УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖНОЕ Российский патент 2017 года по МПК E21B34/02 F16K31/18 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к устройствам для дренирования, и может быть использовано для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти.

Заявляемое устройство устанавливается непосредственно на устья скважин и автоматизирует процесс спуска жидкости из скважин без выделения вредных паров и газов в атмосферу, где могут находиться люди. Заявляемое устройство устраняет выход пара и попутных газов в рудничную атмосферу при эксплуатации подземных скважин, Основная цель создания устройства - автоматизация процесса эксплуатации скважин без присутствия людей, без выхода пара и газов из скважины, что позволяет повысить безопасность при данной технологической операции.

В настоящее время дренирование скважин производится с такой частотой, которую позволяют технические и технологические возможности при данной операции. Однако при использовании заявляемого устройства такое понятие, как частота дренирования просто уйдет за ненадобностью, т.к. этот процесс будет автоматическим и непрерывным на всем участке времени работы скважин.

При существующем уровне техники для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти наиболее часто используются два типа устройств: клапан поплавковый с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком и клапан поплавковый рычажный с горизонтальным поплавком.

Известный клапан поплавковый с компенсатором верхнего расположения с вертикальным поплавком (фиг. 11) оснащен компенсатором верхнего расположения 37 без плавной регулировки жидкости, состоит из корпуса 37, клапана 35, направляющих 32, поршневого компенсатора 29, 30, 37 штока 36. Вход жидкости происходит через втулку 31, дренаж через клапан 35. Недостатком известной конструкции является низкая надежность из-за попадания абразива на рабочую поверхность втулки 37, что приводит к заклиниванию поршня 30. Также важным недостатком является то, что в известной конструкции нет плавной регулировки выхода жидкости, вследствие чего происходит утечка пара и попутных газов вместе с жидкостью, что повышает пожароопасность, что особенно важно при подземном способе добычи нефти.

Известный клапан поплавковый рычажный с горизонтальным поплавком (фиг. 12) состоит из корпуса 46, поплавка 38, кулисы 39, двух разнонаправленных клапанов 40, 41. Вход жидкости происходит через присоединительный фланец (45), выход через разнонаправленные клапаны 40, 41. Поплавок одним концом закреплен на кулисе 39, которая со степенью свободы закреплена на опоре 44, к кулисе также крепятся два штока 42, 43, управляющие работой клапанов 40, 41. Недостатками известной конструкции является засорение песком (запескованность) большой части корпуса, что уменьшает рабочий ход поплавка 38, вследствие чего клапаны 40, 41 не закрываются полностью и происходит утечка пара и попутных газов. Также недостатком являются большие габаритные размеры устройства, усложняющие его монтаж.

Основным недостатком указанных выше известных дренажных устройств является отсутствие возможности плавной регулировки выхода жидкости, что приводит к утечке паров и попутных газов, повышающих пожароопасность, создающих необходимость ручного управления процессом дренирования.

Недостатки известных устройств устраняет заявляемое техническое решение.

Цель изобретения - повысить надежность и долговечность устройства дренажного, а также повысить безопасность его применения за счет устранения утечки паров и попутных газов при работе устройства, путем плавной регулировки выхода жидкости.

Техническая задача - добиться плавной регулировки выхода жидкости при дренировании, что устранит утечку пара и попутных газов вместе с жидкостью и позволит автоматизировать процесс, сделав его непрерывным.

