с контурным опиранием его неподвижной части - седла 13 на упомянутую боковую стенку 9 стакана 7 внутреннего блока 6 обратного клапана.

Тарель 12 запорного органа 11 снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло 13 стволовым направляющим элементом 16, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка 4 сбросового компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель 12 напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего, а с другой стороны тарель 12 взаимодействует со стержнем 17 с пружиной 18 сжатия, взаимодействующей одним концом с тарелью, а другим концом - с дном стакана 7.

Тарель 12 выполнена с круговой конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока 6 клапана и запорного органа 11, а по высоте запирающего участка 19 тарель выполнена с переменным радиусом опорной поверхности, конгруэнтной ответной поверхности седла, уменьшающимся к ее тыльной части до границы перехода в стволовой направляющий элемент 16.

Тарель 12 может быть выполнена с имеющей переменный радиус конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока 6 клапана и запорного органа 11, а по высоте ее запирающего участка 19 тарель 12 выполнена также с переменным радиусом, меньшим во всех радиальных направлениях соответствующего им по направлению максимального радиуса упомянутой проекции и уменьшающимся к тыльной части тарели до границы ее перехода в стволовой направляющий элемент, при этом конфигурация поверхности тарели 12 конгруэнтна конфигурации ответной поверхности седла 13, причем тарель пространственно сориентирована направлением ее наибольшего радиуса, практически совпадающим или параллельным направлению условной оси, по крайней мере, подводящего патрубка 3 основного компонента.

Запорный орган 11 или, по крайней мере, его подвижная часть - тарель 12 размещены практически в средней части пропускного поперечного сечения подводящих патрубков основного и сбрасываемого компонентов соответственно 3 и 4 и отводящего патрубка 5 смеси основного и сбрасываемого компонентов.

Стакан 7 обратного клапана с запорным органом 11 выполнен съемным с возможностью его замены, при этом фиксирование стакана 7 в корпусе 2 обратного клапана происходит с помощью, например, гайки 20 и штифта 21, а также втулки 22 для фиксации седла 13. Позициями 23-26 показаны герметизирующие уплотнения обратного клапана. Такая система фиксации обеспечивает возможность замены с минимальными затратами времени.

Конфигурация внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6 клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента, выполнена в виде единого или составного цилиндра, установленного боковой поверхностью на пути указанного потока с возможностью обтекания им указанной поверхности.

Конфигурация внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, может быть выполнена круглоцилиндрической (на чертежах не показано) в поперечном сечении, нормальном к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка.

Конфигурация внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, может быть выполнена с переменным радиусом (на чертежах не показано) в поперечном сечении, нормальном к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка, при этом упомянутая стенка стакана пространственно расположена в клапане с ориентацией наибольшего радиуса указанного сечения в направлении условной оси подводящего патрубка основного компонента.

Поперечное сечение стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента может быть выполнено эллиптическим 28 или эллипсовидным, с направлением большой оси эллипса упомянутого поперечного сечения стакана 7 в направлении, практически соосном или параллельном условной оси упомянутого подводящего патрубка 3.

Поперечное сечение стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента может быть выполнено овальным 29 или составным 30, с ориентацией большой оси или наибольшего диаметра указанного поперечного сечения стакана 7, практически соосной или параллельной условной оси упомянутого подводящего патрубка 3.

Поперечное сечение стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента может быть выполнено овоидальным 31 или в виде квазикаплевидного среза 32, обращенным расширенной частью сечения навстречу вектору набегающего потока основного компонента, с направлением большой оси указанного поперечного сечения стакана 7, практически соосным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка 3 основного компонента.

Площадь внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, выполнена превышающей площадь контурной поверхности условного цилиндра, описанного или вписанного в конфигурацию указанного участка упомянутой стенки стакана внутреннего блока клапана.

По меньшей мере, омываемая основным компонентом внешняя поверхность 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, образована условным вращением с постоянным или переменным радиусом нелинейной направляющей 33 вокруг условной оси указанного блока.

