Клапан обратный устьевой быстросъемный Российский патент 2017 года по МПК E21B34/02 F16K15/04 

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может быть использовано в манифольде добычной устьевой арматуры, для перепуска среды из затрубного пространства в рабочее пространство и предотвращения перетоков добываемой среды в затрубье.

Несмотря на простоту конструкции устьевых клапанов, потери в добыче нефти, из-за выхода из строя обратного клапана, механического износа пружины, замерзания седла и шарика, выхода из строя стандартного пробоотборника из-за износа уплотнительной поверхности, например, только на Ем-Ёговской площади, из-за 600 остановок скважин для профилактических и ремонтных работ на обратных клапанах и пробоотборниках, за год составили 200 т нефти, а потери в УНПА Север-Талинка, при 450 остановках соответственно 50 т нефти. Кроме того, при обслуживании обратных клапанов пробоотборников неизбежно происходит утечка нефти, приводящая к загрязнению окружающей среды.

Известен «Обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины» по патенту RU2367775 от 18.06.2008, Опубликовано: 20.09.2009, МПК E21B34/02, E21B33/03, включающтй 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; 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.

Известен «Обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины» по патенту RU 87206, от 18.06.2008, Опубликовано: 27.09.2009, МПК E21B43/00. содержащий 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.

Наиболее близким техническим решением является «Обратный устьевой клапан нефтяной, нефтегазовой скважины» по патенту RU 2375553 от 18.06.2008, Опубликовано: 10.12.2009, МПК E21B34/02, E21B33/03, содержащий 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 для отвода затрубного газа, в потоке пластового флюида, с возможностью смывания последним внешней поверхности боковой стенки стакана, при этом, обратный клапан также включает по меньшей мере один размещенный в стакане запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части; внутренний блок смонтирован в корпусе обратного клапана с пересечением его и образованием при этом с внутренней поверхностью стенок корпуса обратного клапана кольцевой полости, сообщающей по пластовому флюиду подводящий и отводящий патрубки; запорный орган смонтирован в стакане внутреннего блока с разделением его полости 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; запорный орган смонтирован в стакане, по меньшей мере, с контурным опиранием его неподвижной части на боковую стенку стакана внутреннего блока обратного клапана.

Все вышеописанные конструкции устьевых клапанов не позволяют, при их обслуживании и ремонте, например, из-за механического износа пружин, замерзания клапанной пары, наклепа на рабочих поверхностях, отложения солей и парафина в полостях клапана, нарушения герметичности уплотнительных элементов, работать под давлением в полости корпуса клапана, предполагают остановку скважины, перекрытие задвижек напорной магистрали и магистрали затрубного газа, а также не позволяют производить отбор проб через клапан.

При этом подвижная часть запорного органа обратного клапана ближайшего аналога выполнена в виде подпружиненной конусной тарели, а неподвижная часть - в виде конусного седла. Такая конструкция запорного органа хорошо работает на чистом продукте, но из-за большой площади контакта седла и тарели, очень чувствительна к наличию механических примесей, солей, гидратов, а также влиянию отрицательных температур, когда происходит примерзание запорного конусного элемента к седлу.

Немаловажно, что для разборки клапана и извлечения запорного органа требуется специальный ключ и съемник.

Задачей предлагаемого изобретения является сведение до минимума количество времени на проведение профилактических и ремонтных работ при обслуживании клапанов, под давлением в полости корпуса без остановки скважины, для повышения производительности скважины, а также создание возможности производить отбор проб через клапан.

Задача решена за счет клапана обратного устьевого быстросъемного, содержащего полый корпус с подводящими патрубками основного компонента и сбрасываемого компонента и отводящим патрубком для смеси основного и сбрасываемого компонентов, в котором размещен, с пересечением его перпендикулярно оси внутренней полости, запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части, отличающийся тем, что запорный орган, открывающий или запирающий сообщение полости с флюидом (нефтью) с полостью с газом из затрубного пространства, выполнен в виде золотника с левой резьбой, образующего с седлом внутреннюю полость, для ввертыша с правой резьбой, и дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина; ввертыш снабжен расположенными диаметрально продольными пропускающими газ пазами и радиально расположенными каналами для автоматического сброса газа; полный корпус выполнен в виде тройника из поковки методом точения с цилиндрической внутренней полостью; клапанная пара ввертыша, седло и шарик выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например, керамики; неподвижное седло ввертыша зафиксировано гайкой; ввертыш снабжен теплоизолирующей шайбой; ввертыш снабжен набором регулировочных втулок; установленный на ввертыше стравливающий газ штуцер оснащен запирающим шариком; стравливающий газ штуцер выполнен с возможностью установки в него либо контрольного манометра, либо пробоотборника для взятия проб; герметизация сопрягаемых деталей клапана осуществляется резиновыми кольцами 20, 21, 22, 23, 24 по ГОСТ 18829-73.

