Скважинный клапан-отсекатель Советский патент 1982 года по МПК E21B43/12 

(54) СКВАЖИННЫЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к нефтедобыче, а именно к эксплуатации фонтанных, полуфонтанных и нагнетательных скважин, в процессе работы которых возможны разрушения или повреждения устьевого оборудования или эксплуатационной колонны.

Известен клапан-отсекатель закачиваемого типа с. дистанционным управлением, содержащий поворотный шаровой запорный механизм, направляюший раму, размещенный в- цилиндрическом корпусе с фигурным вырезом 1.

Недостатком его являются потери в добыче, а также значительные энергетические затраты, имеющие место при остановке скважины на продолжительное время в период открытия клапана.

Известен также скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с щарнирно связанным с ним запорным органом, выполненным в виде тарельчатого клапана, подпружиненный, шток и седло 2.

Недостатками клапана являются низкая надежность из-за возможности закрытия при пульсации давления жидкости в трубах, трудоемкость операций по открытию клапана, значительные потери извлекаемой

жидкости, имеющие место при простое скважины во время открытия клапана, а также большое количество оборудования для управления клапаном.

Цель изобретения - повыщение надежности работы устройства за счет возможности предупреждения его внезапного закрытия при пульсации давления жидкости в трубах и автоматического выравнивания давления в нем.

Поставленная цель достигается тем, что клапан-отсекатель снабжен обтекателем, выполненным в виде двух взаимосопрягаемых пластин, одна из которых и обе вместе имеют в сечении форму крылового дозвукового профиля, а запорный орган выполнен

15 в виде цилиндра с крыщкой, имеющей центральную запорную иглу и установленного в нем поршня со сквозным осевым каналом, сообщающим надпоршневое пространство с внутритрубным, причем подпоршневое пространство заполнено газом, при этом

20 пластина, имеющая в сечении форму крылового дозвукового профиля, жестко связана с помощью тяг с крыщкой, а вторая пластина - с поршнем.

На фиг. 1 изображен скважинный клана н-отсекатель в открытом положении, общий -вид; на фиг. 2 - то же, в закрытом положении; на фиг. 3 - схема обтекателя до сопряжения пластин; на фиг. 4 - то же, после сопряжения.

Клапан-отсекатель состоит из корпуса 1, содержащего седло 2 запорного органа 3, который посредством ш.арнира 4 укреплен к стенке корпуса, присоединняемого к насосно-компрессорным трубам 5. В корпусе имеется полость для размещения запорного органа при открытом положении клапана. Запорный орган 3 клапана снабжен крыщкой 6, цилиндром 7 и порщнем 8, уплотнительными элементами 9, герметизирующими камеру 10 с помещенной в ней пружиной 11 предназначенной для аккумулирования энергии при перемещении порщня в цилиндре 7 запорного органа. Свободная полость 12, образованная больщими ступенями поршня, цилиндра и крыщкой заслонки, предназначена для размещения в ней жидкости, вытесняемой через канал 13 порщня 8 при перемещении последнего. Канал 13 также предназначен для перетока жидкости во время уравнивания давлений в клапане и перекрывается иглой 14, размещенной над крыщкой 6. Запорный орган снабжен обтекателем, выполненном в виде верхней пластины 15, имеющей в сечении крыловой дозвуковой профиль и предназначенной для удержания запорного органа в открытом положении, связанной с тягой 16, и нижней пластины 17 с тягой 18, жестко связывающей нижнюю пластину 17 с порщнем 8.

Клапан-отсекатель работает следующим образом.

