Клапан для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб Российский патент 2024 года по МПК E21B34/14 E21B43/12 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для сообщения полости колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с межтрубным пространством в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами (ШГН). Может применяться для разных технологических операций и, в частности, для слива жидкости из НКТ перед подъемом их и оборудования из скважины.

Существует большое количество клапанов для слива жидкости: сбивные клапаны, мембраны и т.п.

Известен сливной клапан для скважин, эксплуатируемых скважинными насосами (патент RU №111885, МПК Е21В 34/06, опубл. 27.12.2011, Бюл. № 36), содержащий эластичную мембрану и шайбу для регулирования давления срабатывания.

Недостатками устройства являются одноразовость и большой разброс давлений срабатывания, приводящий к срабатыванию при эксплуатации и, наоборот, невозможности срабатывания.

Известен сбивной клапан для скважин (патент RU №159933, МПК Е21В 34/14, опубл. 20.02.2016, Бюл. № 5), содержащий полый корпус, внутри которого выполнено сквозное отверстие, в котором установлен штифт, при этом на корпусе клапана выполнены ограничители блокирования дренажного отверстия.

Недостатками устройства являются одноразовость применения, а также не стабильность срабатывания клапана при сбрасывании инструмента.

Наиболее близок по своей технической сущности к предлагаемому клапан механический (патент RU №2685360, МПК Е21В 34/14, опубл. 17.04.2019, Бюл. № 11), содержащий корпус, который на резьбе установлен на НКТ, поршень, установленный с возможностью перемещения внутри корпуса, уплотнительные кольца, отверстия в корпусе, служащие для сообщения трубного и затрубного пространств. Корпус клапана снабжен цангой с внутренними и наружными буртиками, а сам клапан снабжен центратором, имеющим отверстия, предназначенные для уменьшения сопротивления потока добываемой и закачиваемой жидкости между центратором и внутренней поверхностью колонны НКТ, при этом центратор выполнен с возможностью перемещения по НКТ внутри корпуса клапана, при прохождении которого происходит перемещение поршня внутри корпуса клапана в верхнее положение, при котором обеспечивается сообщение трубного и затрубного пространств.

Недостатками устройства являются ненадежность из-за наличия цанги и возможности поломки её лепестков, сложность сборки из-за установки уплотнений внутри корпуса, аварийная опасность из-за износа НКТ под действием постоянно перемещающегося вместе со штангами жесткого центратора большого диаметра.

Техническим результатом изобретения являются повышение надежности срабатывания и многоразовость применения клапана для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб.

Технический результат достигается клапаном для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб, содержащим нижний корпус всасывающего клапана закрытого типа, который на резьбе установлен на колонне насосно-компрессорных труб – НКТ.

Новым является то, что нижний корпус всасывающего клапана в верхней части последовательно соединен с верхним корпусом, муфтой и штанговым глубинным насосом, в нижней части – с держателем седла, установленным между нижним корпусом всасывающего клапана и держателем, в нижней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена кольцевая проточка для размещения запорного элемента в виде шарика, в верхней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом, при этом кольцевая проточка и внутренняя полость в нижнем корпусе всасывающего клапана сообщены каналом, внутренняя полость нижнего корпуса всасывающего клапана соединена с внутренней полостью верхнего корпуса, обеспечивающей последовательное размещение пружины, подвижной втулки с верхним и нижним эластичными уплотнениями, поворотной опоры и толкателя, при этом верхнее и нижнее эластичные уплотнения жестко закреплены в соответствующих канавках на стенках верхнего корпуса, поворотная опора и толкатель выполнены с возможностью продольного перемещения по трем направляющим, расположенным в верхней части внутренней полости верхнего корпуса, в верхнем корпусе напротив подвижной втулки выполнено радиальное отверстие.

На фиг. 1 показан клапан для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в закрытом положении, пазы поворотной опоры находятся в направляющих.

На фиг. 2 показан клапан для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб в открытом положении, пазы поворотной опоры вышли из направляющих, и поворотная опора зубцами зафиксирована концами направляющих.

На фиг. 3 показано поперечное сечение верхнего корпуса с радиальным отверстием и направляющими вместе с поворотной опорой и толкателем.

На фиг. 4 показана поворотная опора.

На фиг. 5 показан вид поворотной опоры сверху.