Оснащение клапана запорным органом, выполненным в виде золотника с левой резьбой, образующего с седлом внутреннюю полость, для ввертыша с правой резьбой, и дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина; и снабжение ввертыша расположенными диаметрально продольными пропускающими газ пазами и радиально расположенными каналами для автоматического сброса газа позволяет свести до минимума время на ввертывание-вывертывание ввертыша, без сброса давления в полости корпуса клапана, при обслуживании клапана, при проведении профилактических и ремонтных работ без остановки скважины.

Клапан обратный устьевой быстросъемный изображен на чертежах, где на фиг.1 изображен клапан в сборе в разрезе, на фиг. 2 изображен ввертыш с дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина в разрезе.

На фиг.1, 2 изображены полый корпус 1 обратного клапана, подводящий патрубок 2, отводящий патрубок 3 смеси основного и сбрасываемого компонентов, подводящий патрубок 4 сбрасываемого компонента, седло 5 золотника, золотник 6 в виде стакана, внутренний блок - ввертыш 7, внутренняя полость 8 корпуса клапана, внутренняя полость 9 золотника, полость 10 с затрубным газом, продольные пазы 11 для отвода затрубного газа, поджимная гайка 12, седло 13 - неподвижная часть запорного органа, шарик 14 - подвижная часть запорного органа, пружина 15, регулировочная втулка 16, каналы 17 сброса газа, запорный шарик 18, спускной штуцер 19, уплотняющие резиновые кольца 20, 21, 22, 23, 24, пластовый флюид (нефть) 25, затрубный газ 26, теплоизолирующая шайба 27, ход L золотника, диаметр d1 - внутренний диаметр золотника, диаметр d2 - наружный диаметр ввертыша.

Клапан обратный устьевой быстросъемный выполнен следующим образом.

Клапан обратный устьевой быстросъемный содержит полый корпус 1, фиг.1, выполненный в виде тройника из поковки методом точения, с цилиндрической внутренней полостью 8.

Корпус оснащен подводящим патрубком 2 основного компонента флюида, преимущественно нефти 25, и подводящим патрубком 4 сбрасываемого компонента, преимущественно затрубного газа 26, а также отводящим патрубком 3 смеси основного 25 и сбрасываемого 26 компонентов.

В полом корпусе, с пересечением его перпендикулярно оси внутренней полости 8, размещен запорный орган, с подвижной частью - золотником 6 и неподвижной частью - седлом 5, образующими внутреннюю полость 9 запорного органа.

Золотник 6 оснащен левой резьбой, для предотвращения отвинчивания его совместно с внутренним блоком-ввертышем 7, оснащенным правой резьбой.

Золотник 6 и седло 5 являются запорным органом, открывающим или запирающим сообщение внутренней цилиндрической полости 8 корпуса клапана с флюидом (нефтью) 25, с полостью 10 с газом 26 из затрубного пространства и внутренней полостью 9 запорного органа.

Во внутреннюю полость 9 запорного органа вставлен внутренний блок-ввертыш 7 (фиг.2) с дополнительным запорным органом; с неподвижным седлом 13, фиксируемым гайкой 12, шариком 14, пружиной 15, с регулировочной втулкой 16 и теплоизолирующей шайбой 27.

Для сброса газа 26 в ввертыше 7 профрезерованы четыре радиально расположенных продольных паза 11. Форма пазов позволяет интенсивно и беспрепятственно омывать нефтью 25 дополнительный запорный орган клапана, устраняя застойные зоны, минимизируя отложение солей и парафиноотложения.

Герметизация сопрягаемых деталей клапана осуществляется резиновыми кольцами 20, 21, 22, 23, 24 по ГОСТ 18829-73.

Рабочие элементы клапана постоянно находятся в потоке флюида (нефти) 25 и интенсивно омываются им, что положительно сказывается на работоспособности клапана.

Материал клапанной пары седла 13 и шарика 14 – керамика - имеет низкую теплопроводность, что в значительной степени предотвращает ледообразование на ней.

Для регулировки усилия открытия клапана в широких пределах 0,2÷0,8 МПа служит комплект регулировочных втулок 16.

Для повышения безопасности в работе по обслуживанию и ремонту клапана в конструкции клапана предусмотрено, что при рабочем положении золотника «открыто», грани шестигранника под ключ на ввертыше 7 перекрываются, исключая извлечение его под давлением рабочей среды. Исключается также возможность извлечения золотника при завернутом ввертыше 7, так как разность диаметров d1, d2 ограничивает ход L золотника.

