Наземное устройство для перекрытия потока нефти из скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B33/03 E21B43/12 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно устанавливается на линиях, соединяющих нефтяные и газовые скважины с коллектором, и предназначено для отсекания перетока потока среды из скважины в случаях прорыва шлейфа; может быть установлено на любых магистральных трубопроводах, причем с различными интервалами, с целью уменьшения до минимума пролива и загрязнения окружающей среды в аварийных ситуациях, а также может быть использовано в фонтанных арматурах в качестве задвижек.

Известны наземные устройства, содержащие клапан-отсекатель и механизм управления им, включающий пилотный

клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсекателем, и имеющий верхний и нижние поршни, регулировочный шток и обратный клапан с целью клапан-отсекатель и пилотный клапан.

Однако такие наземные устройства металлоемки и сложны для изготовления, не имеют полного прохода и менее надежны в работе, а среда, проходя через отверстия затвора, выполненного в виде глухого штока с каналом для прохода жидкости, истирает рабочие поверхности затвора (клапана) и седла так, что они через непродолжительное время становятся неработоспособными. Такие наземные устройства выполнены в виде дифференциального клапана-отсекателя, который может закрыться приувеличеXI

О СП

со ел ю

нии скорости потока жидкости даже в случае отсутствия повреждений коллекторных линий скважины, а при уменьшении давления в линиях они могут вообще не закрыться, поскольку закрытие запорного элемента требует необходимого усилия для сжатия пружин, удерживающих запорный орган в открытом состоянии. Конструкция пилотного клапана этих наземных устройств такова, что закрытие его обратного клапана может происходить только при интенсивной и быстрой разрядке давления над нижним поршнем, удерживающим обратный клапан в открытом положении. Это связано с тем, что подпружинен верхний поршень, а не ниж- ний и поэтому эффект пружины, способствующей быстрому возвращению поршня в верхнее положение, утерян в известных конструкциях, Принцип действия этих наземных устройств не позволяет произво- дить принудительное закрытие их как при местном,так и дистанционном управлении в случае необходимости,

Известны также наземные устройства с пневмо- и гидроприводом, в основном при- меняющиеся в фонтанных арматурах и по назначению установленные и на коллекторных линиях скважин, и на магистральных трубопроводах.

Однако такие наземные устройства ме- таллоемки, сложны по конструкции и для управления ими требуются специальные станции управления для создания рабочего управляющего давления. В связи с этим их применение в трубопроводах между сква- жинами и коллекторами, а также на магист- ральных трубопроводах экономически нецелесообразно.

Прототипом изобретения является управляемые клапаны-отсекатели с полным проходом, устанавливаемые в скважине и имеющие тарельчатые или шаровые запорные элементы.

Такие клапаны-отсекатели могут быть применены с небольшим изменением в ка- честве наземного устройства для установки на коллекторных линиях скважин и на магистральных трубопроводах.

Однако для управления ими также требуется специальная станция управления, металлоемкая и сложная, Для открытия их требуется предварительное выравнивание давления над и под запорным элементом, в связи с чем в них встроен уравнительный клапан, а при отсутствии его перед открыти- ем требуется создание над запорным элементом давления и тем самым создается искусственное выравнивание давления, которое возможно при больших дополнительных затратах и также нецелесообразно с

экономической точки зрения. Кроме того, эти управляемые клапаны-отсекатели с шаровым затвором имеют сложную технологию изготовления.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства, упрощение управления им и обеспечение возможности открытия без предварительного выравнивания давления над и под запорным элементом клапана-отсекателя,

Для этого конструкция наземных устройств, содержащая клапан-отсекатель и механизм управления им, включающий пилотный клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсекателем и имеющий верхний и нижний поршни, регулировочный шток и обратный клапан, снабжена ступенчатым подпружиненным поршнем, установленным концентрично в клапане-отсекателе с возможностью взаимодействия с запорным элементом, и соленоидным клапаном, связанным линиями управления с подпорш- невой камерой клапана-отсекателя и полостью пилотного клапана между верхним и нижним поршнями, при этом последний выполнен подпружиненным, а площадь сечения клапана-отсекателя вместе расположения ступенчатого поршня больше площади сечения седла клапана-отсекателя под его запорный элемент, выполненный тарельчатым или шаровым и имеющий кожух с размещенными в нем с возможностью взаимодействия с шаром телами качения.

