КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК E21B34/08 F16K15/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для изоляции продуктивного пласта от устья скважины, при его проявлении.

Известна конструкция клапана-отсекателя (см пат. РФ №2533394, кл. Мкл Е21В 34/06), предназначенного для проведения ремонтных работ в скважине, размещенного в составе колонны насосно-компрессорных труб.

Устройство состоит из разъемного корпуса с полым плунжером в осевом канале, снабженным кольцевым выступом и опирающимся на пружину. В осевом канале полого плунжера выполнен упор, на который опирается втулка с радиальными отверстиями, чередующимися с осевыми отверстиями, соединяющими полость под полым плунжером, с осевым каналом насосно-компрессорных труб над седлом.

В осевом канале полого плунжера размещена втулка с полой трубкой, с тарельчатым клапаном на конце, поджимаемым к седлу пружиной. Между полым плунжером и разъемным корпусом образована кольцевая камера, гидравлически связанная радиальными отверстиями с осевым каналом втулки и полой трубы. Втулка снабжена донышком с центральным осевым каналом, в исходном положении перекрывает перепускные отверстия в донышке.

Устройство обеспечивает герметизацию осевого канала колонны насосно-компрессорных трубки, от полости скважины при поджиме пружиной тарельчатого клапана к седлу, с изоляцией осевого канала трубки от осевого канала разъемного корпуса под полым плунжером.

При подаче рабочей жидкости под избыточным давлением торцевой клапан с трубкой перемещаются вниз, с сжатием пружины и открытием гидравлической связи для подачи рабочей жидкости в полость скважины.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- сложность в изготовлении деталей, монтаже и эксплуатации. Взаимодействие торцевого клапана с телом седла не всегда может обеспечить герметичность соединения, например, из-за попадания мехпримесей в зазор.

- При использовании устройства в составе бурильной колонны труб, где в качестве рабочей жидкости выступает буровой раствор, возможно попадание составляющих реагентов внутрь кольцевой полости, с забиванием радиальных каналов и потерей работоспособности;

- Наличие деталей в осевом канале разъемного корпуса, резко увеличивает гидравлическое сопротивление потоку;

- При работе устройства в составе бурильной колонны труб, в буровом растворе постоянно находятся магнитные металлические частицы, негативно влияющие на работу наземного насосного оборудования и бурового инструмента на забое скважины, типа шарошечных долот.

Известна конструкция клапана для обсадных колонн (см а.с. №1213166 Мкл Е21В 17/00; 34/06, опубл. Блог №7 - 1986 г.).

Клапан состоит из корпуса с седлом, конусного клапана в виде тарелки, установленной с возможностью осевого перемещения, дроссель с радиальными каналами, втулки, зафиксированной срезным элементом в исходном положении. Тарелка снабжена уплотнительной манжетой, с предохранительным кольцом на верхней части, установленной с возможностью осевого перемещения относительно корпуса под конусной тарелкой, снабженной седлом под бросовый шар.

При подаче избыточного давления в осевой канал обсадной колонны труб тарельчатый клапан отрывается от седла, с разрушением срезных элементов.

По радиальным каналам в тарелке рабочая жидкость поступает к поверхности предохранительного кольца, что приводит к совместному перемещению последнего с уплотнительной манжетой до упора в ограничительное кольцо. Одновременно рабочая жидкость подается к дросселю и далее через перфорационные каналы в решетке, в полость скважины.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- невозможно обеспечить повторную посадку уплотнительной манжеты на седло;

- попадание механических частиц в виде окалины и стружки в рабочую жидкость, влияет на промывку скважины, в направлении подачи этих частиц на поверхность и взаимодействие с трущимися поверхностями поршней и плунжеров насосов с цилиндрами.

Известен предохранительный клапан (см. а.с. №535413, кл Мкл Е21В 43/00, F16K 17/00, опубликован 15.11.76), принятый за прототип, состоящий из корпуса, нижняя часть которого выполнена в виде кольца, свободно размещенного в нижней части гильзы, и образованного пересечением шара двумя параллельными поверхностями и крышки.

