RU140103U1 - Муфта пусковая с клапаном - Google Patents

Abstract

1. Пусковая муфта с клапаном, размещенная в колонне насосно-компрессорных труб и жестко соединяющая верхнюю и нижнюю относительно пусковой муфты части колонны, выполненная в виде осесимметричного полого тела вращения с резьбой на концах, в боковой стенке которой установлен, по меньшей мере, один клапан, содержащий корпус, упор, седло с центральным отверстием, установленное в выемке корпуса, и запорный элемент, выполненный в виде жесткого шара с возможностью его перемещения внутри канала цилиндрической формы, диаметр которого соответствует диаметру шара и диаметру центрального отверстия седла в месте его прилегания к корпусу, сообщающего внутреннюю полость муфты с затрубным пространством, отличающаяся тем, что части цилиндрического канала, обращенные к затрубному пространству и к внутренней полости пусковой муфты, выполнены с меньшими диаметрами, чем диаметр шара, часть цилиндрического канала, обращенная к внутренней полости пусковой муфты, сообщается с ней посредством дополнительных каналов, выполненных по периферии цилиндрического канала, часть центрального отверстия седла клапана, примыкающая к упору, выполнена с меньшим диаметром, чем диаметр шара, а седло клапана выполнено из эластомерного материала.2. Пусковая муфта с клапаном по п. 1, отличающаяся тем, что корпус клапана и упор установлены в боковой стенке пусковой муфты посредством резьбового соединения.3. Пусковая муфта с клапаном по п. 1, отличающаяся тем, что центральное отверстие седла клапана выполнено сужающимся в направлении к упору.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для герметизации колонны насосно-компрессорных труб при проведении цикла освоения скважины путем закрытия клапана пусковой муфты.

Прежде, чем переходить к описанию аналогов и прототипа, отметим следующее. При освоении скважины в нее опускают колонну насосно-компрессорных труб, в нижней части которой установлены несколько пусковых муфт, соединяющих трубы колонны. В пусковой муфте, в ее боковых стенках расположены отверстия, предназначенные для протекания через них газожидкостной среды из затрубного пространства во внутреннюю полость колонны насосно-компресорных труб. По прошествии некоторого промежутка времени, определяемого технологией освоения, необходимо прекратить доступ газожидкостной смеси внутрь колонны, для чего колонну вынимают на поверхность, заменяют муфты с отверстиями на муфты без отверстий и снова опускают колонну в скважину. Процесс подъема-опускания колонны требует значительного времени, составляющего (8-12) дней, и, соответственно, дополнительных финансовых затрат. Предлагаемое техническое решение позволяет исключить процесс подъема колонны для замены муфт и последующего ее опускания в скважину путем закрытия отверстий в пусковых муфтах при нахождении колонны внутри скважины.

Известен аналог заявляемого технического решения, например, "Газ-лифтный клапанный узел", описанный в патенте RU 2419715, МПК E21B 34/06, опубл. 27.05.2011 г. Устройство-аналог содержит газлифтный клапан, имеющий запорный клапанный элемент, расположенный между кольцевым пространством и каналом насосно-компрессорной трубы, приспособленный для выборочного перемещения через него потока текучей среды от впускной стороны к выпускной стороне запорного клапанного элемента и способный смещаться для предотвращения утечки текучей среды через него от выпускной стороны к впускной стороне. Имеется изолирующий элемент, расположенный на впускной стороне запорного клапанного элемента и приспособленный спускаться в скважину в первом положении, в котором он изолирует выпуск запорного клапанного элемента от давления текучей среды в кольцевом пространстве или канале насосно-компрессорной трубы для предотвращения утечки текучей среды, и в ответ на величину давления текучей среды, превышающую пороговую величину, переходить во второе положение. В последнем положении изолирующий элемент обеспечивает перемещение текучей среды через него независимо от величины давления текучей среды. Данное устройство предназначено для газлифта и используется для подъема жидкости из скважины за счет энергии газа, подаваемого в скважину под избыточным давлением. Недостатком аналога является его сложное конструктивное исполнение и, соответственно, высокая себестоимость. Кроме этого, в устройстве-аналоге присутствуют движущиеся узлы и каналы, которые могут быть засорены взвешенными в жидкой среде частицами глины, песка и т.д., что может привести к утрате работоспособности устройства в целом.