Условная формообразующая нелинейная направляющая 33 контура омываемой основным компонентом внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, выполнена складчато-деформированной, например, в виде повторяющейся в осевом направлении стенки стакана треугольной, трапецеидальной, волнистой или комбинированной складки соответственно 34, 35, 36 и 37.

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность 27 боковой стенки 9 стакана 7, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, выполнена со спиральной закруткой формообразующих складчатых элементов 34-37 ее профиля, например, путем условного геликоидного перемещения упомянутой условной ломаной составляющей (на чертежах не показано).

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность 27 боковой стенки 9 стакана 7, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, образована путем условного вращения упомянутой складчатой направляющей 33 относительно условной оси внутреннего блока с постоянным или переменным радиусом с одновременным возвратно-поступательным радиально-осевым смещением последней, например, по синусоиде (на чертежах не показано), в том числе замкнутой, вписанной в условную цилиндрическую поверхность стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6.

Омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность 27 боковой стенки 9 стакана, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, выполнена оребренной, с пространственной ориентацией ребер 38, ламинарно сопрягаемой с направлением векторов струйного омывания стенки 9 указанным потоком, либо спирально закрученной под углом, изменяющим направление упомянутых векторов струйного омывания потока основного компонента.

Спиральное оребрение омываемой набегающим потоком основного компонента внешней поверхности 27 боковой стенки 9 стакана, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента и отводящего патрубка 5 смеси компонентов, выполнено в виде фрагментов многозаходной спирали (на чертежах не показано).

Выполненное спиральным оребрение имеет встречно направленную закрутку (на чертежах не показано) на примыкающих участках экспонированной на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента длины боковой стенки 9 стакана 7.

Встречно направленная спиральная закрутка оребрения выполнена центростремительной, увеличивающей дополнительную подачу части набегающего потока основного компонента к зоне расположения запорного органа 11 в стакане 7 внутреннего блока 6, а граница изменения направленности спиральной закрутки оребрения по длине упомянутых участков боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока проекционно экспонирована на аналогичной проекции тарели 12 упомянутого запорного органа 11 на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка 3 основного компонента.

Обратный клапан работает следующим образом.

При штатном режиме работы скважины поток пластовой жидкости проходит через кольцевую полость 10 корпуса 2 обратного клапана, омывая при этом внешнюю поверхность 27 боковой стенки 9 стакана 7 внутреннего блока 6, служащего непосредственно для стравливания газа из затрубного пространства скважины, и обогревая его и тем самым аккмулируя тепло пластового флюида. Часть пластового флюида через отверстие 8 стакана 7 заходит в его рабочую полость 15, омывает и тем самым обогревает внутреннюю поверхность боковой стенки 9 стакана 7, седло 13, тарель 12 и уплотнение 23, обеспечивая, таким образом, требуемую температуру конструкции.

При превышении давления газа в затрубном пространстве скважины над давлением потока пластового флюида на 0,02-0,05 МПа тарель 12 под действием потока затрубного газа смещается, отрываясь от седла 13. Поток газа через щель между тарелью 12 и седлом 13 сбрасывается в рабочую полость 15 стакана 7 и через отверстие 8 сбрасывается внутрь корпуса 2 обратного клапана и смешивается с потоком пластового флюида в направлении его течения. Конструкция устройства обеспечивает возможность «мягкого» смешивания стравливаемого газа с пластовым флюидом и «отрыв» газа от обратного клапана потоком пластового флюида, что создает оптимальный тепловой режим в зоне обратного клапана независимо от внешних условий на устье скважины. При снижении давления затрубного газа внутри клапана тарель 12 под действием пружины 18 сжатия возвращается в седло 13, перекрывая поток затрубного газа.

При контакте влажного газа с поверхностями обратного клапана и внутренней поверхностью боковой стенки 9 стакана 7 неизбежно оседание на них конденсата с пониженной температурой. Однако влияние его на работоспособность устройства незначительно ввиду предварительного запаса тепла массой устройства и последующим быстрым прогревом устройства по внешней и внутренней поверхностям боковой стенки 9 стакана 7 и самого обратного клапана, в его закрытом положении, теплым потоком пластового флюида.