Указанная техническая задача решается за счет конструкции устройства дренажного, путем разделения рабочей зоны устройства на две камеры и за счет плавной регулировки выхода жидкости из клапанного узла при помощи двух клапанов малого и большого в широком диапазоне за счет дросселирующего клапана. Заявляемая конструкция состоит из двух камер цилиндрической формы с разными диаметрами, разделенных между собой дроссельной перегородкой с несколькими отверстиями. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения. Верхняя камера разделена по горизонтали на две части, соединенные между собой фланцами на болтовом соединении. Сверху верхняя камера герметично, например методом сварки, закрыта крышкой в виде круглой пластины и имеет центральное отверстие с резьбовым соединением (верхний отвод). С внутренней части камеры напротив отверстия приварен рассекатель на четырех опорах. В боковой стенке корпуса верхней камеры ниже уровня рассекателя приварена трубка малого диаметра с резьбой (боковой отвод), на которой может быть установлен вентиль (шаровой кран). В рабочей зоне верхней камеры установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок), соединенный штоком сквозь дроссельную перегородку через втулку с клапанным узлом. Рабочая зона нижней камеры содержит клапанный узел, расположенный внутри гильзы. Клапанный узел содержит два клапана разного диаметра; малый находится внутри большого с возможностью перемещения вдоль стенок большого клапана с одной степенью свободы по вертикальной оси. Нижний малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными продольными прорезями стенок и утолщением вокруг торцевого отверстия - так называемой «юбкой» клапана. Гильза, выполненная в виде полого цилиндра с отверстиями, расположена по центру рабочей зоны нижней камеры. В нижнюю часть гильзы вкручена втулка сброса (дренажа) с запрессованным в нее седлом. Втулка сброса с седлом через отверстие нижней крышки герметично смонтирована (например, сваркой) со стенками корпуса нижней камеры и зафиксирована крепежным элементом (гайкой).

Дренирование с применением заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Через верхний отвод жидкость попадает на рассекатель, фильтрующий крупные механические примеси, потом, пройдя через верхнюю камеру, где находится поплавок, она протекает через дроссельную перегородку и попадает в нижнюю камеру, где при высоком уровне жидкости в верхней камере поплавок поднимается вверх (верхнее положение) и при помощи штока, открывается вначале малый клапан, и если его пропускной способности не хватает, то открывается и большой клапан, при этом малый клапан передвигается внутри большого клапана и вместе с ним по общей вертикальной оси. Далее жидкость через втулку сброса попадает в приемные емкости. Как только уровень жидкости в верхней камере понизился, поплавок опускается и закрывает клапаны (нижнее положение). Клапанный узел нижней камеры является основным сливным отверстием жидкости, выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан, для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере уровня жидкости, играющей роль гидрозатвора.

Устройство дренажное предназначено для слива жидкостей с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5% и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.

Технический результат - повышение безопасности дренирования за счет обеспечения устройством дренажным плавной регулировки выхода жидкости.

Технический результат достигается за счет конструкции устройства дренажного, включающего корпус, поплавок, втулки, шток, клапаны, отличающегося тем, что корпус включает верхнюю и нижнюю камеры, имеющие разъемное соединение, отверстие отвода в торце крышки верхней камеры с внутренней стороны закрыто рассекателем на опорах; ниже уровня рассекателя в стенке верхней камеры расположено отверстие бокового отвода, поплавок в полости верхней камеры соединен штоком сквозь дроссельную перегородку с клапанным узлом, расположенным в нижней камере, нижний наконечник штока оснащен двойным клапаном, малый находится внутри большого, при этом малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках с возможностью перемещения вдоль стенок большого клапана с одной степенью свободы по общей вертикальной оси; в нижней торцевой крышке, зафиксированной крепежным элементом, установлена втулка сброса, в центральном отверстии которой жестко неразъемно установлено седло; на торцевой поверхности втулки сброса по внешнему диаметру установлена гильза с отверстиями в цилиндрической стенке, верхний торцевой край которой соединен с дроссельной перегородкой. Корпус верхней камеры разделен по горизонтали на две части, имеющие разъемное фланцевое соединение. Корпус верхней и нижней камеры выполнен в виде полого цилиндра. Малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках в виде продольных пазов и утолщением стенки цилиндра на торце.

Техническое решение поясняют изображения на фиг. 1-12.

Фиг. 1. Устройство дренажное в сборе, общий вид.

Фиг. 2. Устройство дренажное в разрезе А-А.

Фиг. 3. Нижняя часть устройства дренажного в разрезе.

Фиг. 4. Нижняя камера в разрезе.

Фиг. 5. Устройство дренажное в разрезе, схема движения потоков жидкости при использовании устройства.