Крышка, расположена в осевом канале рубашки, закрепленной на нижнем конце корпуса и снабженной окнами для подачи пластовой жидкости. На нижнем конце рубашки установлен наконечник, с которым связана пружина растяжения, верхний конец которой закреплен на крышке, что позволяет удерживать затвор в открытом положении, а в верхней части гильзы расположен штуцер.

Работа предохранительного клапана.

Через окна в теле рубашки, пластовая жидкость поступает в осевой канал гильзы и через штуцер подается в осевой канал труб муфтовой колонны.

Далее отмечается что при превышении дебита, от расчетного, задаваемого штуцером и характеристикой пружины растяжения, на штуцере возрастает перепад давления, что приводит к перемещению гильзы вместе с затвором вверх, преодолевая сопротивление пружины. При этом затвор, в виде кольца садится на седло в теле корпуса, с перекрытием поступления пластового флюида из полости скважины в осевой канал труб лифтовой колонны.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- после закрытия затвора, путем посадки на седло перепад давления воспринимается телом крышки, с передачей этого усилия на создание необходимых контактных напряжений между затвором и седлом. Однако, герметичность этого соединения в условиях скважины может быть нарушена из-за наличия мехпримесей в добываемой продукции;

- наличие механических частиц, обладающих магнитными свойствами, может привести к их накоплению на посадочных поверхностях седла и затвора, что резко снизит герметизирующую способность соединения;

В конструкции не предусмотрен механизм удержания механических частиц за пределами посадочных поверхностей седла и затвора, с накоплением в шламоуловителе.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:

- оптимизация контактных напряжений на уплотнительных поверхностях седла и затвора;

- поддержание оптимальных напряжений на уплотнительной манжете в закрытом состоянии, при снижении последних в момент отрыва от седла;

- обеспечение выделения и удержания механических частиц, обладающих магнитными свойствами за счет установки на нижнем конце рубашки кольцевого магнита;

- выполнение в наконечнике специальных карманов - шламоуловителей для механических частиц.

Технический результат достигается тем, что клапан отсекатель содержит корпус, с седлом в осевом канале, рубашку, наконечник, подпружиненный затвор.

Рубашка снабжена кольцевым магнитом и установлена в осевом канале корпуса, затвор снабжен внутренним кольцевым выступом в осевом отверстии и уплотнительной манжетой с фигурной грундбуксой, охватывающей тягу, снабженную проточкой на верхнем корпусе, выполненную с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом затвора.

Тяга снабжена упорным кольцом в средней, части и пропущена через осевое отверстие в наконечнике. Фигурная грундбукса подпружинена относительно упорного кольца, которое в свою очередь опирается на пружину, контактирующую с наконечником.

Конструкция устройства показана в разрезе где,

- на фиг. 1 общий вид клапан отсекателя в разрезе в открытом положении;

- на фиг. 2 общий вид клапан-отсекателя в разрезе в открытом положении;

- на фиг. 3 показан вид сверху наконечника.

Клапан-отсекатель состоит из корпуса 1, в осевом канале 2 которого расположена рубашка 3, опирающаяся на наконечник 4, и поджатая к его торцу 5 гайкой 6, на внутренней поверхности которой выполнено седло 7.

На нижнем конце рубашки 3 установлен кольцевой магнит 8, поджимаемый гайкой 9. В осевом канале седла 7, выполненного ступенчатым, с уплотнительной манжетой 11, поджимаемой фигурной грундбуксой 12.

В осевом канале затвора 10 введена тяга 13 с выступом 14, на который опирается ответный выступ 15 затвора 10.

На верхнем конце тяги 13 установлена регулировочная гайка 16. Нижний конец тяги 13 пропущен через отверстие 17 в теле наконечника 4 и снабжен в средней части упорным кольцом 18, связанным жестко с тягой 13 штифтом 19.

Фигурная грундбукса 12 установлена на тяге 13 и поджимается к уплотнительной манжете 11, пружиной 20, опирающейся на упорное кольцо 18. Между упорным кольцом 18 и торцом 5 наконечника 4 расположена пружина сжатия 21.

