RU197510U1

RU197510U1 - Steam valve

Info

Publication number: RU197510U1
Application number: RU2020100088U
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Сергеев
Original assignee: Михаил Юрьевич Сергеев
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2020-05-12

Abstract

Полезная модель относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к клапанным устройствам для эксплуатационных скважин. Внутри корпуса клапана-пароотсекателя установлен поплавок со штоком, проходящим сквозь отверстие нижнего крепления, и дополнительным штоком, проходящим через отверстие верхнего крепления, закрепленного на рассекателе. Клапан расположен внутри нижнего крепления, имеет возможность перемещения вдоль штока и внутри нижнего крепления с одной степенью свободы по общей вертикальной оси. Наконечник штока выполнен двухступенчатым. Контактирующая со съемным седлом посадочная поверхность клапана имеет радиусную фаску; радиусная фаска цилиндрической ступени наконечника штока контактирует в нижнем положении поплавка с кромкой осевого отверстия клапана. Достигается технический результат – повышение надежности работы клапана. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.The utility model relates to the oil industry, in particular to valve devices for production wells. A float with a rod passing through the hole of the lower mount and an additional stem passing through the hole of the upper mount mounted on the divider is installed inside the body of the steam cutoff valve. The valve is located inside the lower mount, has the ability to move along the stem and inside the lower mount with one degree of freedom along a common vertical axis. The rod tip is made in two stages. The seating surface of the valve in contact with the removable seat has a radius bevel the radial chamfer of the cylindrical step of the stem tip contacts in the lower position of the float with the edge of the axial hole of the valve. A technical result is achieved - increasing the reliability of the valve. 2 s.p. f-ly, 8 ill.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к клапанным устройствам для эксплуатационных скважин и может быть использовано при подземном способе добычи нефти.The utility model relates to the oil industry, in particular to valve devices for production wells and can be used in the underground method of oil production.

В технологии добычи нефти наблюдается тренд на увеличение давления и температуры пара. Вязкость нефти при повышении температуры понижается и даже небольшой зазор при неполном закрытии гидрозатвора может привести к его опорожнению, вследствие чего происходит утечка пара и попутных газов в горные выработки и существенно ухудшаются условия работы в нефтяных шахтах. In the technology of oil production, there is a trend towards an increase in pressure and temperature of steam. The viscosity of the oil decreases with increasing temperature and even a small gap with incomplete closure of the water seal can lead to its emptying, as a result of which steam and associated gases leak into the mine workings and the working conditions in oil mines are significantly worsened.

Известна конструкция отсекателя пара (патент № 2625061 [1]), содержащего корпус, гидравлически сообщающийся с устьем скважины, два выпускных клапана с поплавковым приводом, выполненным в виде консоли, шарнирно закрепленной в корпусе с возможностью перемещения консоли в вертикальной плоскости, на свободном конце которой закреплен горизонтальный поплавок.The known design of the steam cutoff (patent [1]), comprising a housing hydraulically connected to the wellhead, two exhaust valves with a float actuator made in the form of a console, pivotally mounted in the housing with the possibility of moving the console in a vertical plane, on the free end of which fixed horizontal float.

Недостатками известной конструкции является склонность к накоплению во внутренней полости песка, что уменьшает рабочий ход поплавка, вследствие чего клапаны не закрываются полностью и происходит утечка пара и попутных газов.The disadvantages of the known design is the tendency to accumulate sand in the internal cavity, which reduces the stroke of the float, as a result of which the valves do not close completely and steam and associated gases leak.