Фиг. 6. Схема расположения клапанов при работе: нижнее положение.

Фиг. 7. Схема расположения клапанов при работе: среднее положение.

Фиг. 8. Схема расположения клапанов при работе: верхнее положение.

Фиг. 9. Клапанный узел в изометрии (3D) в разрезе.

Фиг. 10. Малый клапан в изометрии (3D).

Где 1 - корпус верхней камеры;

2 - корпус нижней камеры;

3 - верхний отвод;

4 - фланец;

5 - боковой отвод;

6 - поплавок;

7 - рассекатель;

8 - опора рассекателя;

9 - крышка верхняя;

10 - крепежный элемент (болт);

11 - крепежный элемент (гайка);

12 - дроссельная перегородка;

13 - гайка нижней крышки;

14 - втулка сброса (дренажа);

15 - шток;

16 - клапан большой;

17 - клапан малый;

18 - крышка нижняя;

19 - отверстия в дроссельной перегородке;

20 - кольцо уплотнительное;

21 - корпус направляющей втулки;

22 - втулка направляющая;

23 - наконечник;

24 - гайка направляющей втулки;

25 - гильза (втулка с отверстиями);

26 - отверстия в стенках гильзы;

27 - седло клапана;

28 - уплотнительное кольцо.

Фиг. 11. Известный клапан дренажный поплавковый с вертикальным поплавком, где:

29 - резинка уплотнения поршня;

30 - поршень;

31 - втулка бокового отвода;

32 - направляющие;

33 - поплавок;

34 - корпус;

35 - клапан;

36 - шток;

37 - втулка верхнего отвода.

Фиг. 12. Известный клапан дренажный поплавковый с горизонтальным поплавком, где:

38 - поплавок;

39 - кулиса;

40 - клапан;

41 - клапан;

42 - шток;

43 - шток;

44 - опора;

45 - присоединительный фланец;

46 - корпус.

Пример осуществления.

Устройство состоит из двух камер цилиндрической формы с разными диаметрами, разделенных между собой дроссельной перегородкой 12 с несколькими отверстиями 19. Рабочие камеры смонтированы между собой при помощи фланцевого соединения 4. Камера 1 по горизонтали разделена на две части, имеющие между собой разъемное фланцевое соединение 4. В верхней части камеры 1 герметично, например методом сварки, установлена верхняя крышка 9 в виде пластины из листа металла, в которой расположен верхний отвод 3, оснащенный втулкой с резьбовым соединением. С внутренней части камеры напротив отверстия отвода 3 приварен рассекатель 7 на четырех опорах 8. В стенке верхней части камеры 1 ниже уровня рассекателя 7 к боковому отводу 5 приварена трубка малого диаметра с резьбой. В процессе применения в дальнейшем на нее устанавливают вентиль (шаровой кран). Также в верхней камере 1 установлен саморегулирующийся элемент управления (поплавок) 6, соединенный штоком 15 сквозь дроссельную перегородку 12 через втулку с клапанным узлом.

Рабочие зоны верхней 1 и нижней 2 камер разделены дроссельной перегородкой 12, выполненной в виде шайбы с несколькими сквозными отверстиями 19. Шток 15 через втулку с уплотнением в дроссельной перегородке 12 связывает поплавок 6 с клапанным узлом нижней камеры 2. Нижняя камера содержит 2 корпус и клапанный узел, расположенный внутри гильзы 25, выполненной в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках. Клапанный узел состоит из малого 17 и большого 16 клапанов. Малый клапан 17 выполнен в виде полого цилиндра с продольными сквозными отверстиями в стенках, жестко связан со штоком поплавка одним торцевым отверстием и имеет утолщение стенки на другом торце. Сквозные отверстия в стенках малого клапана 17 ориентированы вдоль вертикальной оси. Малый клапан 17 расположен внутри большого 16 с одной степенью свободы и при работе перемещается вдоль общей вертикальной оси. Седло клапана (клапанного узла) 27 располагается в нижней крышке 18 нижней камеры 2, которое представляет собой заглушку в виде пластины, приваренную по периметру торца к корпусу нижней камеры 2. Седло клапанного узла 27 жестко зафиксировано, например запрессовано, в нижнюю крышку 18.