Использование изобретения позволяет увеличить срок службы устройства и эксплуатации скважины в целом в безаварийном режиме в суровых климатических условиях.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для обеспечения режима бесперебойной работы нефтяных или нефтегазовых скважин, характеризующихся затрубными проявлениями газа. Включает полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида, преимущественно нефти, и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа, а также отводящим патрубком смеси основного и сбрасываемого компонентов. В корпусе обратного клапана смонтирован внутренний блок с корпусом в виде стакана, оснащенным одним каналом в его боковой стенке для отвода затрубного газа. Обратный клапан также включает размещенный в стакане запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части и разделяющий его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока затрубного газа, сообщенную с потоком пластового флюида через канал в боковой стенке стакана. Запорный орган смонтирован в стакане, с контурным опиранием его неподвижной части на боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана. Обеспечивает бесперебойную работу скважины за счет обратного клапана, выполненного с возможностью омывания стакана внутреннего блока обратного клапана теплым пластовым флюидом, практически по всему периметру в течение всего времени эксплуатации. Также создает оптимальный тепловой режим при любых неблагоприятных внешних условиях. 19 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины, характеризующийся тем, что он включает полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида, преимущественно нефти, нефтегазовой смеси и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа, а также отводящим патрубком для смеси основного и сбрасываемого компонентов, смонтированный в корпусе обратного клапана внутренний блок с корпусом в виде стакана с, по меньшей мере, одним отверстием или каналом в его боковой стенке для отвода затрубного газа, установленный под углом к вектору потока пластового флюида и пересекающий его с образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса обратного клапана кольцевой полости, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки, при этом обратный клапан также включает, по меньшей мере, один размещенный в стакане запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части и разделяющий его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока затрубного газа, сообщенную с потоком пластового флюида через упомянутое отверстие или канал в боковой стенке стакана, расположенные в объемном радианном секторе угла видения упомянутой стенки из осевой точки поперечного сечения выходного устья отводящего патрубка смеси пластового флюида и затрубного газа, причем запорный орган смонтирован в стакане, по меньшей мере, с контурным опиранием его неподвижной части на упомянутую боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана.

2. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что подвижная часть запорного органа обратного клапана выполнена в виде подпружиненной тарели, а неподвижная его часть - в виде седла, при этом тарель снабжена с тыльной стороны пропущенным через седло стволовым направляющим элементом, внешний торец которого экспонирован на пропускное сечение подводящего патрубка сбросового компонента с возможностью восприятия, передачи на тарель напора сбрасываемого компонента и открывания тарели избыточным давлением последнего.

3. Обратный устьевой клапан по п.2, отличающийся тем, что тарель выполнена с круговой конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока клапана и запорного органа, а по высоте запирающего участка тарель выполнена с переменным радиусом опорной поверхности, конгруэнтной ответной поверхности седла, уменьшающимся к ее тыльной части до границы перехода в стволовой направляющий элемент.

4. Обратный устьевой клапан по п.2, отличающийся тем, что тарель выполнена с имеющей переменный радиус конфигурацией поверхности в проекции на условную плоскость, нормальную к условной оси внутреннего блока клапана и запорного органа, а по высоте ее запирающего участка тарель выполнена также с переменным радиусом, меньшим во всех радиальных направлениях соответствующего им по направлению максимального радиуса упомянутой проекции и уменьшающимся к тыльной части тарели до границы ее перехода в стволовой направляющий элемент, при этом конфигурация поверхности тарели конгруэнтна конфигурации ответной поверхности седла, причем тарель пространственно сориентирована направлением ее наибольшего радиуса, практически совпадающим или параллельным направлению условной оси, по крайней мере, подводящего патрубка основного компонента.

5. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что запорный орган или, по крайней мере, его подвижная часть размещены практически в средней части пропускного поперечного сечения подводящих патрубков основного и сбрасываемого компонентов и отводящего патрубка смеси основного и сбрасываемого компонентов.

6. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, выполнена в виде единого или составного цилиндра, установленного боковой поверхностью на пути указанного потока с возможностью обтекания им указанной поверхности.

7. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, выполнена круглоцилиндрической в поперечном сечении, нормальном к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка.

8. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что конфигурация внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока клапана, по меньшей мере, на участке, проекционно экспонируемом на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента, выполнена с переменным радиусом в поперечном сечении, нормальном к условной оси внутреннего блока и совмещенным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка, при этом упомянутая стенка стакана пространственно расположена в клапане с ориентацией наибольшего радиуса указанного сечения в направлении условной оси подводящего патрубка основного компонента.

9. Обратный устьевой клапан по п.8, отличающийся тем, что поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента выполнено эллиптическим или эллипсовидным, с направлением большой оси эллипса упомянутого поперечного сечения стакана в направлении, практически соосном или параллельном условной оси упомянутого подводящего патрубка.

10. Обратный устьевой клапан по п.8, отличающийся тем, что поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента выполнено овальным или составным с ориентацией большой оси или наибольшего диаметра указанного поперечного сечения стакана, практически соосной или параллельной условной оси упомянутого подводящего патрубка.

11. Обратный устьевой клапан по п.8, отличающийся тем, что поперечное сечение стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке проекционного экспонирования на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента выполнено овоидальным или в виде квазикаплевидного среза, обращенным расширенной частью сечения навстречу вектору набегающего потока основного компонента, с направлением большой оси указанного поперечного сечения стакана, практически соосным или параллельным условной оси упомянутого подводящего патрубка основного компонента.

12. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что площадь внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, выполнена превышающей площадь контурной поверхности условного цилиндра, описанного или вписанного в конфигурацию указанного участка упомянутой стенки стакана внутреннего блока клапана.

13. Обратный устьевой клапан по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, омываемая основным компонентом внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, образована условным вращением с постоянным или переменным радиусом нелинейной направляющей вокруг условной оси указанного блока.

14. Обратный устьевой клапан по п.13, отличающийся тем, что условная формообразующая нелинейная направляющая контура омываемой основным компонентом внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, выполнена складчато деформированной, например, в виде повторяющейся в осевом направлении стенки стакана внутреннего блока треугольной, трапецеидальной, волнистой или комбинированной складки.

15. Обратный устьевой клапан по п.14, отличающийся тем, что омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, выполнена со спиральной закруткой формообразующих складчатых элементов ее профиля, например, путем условного геликоидного перемещения упомянутой условной ломаной составляющей.

16. Обратный устьевой клапан по п.14, отличающийся тем, что омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, образована путем условного вращения упомянутой складчатой направляющей относительно условной оси внутреннего блока с постоянным или переменным радиусом с одновременным возвратно-поступательным радиально-осевым смещением последней, например, по синусоиде, в том числе замкнутой, вписанной в условную цилиндрическую поверхность стенки стакана внутреннего блока.

17. Обратный устьевой клапан по п.1, отличающийся тем, что омываемая набегающим потоком основного компонента внешняя поверхность боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, выполнена оребренной, с пространственной ориентацией ребер, ламинарно сопрягаемой с направлением векторов струйного смывания стенки указанным потоком, либо спирально закрученной под углом, изменяющим направление упомянутых векторов струйного смывания потока основного компонента.

18. Обратный устьевой клапан по п.17, отличающийся тем, что спиральное оребрение омываемой набегающим потоком основного компонента внешней поверхности боковой стенки стакана внутреннего блока, по меньшей мере, на участке, экспонированном на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента и отводящего патрубка смеси компонентов, выполнено в виде фрагментов многозаходной спирали.

19. Обратный устьевой клапан по п.18, отличающийся тем, что выполненное спиральным оребрение имеет встречно направленную закрутку на примыкающих участках экспонированной на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента длины боковой стенки стакана.

20. Обратный устьевой клапан по п.19, отличающийся тем, что встречно направленная спиральная закрутка оребрения выполнена центростремительной, увеличивающей дополнительную подачу части набегающего потока основного компонента к зоне расположения запорного органа в стакане внутреннего блока, а граница изменения направленности спиральной закрутки оребрения по длине упомянутых участков боковой стенки стакана внутреннего блока проекционно экспонирована на аналогичной проекции тарели упомянутого запорного органа на поперечное пропускное сечение подводящего патрубка основного компонента.