На фиг.1 показано положение тарельчатого запорного органа клапана-отсекателя и обратного клапана пилота при транспортировке и после монтажа наземного устройства; на фиг.2 - положение шарового запорного органа клапана-отсекателя и пилота при транспортировке и после монтажа наземного устройства; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 и 5 - соответственно рабочее состояние запорных органов клапа- нов-отсекателей и обратного клапана пилота наземных устройств, на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - разрез В-В на фиг.4.

I Вариант исполнения наземного устройства для перекрытия потока из скважин

Наземное устройство (см. фиг.1 и 2) содержит клапан-отсекатель 1, с корпусом которого соединен отвод 2 и быстросъемное соединение 3. Внутри корпуса 1 размещен подпружиненный поршень 4, образующий с корпусом надпорщневую камеру а и под- поршневую камеру б, тарельчатый клапан 5, соединенный с седлом 6 через ось 7 и прижатый к нему пружинами кручения 8. С отводом 2 через вентиль 9 соединен пилотный клапан 10, внутри которого размещен

подпружиненный клапан 11, подпружиненный поршень 12 и свободно установленный верхний поршень 13, который взаимодействует с регулировочным штоком 14. Между верхним 13 и нижним 12 поршнями образуется герметичная камера а, а под нижним поршнем - разрядная камера г,

Камера д над обратным клапаном 11, которая образуется при его открытом состоянии, камера в, а также камера а клапа- на-отсекателя 1 и соленоидный клапан 15 сообщаются между собой давлением среды (см. фиг.2 направленные стрелки) через трубки управления 16.

Для предварительного открытия клапа- на-отсекателя (при помощи ручного насоса или подключением любого другого источника создания давления) и корпусу клапана- отсекателя в одной плоскости с быстросъемным соединением 3 подсоединен обратный клапан 17 (см. фиг.З).

Изобретение с тарельчатым клапаном осуществляется следующим образом,

После установки и монтажа вентиль 9 закрывается, навинчивается регулировочный шток 1 пилотного клапана 10, который через верхний поршень 13, нижний поршень 12 передвигается вниз и его хвостовая часть открывает обратный клапан 11.

Далее через обратный клапан 17 клапа- на-отсекателя 1 в камере а Создается дав- ление и поршень 4, двигаясь вниз, откидывает тарельчатый клапан 5 вокруг оси 7, открывая проход.

После этого, например, задвижка фонтанной арматуры открывается и начинается поступление среды в коллектор под определенным давлением.

После этого вентиль 9 открывается и это давление через камеру д и трубку управления 16 одновременно поступает в камеры а, в и соленоидный клапан 15.

Далее регулировочный шток 14 возвращается в первоначальное положение и под действием давления в камере в верхний поршень 13 также поднимается наверх до упора в шток 14, а нижний поршень 12 под действием этого же давления остается в нижнем положении, удерживая обратный клапан 11 пилота 10 в открытом состоянии, тем самым обеспечивается автоматический режим управления клапаном-отсекателем 1.

В случае прорыва трубопровода давление в камерах а и в резко падает и под действием освобожденных пружин поршень 12 мгновенно поднимается наверх, обратный клапан 11 закрывается.

Одновременно мгновенно поднимается наверх и поршень 4 клапана-отсекателя 1

под действием освобожденной пружины благодаря ускоренной разрядке камер б, , а также трубки управления соответ- ственночерез штуцеры 18(см. направление

стрелки на фиг. 1). В случае необходимости принудительного закрытия клапана-отсекателя 1 местное нажатием кнопки или дистанционно подачей сигнала с диспетчерского пульта достаточно привести в дей0 ствие соленоидный клапан 15, который обеспечит стравливание давления из камер а и в и трубки управления 16 одновременно через штуцер 18 пилотного клапана 10 и через себя и клапан-отсекатель закро5 ется.

Для повторного открытия клапана-отсекателя 1 необходимо повторить всю работу, описанную для первоначального открытия. II Вариант исполнения наземного уст0 ройства для перекрытия потока из скважин. II Вариант исполнения наземного устройство отличается от I конструкцией запор- ного органа клапана-отсекателя 1 и механизмом его открытия и закрытия.