Устройство работает следующим образом. Через верхний отвод 3 жидкость попадает на рассекатель 7, потом, пройдя через верхнюю камеру 1, где находится поплавок 6, она протекает через дроссельную перегородку 12 и попадает в нижнюю камеру 2, где при высоком уровне жидкости в камере 1 поплавок 6 поднимается вверх (верхнее положение фиг. 8) и при помощи штока 15 открывается вначале малый клапан 17, и если его пропускной способности не хватает, то открывается большой клапан 16, далее жидкость сливается в приемные емкости. При понижении уровня в верхней камере 1 поплавок 6 опускается и закрывает клапаны 16, 17 (нижнее положение фиг. 6). Клапанный узел нижней камеры 2 является основным сливным отверстием жидкости, т.е. выступает в роли дросселирующего узла. Частично роль дросселя играет малый клапан 17, для уменьшения усилия требуемого на открытие слива, а далее двойная конструкция из клапанов регулирует поток жидкости для поддержания в нижней камере 2 уровня жидкости, которая играет роль гидрозатвора.

Устройство дренажное предназначено для слива жидкостей с содержанием мелкодисперсных механических примесей до 5% и предотвращением выхода в атмосферу их газообразных фаз и попутных газов.

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к устройствам для дренирования, и может быть использовано для дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти. Устройство содержит верхнюю и нижнюю камеры, имеющие разъемное соединение, отверстие в торце крышки верхней камеры закрыто рассекателем на опорах. В стенке верхней камеры расположено отверстие бокового отвода. Поплавок в полости верхней камеры соединен штоком сквозь дроссельную перегородку с клапанным узлом, расположенным в нижней камере. Нижний наконечник штока оснащен двойным клапаном, малый клапан находится внутри большого, при этом малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках с возможностью перемещения вдоль стенок внутри большого клапана с одной степенью свободы по общей вертикальной оси. В нижней торцевой крышке установлена втулка сброса, в центральном отверстии которой жестко установлено седло; на торцевой поверхности втулки сброса по внешнему диаметру установлена гильза с отверстиями в цилиндрической стенке, верхний торцевой край которой соединен с дроссельной перегородкой. Технический результат заключается в повышении безопасности за счет обеспечения устройством дренажным плавной регулировки выхода жидкости. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Устройство дренажное, включающее корпус, поплавок, втулки, шток, клапаны, отличающееся тем, что корпус содержит верхнюю и нижнюю камеры, имеющие разъемное соединение; отверстие отвода в торце крышки верхней камеры закрыто рассекателем на опорах; ниже уровня рассекателя в стенке верхней камеры расположено отверстие бокового отвода; поплавок в полости верхней камеры соединен штоком сквозь дроссельную перегородку с клапанным узлом, расположенным в нижней камере, нижний наконечник штока оснащен двойным клапаном, малый клапан расположен внутри большого, при этом малый клапан выполнен в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках с возможностью перемещения вдоль стенок внутри большого клапана с одной степенью свободы по общей вертикальной оси; в нижней торцевой крышке, зафиксированной крепежным элементом, установлена втулка сброса, в центральном отверстии которой жестко неразъемно установлено седло; на торцевой поверхности втулки сброса по внешнему диаметру установлена гильза с отверстиями в цилиндрической стенке, верхний торцевой край которой соединен с дроссельной перегородкой.

2. Устройство дренажное по п.1, отличающееся тем, что корпус верхней камеры разделен по горизонтали на две части, имеющие разъемное фланцевое соединение.

3. Устройство дренажное по п.1, отличающееся тем, что корпус верхней и нижней камеры выполнен в виде полого цилиндра.

4. Устройство дренажное по п.1, отличающееся тем, что малый клапан выполнен со сквозными отверстиями в стенках в виде продольных пазов и утолщением стенки цилиндра на торце.