Известен способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти (патент № 2642759 [2]) и устройство для его осуществления (патент № 2632349 [3]) автоматизирующие процесс спуска жидкости из скважин. Конструкция состоит из двух камер, разделенных между собой дроссельной перегородкой. Поплавок, находящийся в верхней камере, соединен штоком сквозь дроссельную перегородку с клапанным узлом, расположенным в нижней камере. Нижний наконечник штока оснащен двойным клапаном, малый клапан находится внутри большого, выполнен в виде полого цилиндра со сквозными отверстиями в стенках с возможностью перемещения внутри большого клапана с одной степенью свободы по общей вертикальной оси. В нижней торцевой крышке установлена втулка сброса, выполняющая функцию нижнего отвода, в центральном отверстии которой жестко установлено седло; на торцевой поверхности втулки сброса по внешнему диаметру установлена гильза с отверстиями упирающаяся в дроссельную перегородку.There is a known method of draining fluid from wells in an underground method of oil extraction (patent [2]) and a device for its implementation (patent [2632349 [3]) automating the process of lowering the fluid from wells. The design consists of two chambers separated by a throttle baffle. The float located in the upper chamber is connected by a rod through the throttle baffle to a valve assembly located in the lower chamber. The lower tip of the stem is equipped with a double valve, the small valve is located inside the large one, made in the form of a hollow cylinder with through holes in the walls with the ability to move inside the large valve with one degree of freedom along a common vertical axis. A reset sleeve is installed in the lower end cover, which performs the function of the lower outlet, in the central hole of which a saddle is rigidly mounted; A sleeve with holes abutting against the throttle baffle is installed on the end surface of the discharge sleeve along the outer diameter.

Наличие крепления только с одной стороны поплавка приводит к смещению поплавка относительно продольной оси корпуса, как из-за отклонения корпуса от вертикальной оси, так и из-за воздействия гидравлических потоков на поплавок. Отклонение поплавка приводит к смещению осей малого и большого клапанов относительно друг друга и относительно оси седла, появляется зазор клапанов малого и большого относительно друг друга при закрытии седла. При смещении из-за конусной формы образуются серповидные зазоры, что приводит к несрабатыванию устройства из-за отсутствии герметичного запирания клапанами седла при сливе жидкости, опорожнению устройства дренажного и прорыву пара и газов в горную выработку. The presence of fastening on only one side of the float leads to a displacement of the float relative to the longitudinal axis of the housing, both due to the deviation of the housing from the vertical axis, and due to the impact of hydraulic flows on the float. Deviation of the float leads to a displacement of the axes of the small and large valves relative to each other and relative to the axis of the seat, there is a gap of the valves of small and large relative to each other when closing the seat. When displaced due to the conical shape, crescent-shaped gaps are formed, which leads to malfunction of the device due to the lack of hermetic locking by the valve seats when draining the liquid, emptying the drainage device and the breakthrough of steam and gases into the mine.

Наличие малого клапана, выполненного в виде полого цилиндра со сквозными прорезями в стенках усложняет конструкцию, так как требует конструктивных решений уменьшающих трение, приводящее в том числе к смещению клапанов и их перекосу. Полное запирание клапанов осуществляется утолщением на штоке и не зависит от наличия или отсутствия малого клапана. Плавная регулировка расхода при открытии малого клапана может быть обеспечена конической формой штока внутри отверстия, приводящего к изменению площади кольцевого зазора. The presence of a small valve made in the form of a hollow cylinder with through-cuts in the walls complicates the design, since it requires constructive solutions that reduce friction, which also leads to valve displacement and their distortion. Complete locking of the valves is carried out by thickening on the stem and does not depend on the presence or absence of a small valve. Smooth flow control when opening a small valve can be ensured by the conical shape of the rod inside the hole, leading to a change in the area of the annular gap.

Двухкамерная конструкция корпуса, вызванная необходимостью увеличить расстояние между опорами поплавка, чтобы компенсировать консольный способ крепления, приводит к падению скорости потока, а следовательно к образованию застойных зон и осаждению частиц. При больших расходах жидкости частицы вымываются вместе с потоком жидкости, при малых расходах накопление частиц ускоряется. При малых расходах частицы могут попадать в зазор между седлом и клапаном, и препятствовать полному закрытию. Недостатки известных устройств устраняет заявляемое техническое решение.The two-chamber design of the housing, caused by the need to increase the distance between the supports of the float in order to compensate for the cantilever mounting method, leads to a decrease in the flow rate and, consequently, to the formation of stagnant zones and the deposition of particles. At high flow rates, particles are washed away with the fluid flow; at low flow rates, particle accumulation is accelerated. At low flow rates, particles can fall into the gap between the seat and valve and prevent complete closure. The disadvantages of the known devices eliminates the claimed technical solution.