Известно также устройство для эксплуатации и очистки скважины, содержащее полый шток, обратный клапан, корпус, соединенный с хвостовиком, оснащенным снизу фильтром и пакером, включающим вставленный в него и соединенный с полым штоком расширяющийся конус с цилиндрической нижней частью, которая телескопически вставлена в корпус с возможностью ограниченного перемещения вниз и зафиксирована относительно корпуса срезным элементом. Обратный клапан установлен в хвостовике ниже фильтра и выполнен в виде тарельчатого клапана. Седло клапана выполнено с возможностью герметичного взаимодействия с концевым ниппелем, спускаемым на колонне технологических труб внутрь устройства (патент RU 2398957 "Устройство для эксплуатации и очистки скважины", МПК E21B 37/00, опубл. 10.09.2010 г.). Недостатком этого устройства является его относительно сложная конструкция, а, следовательно, высокая себестоимость.

В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбрано "Устройство для очистки и эксплуатации скважины", описанное в патенте RU 2471966, МПК E21B 37/00, E21B 43/00, опубл. 10.01.2013 г., содержащее электроцентробежный насос, подвешенный на колонне насосно-компрессорных труб, соединенных между собой пусковой муфтой, в стенке которой выполнены аэраторы (отверстия), сообщающие канал насосно-компрессорной трубы с кольцевым пространством ствола скважины, перекрываемые полым запорным клапаном, перемещаемым вдоль колонны насосно-компрессорных труб посредством каната, управляемого из устья скважины. Наружная поверхность запорного клапана и посадочная поверхность пусковой муфты, по меньшей мере, на длине поперечного сечения аэраторов выполнены коническими с соответствующими друг другу углами. Запорный клапан в прототипе, перекрывающий аэраторы, выполненные в стенке пусковой муфты, имеет простое конструктивное исполнение, однако ему присущ следующий недостаток - между коническими поверхностями запорного клапана и стенкой, на которой расположены аэраторы, могут попадать находящиеся в жидкой (либо газовой) среде частицы песка, глины и т.д., что может приводить к неполному перекрытию отверстий аэраторов запорным клапаном, в результате чего клапан перестает выполнять свое функциональное назначение, т.е. снижается надежность его работы.

Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является обеспечение гарантированного герметичного перекрытия отверстий в стенке пусковой муфты посредством клапана.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является повышение надежности работы клапана за счет обеспечения гарантированного герметичного перекрытия отверстия в стенке пусковой муфты посредством клапана.

Достигается это тем, что в известной пусковой муфте с клапаном, размещенной в колонне насосно-компрессорных труб и жестко соединяющей верхнюю и нижнюю относительно пусковой муфты части колонны, выполненной в виде осесимметричного полого тела вращения с резьбой на концах, в боковой стенке которой установлен, по меньшей мере, один клапан, содержащий корпус, упор, седло с центральным отверстием, установленное в выемке корпуса, и запорный элемент, выполненный в виде жесткого шара с возможностью его перемещения внутри канала цилиндрической формы, диаметр которого соответствует диаметру шара и диаметру центрального отверстия седла в месте его прилегания к корпусу, сообщающего внутреннюю полость муфты с затрубным пространством, согласно полезной модели:

- части цилиндрического канала, обращенные к затрубному пространству и к внутренней полости пусковой муфты, выполнены с меньшими диаметрами, чем диаметр шара;

- часть цилиндрического канала, обращенная к внутренней полости пусковой муфты, сообщается с ней посредством дополнительных каналов, выполненных по периферии цилиндрического канала;

- часть центрального отверстия седла клапана, примыкающая к упору, выполнена с меньшим диаметром, чем диаметр шара;

- седло клапана выполнено из эластомерного материала.