5 Наземное устройство содержит клапан- отсекатель 19с шаровым запорным органом, состоит из шарового клапана 20, удерживаемого седлом 21 при помощи двух плеч 22, расположенных друг против друга и взаимо0 действующих с плоской поверхностью е шарового клапана 20. На поверхности е профрезирована канавка и. Шаровой клапан 20, плечи 2 2 расположены внутри кожуха 23, на поверхности которого имеются

5 четыре резьбовых отверстия ж, через которые свободно установлены четыре тела качения 24, причем два из них контактируют с поверхностью е и два - с канавкой и шарового клапана 20. Степень контакта тел

0 качения 24 с поверхностью е и канавкой и регулируется винтами 25, Благодаря такой конструкции обеспечивается плавный поворот шарового клапана 20 при открытии и закрытии.

5 Седла 21 жестко связаны с поршнем 26, верхнее положение которого соответствует закрытому состоянию шарового клапана 20, что обеспечивается пружиной 27.

Изобретение с шаровым запорным ор0 ганом осуществляется по его первоначальному открытию, закрытию в аварийных ситуациях автоматически, а также местное и дистанционное закрытие через соленоидный клапан.

5 Отличается механизмом поворота шарового клапана 20, при котором под действием давления среды в надпоршневой камере а седло 21 совместно с поршнем 26, сжимая пружину 27, двигаются вниз. При этом, поскольку кожух 23 не двигается

телом качения 24, заставляют шаровой клапан 20 плавно вращаться, тем самым проход клапана-отсекателя 19 открывается. В процессе закрытия происходит обратное действие, а именно из-за стравливания давления среды из камеры а седло 21 с поршнем 26 под действием освобожденной пружины 27 возвращается в первоначальное положение, При этом плечи 23 возвращают шаровой клапан тоже в первоначальное положение, одновременно заставляя его вращаться вокруг тел качения 24, тем самым закрывается проход клапана-отсекателя 19.

Благодаря созданию конструкции наземных устройств по изобретению значительно повышается надежность конструкции, упрощается технология изготовления, значительно уменьшается металлоемкость, обеспечивается управление ими помимо автоматического режима также принудительно местно и дистанционно. Кроме того, внедрение одного предлагаемого наземного устройств ориентировочно даст экономический эффект более 2290 руб.

Формула изобретения

1. Наземное устройство для перекрытия потока нефти из скважины, содержащее клапан-отсекатель и механизм управления им, включающий пилотный клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсе-

кателем и имеющий верхний и нижние поршни, регулировочный шток и обратный клапан, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства, упрощения управления им и обеспечения возможности открытия без предварительного выравнивания давления над и под запорным элементом клапана-отсекателя, оно снабжено ступенчатым подпружиненным поршнем, установленным концентрично в клапане-отсекателе с возможностью взаимодействия с запорным элементом, и соленоидным клапаном, связанным линиями управления с подпоршне- вой камерой клапана-отсекателя и полостью пилотного клапана между верхним и нижним поршнями, при этом последний выполнен подпружиненным, а площадь сечения клапана-отсекателя s месте расположения ступенчатого поршня больше площади сечения седла клапана-отсекателя под его запорный элемент,

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что запорный элемент выполнен тарельчатым,

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что запорный элемент выполнен шаровым и имеет кожух с размещенными в нем с возможностью взаимодействия с шаром телами качения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно применяется для закрытия прохода коллекторных линий скважин или магистральных трубопроводов в аварийных ситуациях с целью предотвращения утечки транспортируемой среды и загрязнения окружающей среды. В изобретении решается вопрос создания конструкции наземных устройств как с тарельчатым, так и с шаровым запорным органом. Управление ими осуществляется давлением самой транспортируемой среды как в автоматическом режиме, так и принудительно (местно или дистанционно) Решен также вопрос о новой постановке поворота шарового клапана при открытии и закрытии прохода клапана-отсекателя. Он осуществляется при помощи свободно устанавливаемых тел качения между кожухом и шаровым клапаном, которые позволяют регулировать степень их контакта при помощи винтов, установленных на кожухе В данном устройстве поршень пилотного клапана, взаимодействующий с обратным клапаном, подпружинен. Благодаря этому обеспечивается ускоренное стравливание давления из надпоршневой зоны клапана- отсекателя и его закрытие. 7 ил , 2 з п. ф-лы ел С

Фиг.1

1

Ъ

ft

69C99AL

Фи.г.5

.&Ј

9и,г б

н Ж

ЈЈ

Ј)

Риг. 7