Технический результат - обеспечить надежность клапана-пароотсекателя, а также повысить безопасность его применения за счет устранения утечки паров и попутных газов при работе устройства.The technical result is to ensure the reliability of the steam valve, as well as to increase the safety of its application by eliminating the leakage of vapors and associated gases during operation of the device.

Технический результат достигается за счет крепления и движения штока в направляющих с двух сторон поплавка, что снижает возможный угол отклонения от продольной оси и исключает возможные перекосы, приводящие к заклиниванию поплавка или появлению зазора между клапанами. Кроме того, для обеспечения гарантированного закрытия контактирующие поверхности выполнены с радиусной фаской, обеспечивающий контакт сферической поверхности и цилиндрической кромки, обеспечивая смыкание поверхностей по окружности.The technical result is achieved due to the fastening and movement of the rod in the guides on both sides of the float, which reduces the possible angle of deviation from the longitudinal axis and eliminates possible distortions that lead to jamming of the float or the appearance of a gap between the valves. In addition, to ensure guaranteed closure, the contacting surfaces are made with a radial chamfer, providing contact between the spherical surface and the cylindrical edge, ensuring that the surfaces are closed around the circumference.

Дополнительно однообъемная конструкция корпуса способствует вымыванию абразивных частиц вместе с потоком жидкости, что препятствует их накоплению: отсутствие дросселирующих перегородок и сложной формы траектории движения жидкости снижает гидравлическое сопротивление и способствует выносу частиц из внутренней полости устройства потоком даже небольшой скорости. In addition, the single-volume housing design contributes to the washing out of abrasive particles together with the fluid flow, which prevents their accumulation: the absence of throttling baffles and a complex shape of the fluid path reduces the hydraulic resistance and contributes to the removal of particles from the device’s internal cavity by even a small flow rate.

Данную полезную модель поясняют изображения на фиг.1-8.This utility model is illustrated in the images of FIGS. 1-8.

На фиг.1 изображен продольный разрез клапана-пароотсекателя, на фиг.2 разрез нижней части корпуса в изометрии в разрезе. На фиг.3. изображена схема расположения клапана конической формы и седла при смещении осей, вид сопряжения снизу и возникающие при таком сопряжении зазоры изображены на фиг.4. Схема расположения клапана с радиусной фаской и седла при смещении изображена на фиг.5 и вид снизу на фиг.6, соответственно. На фиг.7 изображен вариант выполнения клапана в форме тороида, а на фиг.8 вариант выполнения клапана в виде плоской шайбы.In Fig.1 shows a longitudinal section of a valve-steam cutter, in Fig.2 a section of the lower part of the housing in isometric section. In figure 3. shows the arrangement of the conical valve and seat when the axles are displaced, the type of conjugation from below and the gaps arising from such conjugation are shown in Fig. 4. An arrangement of a valve with a radial chamfer and a seat with offset is shown in FIG. 5 and a bottom view in FIG. 6, respectively. In Fig.7 shows an embodiment of the valve in the form of a toroid, and Fig.8 embodiment of the valve in the form of a flat washer.

Клапан-пароотсекатель содержит корпус 1, выполненный разъемным, например при помощи фланцевого соединения 2. В верхней части корпуса 1 расположен верхний отвод 3, в боковой стенке расположены боковые отводы 4, в нижней части корпуса - нижний отвод 5. Внутри корпуса 1 напротив верхнего отвода 3 закреплен рассекатель 6. The steam shutoff valve comprises a housing 1 made detachable, for example by means of a flange connection 2. An upper branch 3 is located in the upper part of the housing 1, side outlets 4 are located in the side wall, a lower outlet 5 is located in the lower part of the housing. Inside the housing 1, opposite the upper outlet 3 mounted divider 6.