На фиг. 6 показан толкатель.

На фиг. 7 показан вид толкателя с низу.

На фиг. 1-7 нижний корпус всасывающего клапана – 1, верхний корпус – 2, подвижная втулка – 3, пружина – 4, поворотная опора – 5, толкатель – 6,плунжер – 7, направляющие - 8/, 8//, 8///, радиальное отверстие – 10, верхнее эластичное уплотнение – 11, нижнее эластичное уплотнение – 12, шарик – 12, держатель седла – 13, муфта – 15, ШГН – 19, зубцы толкателя – 20, зубцы поворотной опорой – 21, паз поворотной опоры – 22, кольцевой ограничитель – 23, кольцевой выступ – 24.

Сущность изобретения

Клапан для слива жидкости из колонны НКТ содержит нижний корпус всасывающего клапана 1 закрытого типа, который на резьбе установлен на колонне НКТ (на фиг. 1-7 не обозначена).

Нижний корпус всасывающего клапана 1 в верхней части последовательно соединен с верхним корпусом 2, муфтой 17 и ШГН 19, в нижней части – с держателем седла 13, установленным между нижним корпусом всасывающего клапана 1 и муфтой 15.

В нижней части нижнего корпуса всасывающего клапана 1 выполнена кольцевая проточка (на фиг. 1-7 не обозначена) для размещения запорного элемента в виде шарика 12.

В верхней части нижнего корпуса всасывающего клапана 1 выполнена внутренняя полость (на фиг. 1-7 не обозначена) с кольцевым выступом 24.

При этом кольцевая проточка и внутренняя полость в нижнем корпусе всасывающего клапана 1 сообщены каналом.

Внутренняя полость нижнего корпуса всасывающего клапана 1 соединена с внутренней полостью верхнего корпуса 2, обеспечивающей последовательное размещение пружины 4, подвижной втулки 3 с верхним 11 и нижним 12 эластичными уплотнениями, поворотной опоры 5 и толкателя 6.

При этом верхнее 11 и нижнее 12 эластичные уплотнения жестко закреплены в соответствующих канавках на стенках верхнего корпуса 2.

Поворотная опора 5 и толкатель 6 выполнены с возможностью продольного перемещения по трем направляющим 8/, 8//, 8///, расположенным в верхней части внутренней полости верхнего корпуса 2.

В верхнем корпусе 2 напротив подвижной втулки 3 выполнено радиальное отверстие 10.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно клапан собирают. Для этого в нижний корпус всасывающего клапана 1 с одной стороны устанавливают шарик 12, затем седло, далее при помощи резьбы соединяют с держателем седла 13. С другой стороны нижнего корпуса всасывающего клапана 1 устанавливают пружину 4 на кольцевой выступ 24 и при помощи резьбы соединяют верхний корпус 2 с предварительно установленными в него по направляющим 8/, 8//, 8/// толкателем 6 и поворотной опорой 5. Далее верхний корпус 2 при помощи резьбы соединяют с муфтой 17, которую при помощи резьбы соединяют с цилиндром ШГН 19.

После спуска ШГН 19 в скважину, спускают на штанговой колонне плунжер насоса 7, при разгрузке которого на толкатель 6 происходит открытие или перекрытие радиального отверстия 10.

При разгрузке штанговой колонны с плунжером 7, толкатель 6 приводится в движение по направляющим 8/, 8//, 8///. В этот момент зубцы толкателя 20 соприкасаются с зубцами поворотной опорой 21 и толкая ее по направляющим 8/, 8//, 8///, которая в свою очередь толкает подвижную втулку 3 открывая радиальное отверстие 10 и сжимая пружину 4, тем самым происходит сообщение затрубного пространства с внутренней полостью НКТ.

При выходе паза поворотной опоры 22 из направляющих 8/, 8//, 8///, за счет продолжения движения толкателя 6, зубцы толкателя 20 своей скошенной поверхностью давят на скошенную поверхность зубцов поворотной опоры 21 и поворачивают ее так, что поворотная опора 5 поворачивается на один зубец. При подъёме плунжера 7 наверх за счет пружины 4 поворотная опора 5 фиксируется своим зубцами 21 концами направляющих 8/, 8//, 8///. Тем самым подвижная втулка 3 фиксируется в данном положении, предотвращая перекрытие радиального отверстия 10.