В теле наконечника 4 выполнен ряд продольных отверстий 22, соединяющих осевой канал 2 рубашки 3 с полостью ниже расположенных труб. На торцевой поверхности 5 наконечника 4, обращенной к кольцевому магниту 8 выполнены камеры шламонакопителя 23. (см. фиг. 3)

Клапан-отсекатель работает следующим образом:

Устройство включается в состав бурильной колонны труб и вводится в скважину.

При подаче рабочей жидкости в осевой канал труб бурильной колонны затвор 10 вместе с тягой 13 перемещается вниз, с образованием гидравлической связи полости труб с осевым каналом 2 корпуса 1. При этом тяга 13 смещается вниз, с ослаблением усилия от пружины 20 на фигурную грундбуксу 12, что снижает контактные напряжения на уплотнительной манжете 11 и одновременно происходит сжатие пружины 21 при взаимодействии с упорным кольцом 18.

Рабочая жидкость движется в осевом канале 2 корпуса 1 с прохождением потока в магнитном поле кольцевого магнита 8. Металлические частицы, обладающие магнитными свойствами, притягиваются к кольцевому магниту 8, что обеспечивает очищение от них рабочей жидкости и предотвращает их попадание в трущиеся поверхности шарошечных долот при бурении скважины. Часть механических частиц может оседать в камере - шламонакопителе 23, выполненной в торцовой части 5 наконечника 4.

При превышении давления рабочей жидкости в бурильной колонне, ниже места расположения устройства, усилием сжатой пружины 21 тяга 13 перемещается вверх с воздействием на выступ 15 затвора 10.

Затвор 10 перемещается вверх, под воздействием перепада давления и усилия пружины 21, с посадкой на седло 7 и перекрытием гидравлической связи полости скважины с осевым каналом труб бурильной колонны выше места расположения устройства. При расположении уплотнительной манжеты 11 внутри седла 7 и контакта с ней затвора 10 фигурная грундбукса 12 усилием пружины 20, поджимается к уплотнительной манжете 11, с ее деформацией к уплотнительной поверхности седла 7, что повышает надежность перекрытия гидравлической связи полости скважины от осевого канала труб бурильной колонны.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для изоляции продуктивного пласта от устья скважины при его проявлении. Клапан-отсекатель состоит из корпуса, с седлом в осевом канале, подпружиненного затвора с уплотнительной манжетой, распираемой в радиальном направлении фигурной грундбуксой. На нижнем конце корпуса установлен наконечник с центральным и периферийными отверстиями, внутри осевого канала корпуса установлена рубашка, снабженная в нижней части кольцевым магнитом. Осесимметрично корпусу размещена тяга, образующая подвижное соединение с наконечником и фигурной грундбуксой, снабженная в средней части упорным кольцом. Фигурная грундбукса подпружинена относительно упорного кольца, тяга через упорное кольцо опирается на пружину сжатия и взаимодействует через кольцевой выступ в верхней части с ответным кольцевым выступом, выполненным в осевом канале затвора. При закрытии гидравлической связи полости скважины ниже места расположения устройства затвор под действием перепада давления входит в контакт с посадочной поверхностью седла, с поджимом уплотнительной поверхности манжеты фигурной грундбуксой, поджимаемой пружиной. Кольцевой магнит на нижнем конце рубашки способствует захвату из потока рабочей жидкости металлических частиц, обладающих магнитными свойствами, что предохраняет их попадание внутрь бурового инструмента, с соответствующим снижением процесса износа. Технический результат заключается в повышении надежности клапана-отсекателя. 3 ил.

Клапан–отсекатель, содержащий корпус с седлом в осевом канале, рубашку, наконечник, подпружиненный затвор, отличающийся тем, что устройство снабжено тягой с проточкой и резьбой в верхней части, упорным кольцом в средней части, затвор снабжен осевым отверстием с кольцевым выступом, и фигурной грундбуксой, установленной на тяге с опорой через пружину на упорное кольцо, наконечник снабжен осевым и продольными отверстиями, рубашка установлена в осевом канале корпуса между седлом и наконечником и снабжена кольцевым магнитом, поджимаемым гайкой, причем упорное кольцо жестко закреплено на тяге, снабженной пружиной, установленной между упорным кольцом и наконечником.