Внутри корпуса 1 к нижнему отводу 5 крепится нижнее крепление 7. Нижнее крепление 7 содержит отверстие в верхней торцевой поверхности, и отверстия (как вариант, продольные сквозные пазы) в боковой поверхности, посредством которых внутренняя полость корпуса 1, через отверстие нижнего отвода 5, может быть соединена с атмосферой. В отверстии нижнего отвода 5 соосно установлено съемное седло 8. Inside the housing 1, the lower fastener 7 is attached to the lower branch 5. The lower fastening 7 contains a hole in the upper end surface, and holes (as an option, longitudinal through grooves) in the side surface, through which the internal cavity of the housing 1, through the hole of the lower outlet 5, can be connected to the atmosphere. In the hole of the lower outlet 5, a removable seat 8 is coaxially mounted.

Внутри корпуса 1 установлен поплавок 9, шток 10 которого, закрепленный в нижней части поплавка 9, проходит сквозь отверстие в торцевой поверхности нижнего крепления 7. A float 9 is installed inside the housing 1, the rod 10 of which, fixed at the bottom of the float 9, passes through an opening in the end surface of the lower mount 7.

Шток 10 проходит сквозь центральное отверстие клапана 11. Клапан 11 расположен внутри нижнего крепления 7, имеет возможность перемещения вдоль штока 10 и внутри нижнего крепления 7 с одной степенью свободы по общей вертикальной оси. Наконечник 12 штока 10 выполнен двухступенчатым, с уменьшающимся диаметром ступеней, первая ступень выполнена цилиндрической с радиусной фаской, вторая ступень выполнена конической и заканчивается расширением-юбкой. The rod 10 passes through the Central hole of the valve 11. The valve 11 is located inside the lower mount 7, has the ability to move along the stem 10 and inside the lower mount 7 with one degree of freedom along a common vertical axis. The tip 12 of the rod 10 is made two-stage, with a decreasing diameter of the steps, the first step is cylindrical with a radial chamfer, the second step is conical and ends with an expansion skirt.

Контактирующая со съемным седлом 8 посадочная поверхность клапана 11 имеет радиусную фаску; радиусная фаска цилиндрической ступени наконечника 12 штока 10 контактирует в нижнем положении поплавка 9 с кромкой осевого отверстия клапана 11. The seating surface of the valve 11 in contact with the removable seat 8 has a radius facet; the radial chamfer of the cylindrical stage of the tip 12 of the rod 10 is in contact in the lower position of the float 9 with the edge of the axial hole of the valve 11.

Клапан 11 может быть изготовлен в виде тороида 15 (фиг.7), в этом случае цилиндрическая ступень наконечника 12 штока 10 изготавливается без снятия фаски. Также возможен вариант выполнения клапана 11 в виде плоской шайбы с острыми краями. В этом случае и цилиндрическая ступень наконечника 12 штока 10 и кромка съемного седла 8 выполнены с радиальной фаской. Во всех вариантах исполнения клапана 11 обеспечивается контакт сферической поверхности и цилиндрической кромки, обеспечивая смыкание поверхностей по окружности.The valve 11 can be made in the form of a toroid 15 (Fig.7), in this case, the cylindrical step of the tip 12 of the rod 10 is made without chamfering. It is also possible embodiment of the valve 11 in the form of a flat washer with sharp edges. In this case, both the cylindrical step of the tip 12 of the rod 10 and the edge of the removable seat 8 are made with a radial chamfer. In all versions of the valve 11, the contact of the spherical surface and the cylindrical edge is ensured, ensuring that the surfaces are closed around the circumference.

Поплавок 9 в верхней части имеет дополнительный шток 13, проходящий через отверстие верхнего крепления 14, закрепленного на рассекателе 6. The float 9 in the upper part has an additional rod 13 passing through the hole of the upper mount 14, mounted on the divider 6.