При повторной разгрузке штанговой колонны с плунжером 7, толкатель 6 приводится в движение по направляющим 8/, 8//, 8///, зубцы 20 которого соприкасаются с зубцами поворотной опоры 21 и толкая ее, которая в свою очередь толкает подвижную втулку 3, сжимая пружину 4, зубцы толкателя 20 своей скошенной поверхностью давят на скошенную поверхность зубцов поворотной опоры 21 и поворачивают ее так, что поворотная опора 5 поворачивается на один зубец и пазы 22 поворотной опоры 5 совмещаются с направляющими 8/, 8//, 8/// верхнего корпуса 2. При подъёме плунжера 7 наверх за счет пружины 4 поворотная опора 5 перемещается по направляющим 8/, 8//, 8/// вверх толкая толкатель 6 вверх, движение которого ограничено кольцевым ограничителем 23. Тем самым подвижная втулка 3 передвигается вверх и перекрывает радиальное отверстие 10. За счет жестко закрепленных эластичных уплотнений 11 и 12 герметично разобщаются затрубное пространство и внутренняя полость НКТ.

При ремонте или подгонке плунжера 7 в цилиндр необходимо убедиться, в каком положении находится клапан в закрытом или в открытом положении можно при помощи опрессовки колонны НКТ, с помощью насосного агрегата на поверхности. Если колонна НКТ опрессовывается, то соответственно радиальное отверстие 10 перекрыто, если давление в колонне НКТ не подымается соответственно радиальное отверстие 10 открыто.

Предлагаемая конструкция клапана для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб имеет высокую надежность срабатывания и является многоразовой в применении.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к клапанным устройствам для сообщения полости колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с межтрубным пространством в скважинах, эксплуатируемых штанговыми насосами (ШГН). Клапан для слива жидкости из колонны НКТ содержит нижний корпус всасывающего клапана закрытого типа, на резьбе установленный на колонне НКТ. Нижний корпус всасывающего клапана в верхней части последовательно соединен с верхним корпусом, муфтой и штанговым глубинным насосом, в нижней части – с держателем седла, установленным между нижним корпусом всасывающего клапана и муфтой. В нижней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена кольцевая проточка для размещения запорного элемента в виде шарика, в верхней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом. Кольцевая проточка и внутренняя полость в нижнем корпусе всасывающего клапана сообщены каналом. Внутренняя полость нижнего корпуса всасывающего клапана соединена с внутренней полостью верхнего корпуса, обеспечивающей последовательное размещение пружины, подвижной втулки с верхним и нижним эластичными уплотнениями, поворотной опоры и толкателя. Верхнее и нижнее эластичные уплотнения жестко закреплены в соответствующих канавках на стенках верхнего корпуса. Поворотная опора и толкатель выполнены с возможностью продольного перемещения по трем направляющим, расположенным в верхней части внутренней полости верхнего корпуса. В верхнем корпусе напротив подвижной втулки выполнено радиальное отверстие. Достигается технический результат – повышение надежности срабатывания и многоразовость применения клапана для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб. 7 ил.

Клапан для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб – НКТ, содержащий нижний корпус всасывающего клапана закрытого типа, который на резьбе установлен на колонне НКТ, отличающийся тем, что нижний корпус всасывающего клапана в верхней части последовательно соединен с верхним корпусом, муфтой и штанговым глубинным насосом, в нижней части – с держателем седла, установленным между нижним корпусом всасывающего клапана и муфтой, в нижней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена кольцевая проточка для размещения запорного элемента в виде шарика, в верхней части нижнего корпуса всасывающего клапана выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом, при этом кольцевая проточка и внутренняя полость в нижнем корпусе всасывающего клапана сообщены каналом, внутренняя полость нижнего корпуса всасывающего клапана соединена с внутренней полостью верхнего корпуса, обеспечивающей последовательное размещение пружины, подвижной втулки с верхним и нижним эластичными уплотнениями, поворотной опоры и толкателя, при этом верхнее и нижнее эластичные уплотнения жестко закреплены в соответствующих канавках на стенках верхнего корпуса, поворотная опора и толкатель выполнены с возможностью продольного перемещения по трем направляющим, расположенным в верхней части внутренней полости верхнего корпуса, в верхнем корпусе напротив подвижной втулки выполнено радиальное отверстие.