Для сброса остаточного давления служит штуцер 19 с запирающим шариком 18, а также защита от работы под давлением при извлечении ввертыша 7. Еще при неполном извлечении ввертыша происходит его разгерметизация и газ стравливается через каналы 17. если даже давление не сброшено через штуцер 19.

Конструкция штуцера 19 позволяет устанавливать в него либо контрольный манометр, либо пробоотборник для взятия проб.

Для разборки и сборки клапана не требуется специнструмента, приспособлений и съемников, в отличие от аналогов. Сборка и разборка клапана производится при помощи гостовских накидных гаечных ключей 2-х типоразмеров.

Оснащение клапана запорным органом, выполненным в виде золотника 6 с левой резьбой, образующего с седлом 5 внутреннюю полость 9, для ввертыша 7 с правой резьбой, и дополнительным запорным органом седло 13-шарик 14-пружина 15; и снабжение ввертыша 7 расположенными диаметрально продольными пропускающими газ пазами 11 и радиально расположенными каналами 17 для автоматического сброса газа позволяет свести до минимума время на ввертывание-вывертывание ввертыша 7, без сброса давления в полости 8 корпуса клапана, при обслуживании клапана, при проведении профилактических и ремонтных работ без остановки скважины.

Клапан обратный устьевой быстросъемный работает следующим образом.

Клапан работает в режиме автоматического сброса избыточного давления газа из затрубья нефтяных и газовых скважин, при постоянном омывании запорной части клапана теплой средой. Клапан устанавливают в манифольд добычной устьевой арматуры, что обеспечивает надежную работу скважины при отрицательных температурах, на нефтяных и газовых скважинах с содержанием механических примесей до 0,05% по объему, суммарным содержанием СО₂ до 6% и H₂S до 0,003% .

При работе, поток флюида (нефть) 25 проходит через цилиндрическую полость 8 корпуса 1, омывая внешнюю поверхность золотника 6 седла 5 ввертыша 7, и через пазы 11, рабочие элементы 13, 14, 15 дополнительного запорного органа и нагревает их.

Массивный корпус клапана, изготовленный из поковки, а также разветвленная внутренняя поверхность клапана позволяют аккумулировать тепло, передаваемое от добываемого флюида (нефти) 25, обеспечивая, как в летних, так и в зимних условиях оптимальный тепловой режим работы клапанной пары, препятствует ледообразованию на ней.

При повышении давления газа 26 в затрубном пространстве в зависимости от усилия срабатывания клапана 0,2÷0,8 МПа шарик 14 смещается, сжимая пружину 15 от седла 13, в образовавшуюся щель газ 26 через продольные пазы 11 сбрасывается в полость 8 клапана, далее в напорную магистраль. При снижении давления газа, шарик 14 возвращается на место.

Профилактическое обслуживание включает в себя периодическую проверку затяжки ввертыша 7 клапана, контроль утечек через уплотнения клапана, без остановки скважины.

При плановом обслуживании извлекают ввертыш 7 клапана для проверки работоспособности и герметичности клапанной пары седло-шарик, соблюдая строгую последовательность.

Не останавливая работу скважины, перекрывают затрубную запорную арматуру устьевой обвязки скважины (не показано).

Перекрывают золотник клапана 5, 6, для чего завертывают его до упора, против часовой стрелки, с усилием 20…30 кг^хм. Стравливают остаточное давление с помощью спускного штуцера 19. Выворачивают против часовой стрелки ввертыш 7 клапана.

Производят ревизию клапанной пары 13, 14, 15 и состояние резиновых уплотнений 20, 21, 22, 23, а также регулировку усилия открытия клапана по необходимости, путем замены регулировочных втулок 16, если это необходимо.

Сборку клапана производят в обратном порядке.

Устанавливают ввертыш 7 в сборе, в корпус 1 клапана, закручивая его по резьбе по часовой стрелке в корпус клапана до упора, при закрытом штуцере сброса 19 давления. При сборке следят за состоянием резиновых уплотнительных колец 20, 21, 22, 23. Открывают золотник 6, вращая его против часовой стрелки, и клапан готов к работе.

Для взятия пробы или измерения давления через клапан, не перекрывая золотник 6, отвертывают спускной штуцер 19 против часовой стрелки на 1÷2 оборота, освобождая запорный шарик 18, в резьбовой конец спускного штуцера 19 ввертывают сливной патрубок, либо контрольный манометр (не показан).

Примеры использования

10.05.2012 г. на Ем-Ёговской площади куст №16 скважины 437 произведена врезка модернизированного обратного клапана и проведена ревизия без остановки скважины, что позволило избежать простоя.

