Сливной клапан Российский патент 2025 года по МПК E21B34/06 E21B34/10 F16K17/40 

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности, в частности для обеспечения слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб при их подъеме в процессе проведения подземного ремонта и надежной эксплуатации нефтяных скважин, оборудованных установками штанговых глубинных насосов (УШГН), в том числе осложненных большой кривизной ствола скважины (более 40 градусов).

Известен сливной клапан (Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1968, с. 54), состоящий из патрубка с двухсторонней внутренней резьбой, в среднюю ненарезанную часть которого ввинчен штуцер с удлиненным концом и внутренним глухим отверстием, имеющий по наружной поверхности кольцевой надрез, перекрытый резиновым предохранительным кольцом. Металлический стержень, сброшенный в трубы перед подъемом, ударяется во выступающий внутрь удлиненный конец штуцера и отламывает его по линии надреза, открывая отверстие для слива жидкости из труб.

Данные сливные (сбивные) клапаны за счет простоты конструкции нашли наиболее широкое применение при эксплуатации скважин с помощью УЭЦН, но их применение невозможно при эксплуатации скважин с помощью УШГН из-за наличия колонны насосных штанг внутри колонны НКТ. Также не могут быть применены для УШГН более сложные по конструкции спускные клапаны по патентам № 175062, 2672298, 2767630.

Известно устройство для слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (№ 1587177, E 21 B 34/06, 1990), содержащее корпус с элементами для связи с колонной труб и размещенную в корпусе боковую камеру, имеющую канал для слива жидкости, над которым установлен затвор, шарнирно соединенный с рычагом, выступающим из боковой камеры, узел для открытия затвора с элементами для связи с колонной штанг, установленный с возможностью взаимодействия со свободным концом рычага. При этом боковая камера над затвором заполнена вязкоупругим полиакриламидом, а узел для открытия затвора выполнен в виде двух разрезных колец, расположенных друг над другом в диаметрально противоположных направлениях и закрепленных пластинчатыми пружинами на колонне штанг.

Недостатком известного устройства является сложная конструкция и низкая эксплуатационная надежность. При обрыве штанг выше установленного клапана не произойдет открытие сливного канала и насосно-компрессорные трубы будут подняты на поверхность с жидкостью. Кроме того, на большой глубине трудно подобрать положение, при котором разрезные кольца не будет задевать за рычаг, особенно в наклонных скважинах, причем в последних могут вступить во взаимодействие с рычагом штанговые соединительные муфты, в результате чего откроется канал для слива жидкости.

Широкое применение для скважин, оборудованных УШГН, нашел сливной клапан, включающий корпус с радиальными отверстиями и размещенную в нем мембрану (например, а. с. СССР № 968336, E 21 B 34/06, 1982).

Как показала промысловая практика, недостаток такого клапана заключается в низкой надежности при его эксплуатации. В радиальном отверстии корпуса клапана установлена только одна мембрана, которая может разрушиться вследствие различных причин раньше рабочего ресурса насоса (рост давления в нефтепроводе, опрессовка насоса и НКТ, проведение промывок и др.). При этом насос, не отработавший своего срока, и все насосное оборудование вынуждены поднимать на поверхность, что увеличивает затраты на подземный ремонт, снижает межремонтный период, увеличивает простои скважин и потери нефти.

Наиболее близким к предлагаемому является сливной клапан (патент RU № 2148704, МПК E21B 34/06, опубл. 10.05.2000 в бюл. № 13), включающий корпус с радиальными отверстиями и размещенную в нем мембрану. Снабженный дополнительной мембраной, размещенной в радиальном отверстии корпуса, который имеет выступ с наклонным каналом, выполненным в виде полости запорного клапана с седлом и шариком. Наклонный канал выполнен в верхней части корпуса. При этом радиальное отверстие расположено по центру выступа, а между мембранами установлено промежуточное опорное кольцо с кольцевой проточкой по наружной поверхности, соединенной с наклонным каналом, и с радиальным отверстием, сообщающим кольцевую проточку с мембранной полостью.

Недостатками данного клапана являются:

- низкая надежность для скважин с большой кривизной ствола скважины, связанная со слабым прижатием шарика к седлу, как следствие низкая герметичность запорного клапана;

- риск засорения наклонного канала различными отложениями или механическими примесями, попадающими из скважины, что приводит к утечкам жидкости из колонны НКТ после разрыва первой мембраны.

Технической проблемой изобретения является низкая надежность сливного клапана для скважин, оборудованных УШГН, в условиях большой кривизны ствола скважины.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности сливного клапана за счет герметичности запорного клапана, задерживания различных отложений или механических примесей и исключения попадания их в наклонный канал.

Технический результат достигается сливным клапаном, включающим корпус с выступом и центральным радиальным отверстием, внешней основной и внутренней предохранительной мембранами, между которыми установлено промежуточное опорное кольцо с боковым отверстием, при этом по центру выступа расположен наклонный канал, выполненный в виде полости запорного клапана с седлом и шариком, наклонный канал сообщен с боковым отверстием.

Новым является то, что наклонный канал выполнен в нижней части выступа корпуса и снабжен дополнительным шариком и ограничителем седла, наклонный канал снаружи перекрыт металлической сеткой, жестко закрепленной с корпусом.

На чертеже изображена схема сливного клапана, где корпус – 1, внешняя основная мембрана – 2, внутренняя предохранительная мембрана – 3, выступ – 4, радиальное отверстие – 5, наклонный канал – 6, седло – 7, шарик – 8, промежуточное опорное кольцо – 9, дополнительный шарик – 10, металлическая сетка – 11, винты – 12, наружная гайка – 13, уплотнительное кольцо – 14, боковое отверстие в промежуточном опорном кольце – 15, опорное кольцо – 16.