Кроме этого, корпус клапана и упор могут быть установлены в боковой стенке пусковой муфты посредством резьбового соединения.

Кроме того, центральное отверстие седла клапана выполнено сужающимся в направлении к упору.

Приведенный заявителем анализ уровня техники показал, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленной пусковой муфты с клапаном, отсутствуют, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Заявляемое техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом на известном в настоящее время оборудовании, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Суть заявляемого технического решения поясняется на фиг. 1, на которой показан продольный разрез пусковой муфты с клапаном, на фиг. 2 - продольный разрез клапана, на фиг. 3 - вид на клапан со стороны внутренней полости пусковой муфты.

Пусковая муфта с клапаном (см. фиг. 1) выполнена в виде осесимметричного полого тела вращения 1 с резьбой 2 на концах, например, конической внешней и конической внутренней резьбой, как показано на фиг. 1, посредством которой муфта жестко соединяет верхнюю и нижнюю относительно муфты части колонны насосно-компрессорных труб (на фиг. 1 насосно-компрессорные трубы не показаны). В боковой стенке муфты установлен, по меньшей мере, один клапан 3, содержащий (см. фиг. 2) корпус 4, упор 5, которые выполняются из металла и седло 6 с центральным отверстием 7. Седло 6 выполняется из эластомерного материала, например, резины с заданными свойствами, и устанавливается в выемке корпуса 4 Часть 16 отверстия 7 седла 6, примыкающая к упору 5, выполнена с меньшим диаметром, чем диаметр шара 8. Как вариант исполнения отверстие 7 седла 6 может быть выполнено сужающимся в направлении к упору 5, например, конической формы, как показано на фиг. 2. Отверстие 7 может иметь и цилиндрическую форму, при этом диаметр отверстия 7 соответствует диаметру шара 8, а часть 16 отверстия 7, примыкающая к упору 5, имеет меньший диаметр, чем диаметр шара (на фиг. 2 такая конфигурация отверстия 7 не показана). Кроме этого клапан 3 содержит запорный элемент, выполненный в виде жесткого шара 8, например, стального, выполненного с возможностью его перемещения внутри канала 9 цилиндрической формы, диаметр которого соответствует диаметру шара 8 и диаметру центрального отверстия 7 седла 6 в месте его прилегания к корпусу 4. Канал 9 сообщает внутреннюю полость 10 муфты 1 с затрубным пространством 11. Части 12 цилиндрического канала 9, обращенные к затрубному пространству 11 и к внутренней полости 10, выполнены с меньшими диаметрами, чем диаметр шара 8. Часть 12 цилиндрического канала 9, обращенная к внутренней полости 10, сообщается с ней посредством дополнительных каналов 13, выполненных по периферии цилиндрического канала 9. На фиг. 3 для одного из вариантов исполнения показаны три дополнительных канала 13. Корпус 4 клапана и упор 5 могут быть установлены в боковой стенке муфты 1 посредством резьбового соединения 14. Для вворачивания корпуса 4 и упора 5 используются глухие отверстия 15 для специального ключа. Пусковая муфта 1 с клапаном 3, установленная в колонне насосно-компрессорных труб, опускается в ствол скважины (не показан) на необходимую глубину.