Испытание проведено успешно, утечек газожидкостной смеси не наблюдалось.

02.07.2012 г. была произведена врезка подобного клапана на Талинской площади куст №108 скважина 5470. В обоих случаях производился отбор проб жидкости, как из клапана, так и из обычного стационарного пробоотборника. Результаты лабораторного контроля приведены в таблице.

На скважине 44872 куст 34.2 ООО «РН-Юганскнефтегаз» 02.09.2015 г. была произведена комиссионная проверка клапана КУБС, без остановки скважины. Время на ревизию составило не более 10 минут.

При использовании предлагаемой конструкции клапаны были выявлены следующие преимущества, по сравнению с аналогами:

- безопасность и мобильность извлечения обратного клапана,

- проведение ревизии без загрязнения окружающей среды,

- удобство и безопасность отбора проб,

- уменьшение внутрисменных простоев по причине выхода из строя пробоотборника и обратного клапана,

- безопасность и мобильность проведения технологических операций,

- увеличение эффективности труда оператора ДНГ,

- уменьшение загрязнения окружающей среды,

- уменьшение объёма сварочных работ,

- минимизация времени обслуживания клапана.

Экономический эффект 725 руб/ед., по ЦДО = 1 821 500 руб.

Важным преимуществом предлагаемой конструкции клапана является возможность блочного ремонта. Ревизию клапанной пары, регулировку усилия пружин, замену вышедших из строя деталей можно производить в условиях мастерских, а ввертыши 7 менять на рабочих клапанах на отревизированные, что особо важно при работе в зимних условиях.

Для таких работ не требуется набор специнструмента и высокая квалификация персонала. Для сборки и разборки клапана надо всего два типоразмера накидных гаечных ключей.

Техническим эффектом предлагаемого изобретения является ускорение проведения работ, сведение до минимума времени обслуживания клапана, при проведении профилактических и ремонтных работ, за счет быстрого, без остановки скважины, под давлением в полости корпуса клапана, вывертывания или ввертывания в открывающий или запирающий сообщение полости с флюидом (нефтью) с полостью с газом из затрубного пространства запорный орган, выполненный в виде золотника с левой резьбой, и образующего с седлом внутреннюю полость, дополнительного ввертыша с правой резьбой, с дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина, и с радиально расположенными продольными пропускающими газ пазами, что позволяет повысить производительность скважины.

Изобретение относится к запорной арматуре и может быть применено в манифольде добычной устьевой арматуры. Клапан содержит полый корпус с подводящими патрубками основного компонента и сбрасываемого компонента и отводящим патрубком для смеси основного и сбрасываемого компонентов, в котором размещен, с пересечением его перпендикулярно оси внутренней полости, запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части. При этом запорный орган, открывающий или запирающий сообщение полости с флюидом (нефтью) с полостью с газом из затрубного пространства, выполнен в виде золотника с левой резьбой, образующего с седлом внутреннюю полость для ввертыша с правой резьбой и дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина. Ввертыш снабжен расположенными диаметрально продольными пропускающими газ пазами и радиально расположенными каналами для автоматического сброса газа. Технический результат заключается в повышении надежности устьевого клапана. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Клапан обратный устьевой быстросъемный, содержащий полый корпус с подводящими патрубками основного компонента и сбрасываемого компонента, и отводящим патрубком для смеси основного и сбрасываемого компонентов, в котором размещен, с пересечением его перпендикулярно оси внутренней полости, запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части, отличающийся тем, что запорный орган, открывающий или запирающий сообщение полости с флюидом (нефтью) с полостью с газом из затрубного пространства, выполнен в виде золотника с левой резьбой, образующего с седлом внутреннюю полость для ввертыша с правой резьбой и дополнительным запорным органом седло-шарик-пружина; ввертыш снабжен расположенными диаметрально продольными пропускающими газ пазами и радиально расположенными каналами для автоматического сброса газа.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что полый корпус выполнен в виде тройника из поковки методом точения с цилиндрической внутренней полостью.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что клапанная пара ввертыша, седло и шарик выполнены из материала с низкой теплопроводностью, например керамики.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что неподвижное седло ввертыша зафиксировано гайкой.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что ввертыш снабжен теплоизолирующей шайбой.

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что ввертыш снабжен набором регулировочных втулок.

7. Клапан по п.1, отличающийся тем, что установленный на ввертыше стравливающий газ штуцер оснащен запирающим шариком.

8. Клапан по п.1, отличающийся тем, что стравливающий газ штуцер выполнен с возможностью установки в него либо контрольного манометра, либо пробоотборника для взятия проб.

9. Клапан по п.1, отличающийся тем, что герметизация сопрягаемых деталей клапана осуществляется резиновыми кольцами.