Сущность изобретения

Сливной клапан содержит корпус 1 с выступом 4 и центральным радиальным отверстием 5, внешней основной 2 и внутренней предохранительной 3 мембранами, между которыми установлено промежуточное опорное кольцо 9 с боковым отверстием 15, при этом по центру выступа 4 расположен наклонный канал 6, выполненный в виде полости запорного клапана с седлом 7 и шариком 8, наклонный канал 6 сообщен с боковым отверстием 15.

Наклонный канал 6 выполнен в нижней части выступа 4 корпуса 1 и снабжен дополнительным шариком 10 и ограничителем седла. Направленность наклонного канала 6 и наличие дополнительного шарика 10 обеспечивает надежное прижатие шарика 8 к седлу 7 и повышает герметичность запорного клапана в условиях большой кривизны ствола скважины, как следствие увеличивается надежность устройства. Наличие ограничителя седла обеспечивает плотное прижатие седла 7 к корпусу 1, как следствие увеличивается надежность устройства.

Наклонный канал 6 снаружи перекрыт металлической сеткой 11, жестко закрепленной с корпусом 1, например, винтами 12. Металлическая сетка, например с ячейкой 0,5 мм, обеспечивает задерживание различных отложений или механических примесей и исключает их попадание в наклонный канал, как следствие увеличивается надежность устройства.

Сливной клапан работает следующим образом.

Клапан устанавливают над штанговым насосом под колонной НКТ, соединяют с помощью резьбовых соединений. Внутренний диаметр равен внутреннему диаметру НКТ, клапан не имеет деталей, выступающих вовнутрь, поэтому возможно применение в компоновках УШГН. При спуске клапана с ГНО за счет перепада давления скважинная жидкость по наклонному каналу 6 поступает в пространство между мембранами 2 и 3, выравнивая давление.

В процессе работы УШГН внутренняя предохранительная мембрана 3 обеспечивает герметичность, исключая утечки, при этом воспринимает на себя все перепады и скачки давления, а внешняя основная мембрана 2 не подвергается перепадам давления, сохраняя форму и прочность. В случае непреднамеренного разрушения внутренней предохранительной мембраны 3, например, из-за скачка давления в нефтепроводе или превышении допустимого давления опрессовки колонны НКТ, герметичность клапана обеспечивается внешней основной мембраной 2. При этом за счет превышения давления внутри колонны НКТ из-за работы штангового насоса запорный клапан с шариком 8 и седлом 7 оказывается закрыт.

При необходимости проведения подземного ремонта производится подключение насосного агрегата ЦА-320, создание избыточного давления внутри колонны НКТ для разрыва одной или двух мембран 2 и 3. Далее производится подъем ГНО со сливом жидкости из колонны НКТ через радиальное отверстие в клапане, исключая загрязнение прискважинной территории и увеличение продолжительности спускоподъемных операций.

Сборка клапана производится следующим образом.

В центральное радиальное отверстие 5 вставляется уплотнительное кольцо 14, внутренняя предохранительной мембрана 3, промежуточное опорное кольцо 9 (боковое отверстие 15 в кольце 9 должно сообщаться с наклонным каналом 6 в выступе 4 корпуса 1), внешняя основная мембрана 2, опорное кольцо 16, далее вворачивается наружная гайка 13, которая зажимает обе мембраны 2 и 3.

В наклонный канал 6 помещаются дополнительный шарик 10 и шарик 8, вворачивается седлом 7 с ограничителем. Далее металлическая сетка 11 над наружным отверстием наклонного канала 6 фиксируется винами 12, вворачиваемыми в соответствующие отверстия в выступе 4 корпуса 1. Разборка клапана для ревизии и замены мембран 2 и 3 производится в обратном порядке.

Материал мембран – нержавеющая сталь, толщина мембран подбирается в соответствии с необходимым перепадом давления для их разрыва и обеспечения герметичности в процессе эксплуатации.

Таким образом, предлагаемый сливной клапан является надежным за счет герметичности запорного клапана, задерживания различных отложений или механических примесей и исключения попадания их в наклонный канал.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности для обеспечения слива жидкости из колонны насосно-компрессорных труб при их подъеме в процессе проведения подземного ремонта. Сливной клапан включает корпус с выступом и центральным радиальным отверстием, внешнюю основную и внутреннюю предохранительную мембраны, между которыми установлено промежуточное опорное кольцо с боковым отверстием. По центру выступа расположен наклонный канал, выполненный в виде полости запорного клапана с седлом и шариком. Наклонный канал сообщен с боковым отверстием. Наклонный канал выполнен в нижней части выступа корпуса и снабжен дополнительным шариком и ограничителем седла. Наклонный канал снаружи перекрыт металлической сеткой, жестко закрепленной с корпусом. Достигается технический результат – повышение надежности сливного клапана за счет герметичности запорного клапана, задерживания различных отложений или механических примесей и исключения попадания их в наклонный канал. 1 ил.

Сливной клапан, включающий корпус с выступом и центральным радиальным отверстием, внешней основной и внутренней предохранительной мембранами, между которыми установлено промежуточное опорное кольцо с боковым отверстием, при этом по центру выступа расположен наклонный канал, выполненный в виде полости запорного клапана с седлом и шариком, наклонный канал сообщен с боковым отверстием, отличающийся тем, что наклонный канал выполнен в нижней части выступа корпуса и снабжен дополнительным шариком и ограничителем седла, наклонный канал снаружи перекрыт металлической сеткой, жестко закрепленной с корпусом.