Работа заявляемого технического решения происходит следующим образом. Колонна насосно-компрессорных труб с установленной в ней пусковой муфтой 1 с клапаном 3 находится в стволе скважины на необходимой глубине, при этом шар 8 в исходном состоянии находится справа от седла 6 (см. фиг. 2). Жидкая среда или газ, находящиеся в затрубном пространстве 11, при условии, что давление в затрубном пространстве 11 больше давления во внутренней полости 10 муфты 1, по цилиндрическому каналу 9 и дополнительным каналам 13, расположенным по периферии канала 9, перетекает во внутреннюю полость 10 муфты 1. Шар 8 упирается при этом в уступ части 12 канала 9, обращенной к внутренней полости 10, выполненной с меньшим диаметром, чем диаметр шара 8. При необходимости перекрытия поступления жидкой среды или газа во внутреннюю полость 10 из затрубного пространства 11 во внутренней полости колонны насосно-компрессорных труб, а соответственно, и в полости 10 пусковой муфты 1, посредством насоса, расположенного в устье скважины, создают давление, превышающее давление в затрубном пространстве 11. При этом шар 8 увлекается газожидкостным потоком, распространяющимся по дополнительным каналам 13 и перемещается по цилиндрическому каналу 9 в сторону центрального отверстия 7 седла 6. Благодаря эластичности материала седла 6, шар 8 при заданной величине перепада давления между внутренней полостью 10 и затрубным пространством 11, проходит через сужающуюся часть центрального отверстия 7 и оказывается снаружи седла 6, занимая при этом положение слева от него (шар 8 в этом положении показан пунктиром на фиг. 2), закрывая при этом вход в часть 16 отверстия 7, имеющую меньший диаметр, чем диаметр шара 8. От перемещения влево шар 8 удерживается уступом части 12 канала 9, обращенной к затрубному пространству 11, выполненной с диаметром меньшим, чем диаметр шара 8. В результате канал 9 перекрывается шаром 8, и доступ жидкости или газа во внутреннюю полость 10 прекращается. После снятия давления внутри колонны насосно-компрессорных труб, шар 8 прижимается силой давления в затрубном пространстве 11 к эластичному седлу 6, обеспечивая тем самым герметичность клапана. Возможное попадание механических частиц (песка, глины) на поверхность седла 6 не нарушает герметичности клапана, поскольку за счет эластичного материала седла 6 и прижатия шара 8 к отверстию 7 в зоне его минимального сечения силой давления в затрубном пространстве 11 частицы песка вдавливаются в материал седла, сохраняя герметичность клапана. Аналогично работа клапана происходит и при цилиндрической форме центрального отверстия 7 с зауженной частью 16. Открытие клапана может быть произведено механическим способом путем перемещения шара 8 в крайнее правое положение после подъема колонны насосно-компрессорных труб из скважины на поверхность.

Учитывая новизну и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на полезную модель.

Claims (3)

1. Пусковая муфта с клапаном, размещенная в колонне насосно-компрессорных труб и жестко соединяющая верхнюю и нижнюю относительно пусковой муфты части колонны, выполненная в виде осесимметричного полого тела вращения с резьбой на концах, в боковой стенке которой установлен, по меньшей мере, один клапан, содержащий корпус, упор, седло с центральным отверстием, установленное в выемке корпуса, и запорный элемент, выполненный в виде жесткого шара с возможностью его перемещения внутри канала цилиндрической формы, диаметр которого соответствует диаметру шара и диаметру центрального отверстия седла в месте его прилегания к корпусу, сообщающего внутреннюю полость муфты с затрубным пространством, отличающаяся тем, что части цилиндрического канала, обращенные к затрубному пространству и к внутренней полости пусковой муфты, выполнены с меньшими диаметрами, чем диаметр шара, часть цилиндрического канала, обращенная к внутренней полости пусковой муфты, сообщается с ней посредством дополнительных каналов, выполненных по периферии цилиндрического канала, часть центрального отверстия седла клапана, примыкающая к упору, выполнена с меньшим диаметром, чем диаметр шара, а седло клапана выполнено из эластомерного материала.

2. Пусковая муфта с клапаном по п. 1, отличающаяся тем, что корпус клапана и упор установлены в боковой стенке пусковой муфты посредством резьбового соединения.

3. Пусковая муфта с клапаном по п. 1, отличающаяся тем, что центральное отверстие седла клапана выполнено сужающимся в направлении к упору.

Images