При нормальной,работе скважины запорный орган 3 клапана располагается (фиг. 1) во внутренней полости корпуса 1 таким образом, чтобы не препятствовать прохождению инструментов и приборов через клапан при проведении ремонтных и исследовательских работ в скважине. Для этого верхний торец его не выступает за пределы проходного сечения клапана и расположен параллельно цотоку жидкости, движущейся мимо запорного органа. При этом между верхней 15 и нижней 17 пластинами, присоединенных с помощью тяг соответственно 16 и 18 к крыщке и порщню, образуется пространство, которое позволяет потоку полностью обтекать поверхность верхней пластина, а при обтекании тела, имеющего сечение в виде крылового дозвукового профиля, появляется подъемная сила. При этом верхняя пластина 15 расположёна в потоке жидкости таким образом, что подъемная сила действует на пластину в направлении от нее в сторону запорного органа 3, в результате чего к нему прикладывается сила, которая поворачивает его вокруг щарнира 4 в направлении часовой стрелки и прижимает к стенке корпуса 1. При аварийной ситуации в насосно-компрессорных трубах и корпусе клапана происходит падение давления и увеличивается скорость потока, из-за чего освобождается энергия предварительно сжатой пружины я газа, заключенных в камере 10, и порщень 7 перемещается в крыщке 6. В процессе перемещения поршня жидкость, находящаяся в камере 12, поступает в канал 13 и вытесняется через него и зазоры между тягами нижj ней пластины и отверстиями в крыщке 6. Движение порщня к крыщке прекращается после закрытия канала 13 иглой 14 и совмещения пластин 15 и 17. Образовавшееся при этом тело подобно по форме верхней пластине, т. е. имеет крыловой дозвуковой

профиль, причем его аэродинамические .поверхности расположены в потоке жидкости таким образом, что подъемная сила действует на эту фигуру в направлении от запорного органа к самой фигуре, в результате чего к запорному органу прикладывается сила, которая поворачивает его вокруг шарнира в направлении, противоположном движению часовой стрелки, и отводит запорный орган от стенки корпуса. В даль-, нейщем запорный орган, подхваченный потоком жидкости, прижимается к седлу 2 и происходит полное закрытие клапана. После ликвидации аварии на устье скважины, при необходимости открытия клапана, выкидную линию скважины открывают, подключая ее таким образом к коллекторной линии, давление в которой в сумме с давлением столба жидкости над клапаном достаточно для открытия клапана за счет разности площадей торцовых поверхностей порщня. Это суммарное давление, воздействуя на ступень порщня больщого диаметра, приводит его в движение, при котором канал 13 освобождается от иглы 14 и открывает доступ жидкости из области повыщенного давления, расположенной под запорным органом, в область пониженного

0 давления над ним. После этого выкидную линию скважины закрывают до уравнивания давлений в клапане, вследствие чего запорный орган под действием своего веса поворачивается вокруг шарнира и заходит в полость корпуса, освобождая проходное сечение клапана. Таким образом, скважина готова к пуску и дальнейшей эксплуатации. При пульсации давления жидкости в скважине возможное внезапное закрытие клапана устраняется путем замедления процесса преобразования энергии перепада давления жидкости в механическую энергию, предназначенную для сближения пластин запорного органа. Это достигается тем, что при кратковременном повыщении скорости jQOTOKa поршень начинает перемешаться в направлении крыщки, одновременно вытесняя жидкость из полости 12 через канал 13 и зазоры между отверстиями на крыщке 6 и тягами нижней пластины и отверстиями на крышке 6. Так как пропускная способность указанных зазоров и канала незначительна, то возникающие в них гидравлические сопротивления тормозят продвижение поршня 8 в цилиндре 7. в результате чего увеличивается время перемещения поршня. Указанный промежуток времени по продолжительности превосходит период между двумя импульсами, так как имеется возможность регулировать в необходимых пределах скорость перемещения порщня путем выбора соответствующего диаметра канала 13.

Использование предлагаемого клапанаотсекателя дает возможность увеличи-:-ь добычу нефти и газа из скважин, а также сократить время простоя .этих скважин. Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения составляет, примерно, 3,4 тыс. руб в год на одну скважину.

Формула изобретения

Скважинный клапан-отсекатель, содержащий корпус с Щарнирно связанным с ним запорным органом, и седло, дтлинающийся

тем, что, с целью повыщения надежности работы устройства за счет возможности предупреждения его внезапного закрытия при пульсации давления жидкости в трубах и автоматического выравнивания давления в нем, клапан-отсекатель снабжен обтекателем, выполненным в виде двух взаимосопрягаемых пластин, одна из которых и обе вместе имеют в сечении форму крылового дозвукового профиля, а запорный орган выполнен в виде цилиндра с крыщкой, имеющей центральную запорную иглу и установленного в нем порщня со сквозным осевым каналом, сообщающим надпорщневое пространство с внутритрубным, причем подпорщневое пространство заполнено газом, при этом пластина, имеющая в сечении форму крылового дозвукового профиля, жестко связана с помощью тяг с крыщкой, а вторая пластина - с порщнем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

|..±22

у////

//// ///// у

W2.J