Контактирующая со съемным седлом 8 наружная посадочная поверхность клапана 11 имеет радиусную фаску. В свою очередь, при нахождении поплавка 9 в нижнем положении, радиусная фаска цилиндрической ступени наконечника 12 штока 10 контактирует с кромкой отверстия клапана 11. Конус наконечника штока 12 служит для центрирования клапана 11 относительно оси штока. The outer seating surface of the valve 11 in contact with the removable seat 8 has a radial chamfer. In turn, when the float 9 is in the lower position, the radial chamfer of the cylindrical stage of the tip 12 of the rod 10 is in contact with the edge of the hole of the valve 11. The cone of the tip of the rod 12 serves to center the valve 11 relative to the axis of the rod.

Клапан-пароотсекатель работает следующим образом. Через верхний отвод 3 и рассекатель 6 жидкость попадает внутрь корпуса 1, где находится поплавок 9. При высоком уровне жидкости поплавок 9 поднимается вверх вдоль продольной оси штока 10 и дополнительного штока 13, движущихся по отверстиям в торцевой поверхности нижнего крепления 7 и верхнего крепления 14. Крепления 7 и 14, расположенные с двух сторон поплавка 9, предотвращают отклонение его от продольной оси вследствие смещения вертикальной оси корпуса или воздействия на поплавок 9 гидравлического потока жидкости. Клапан 11 может быть изготовлен в виде тороида 15 (фиг.7), в этом случае цилиндрическая ступень наконечника 12 штока 10 изготавливается без снятия фаски.The steam valve is as follows. Through the upper branch 3 and the divider 6, the liquid enters the housing 1, where the float 9 is located. With a high level of liquid, the float 9 rises up along the longitudinal axis of the rod 10 and the additional rod 13, moving through the holes in the end surface of the lower mount 7 and the upper mount 14. The fasteners 7 and 14, located on both sides of the float 9, prevent it from deviating from the longitudinal axis due to the displacement of the vertical axis of the housing or the impact on the float 9 of a hydraulic fluid flow. The valve 11 can be made in the form of a toroid 15 (Fig.7), in this case, the cylindrical step of the tip 12 of the rod 10 is made without chamfering.

Подъем поплавка 9 вызывает появление зазора между кромкой отверстия клапана 11 и радиусной фаской цилиндрической ступени наконечника 12 штока 10. Жидкость, проходящая через отверстия в боковой поверхности нижнего крепления 7, через нижний отвод 5 отводится из корпуса 1. Если пропускной способности не хватает, и уровень жидкости продолжает повышаться, то расширение-юбка наконечника 12 штока 10 поднимает клапан 11. The rise of the float 9 causes a gap between the edge of the opening of the valve 11 and the radial chamfer of the cylindrical step of the tip 12 of the rod 10. The fluid passing through the holes in the side surface of the lower mount 7 is discharged from the housing 1 through the lower outlet 5 and if the throughput is not enough, and the level liquid continues to rise, the extension-skirt of the tip 12 of the rod 10 raises the valve 11.

При понижении уровня жидкости в корпусе 1 поплавок 9 опускается, клапан 11 закрывается, затем закрывается зазор между отверстием в клапане 11 и наконечником 12 штока 10. Центрирование клапана 11 осуществляется за счет наружной поверхности клапана, контактирующей с нижним креплением 7 и за счет внутреннего отверстия, центрируемого конической ступенью наконечника 12 штока 10. Кроме того, дополнительная защита от утечек при закрытии достигается за счет выполнения одной из контактирующих поверхностей в виде сферической поверхности, что исключает образование даже минимальных зазоров за счет оптимальной геометрии контакта (фиг.5-8). Перекос при конической форме поверхности приводит к появлению серповидных зазоров так как форма контакта отличается от окружности, что проиллюстрировано на фиг.3-4. When the liquid level in the housing 1 decreases, the float 9 lowers, the valve 11 closes, then the gap between the hole in the valve 11 and the tip of the rod 10 closes. The valve 11 is centered due to the outer surface of the valve in contact with the lower mount 7 and due to the internal hole, centered by the conical step of the tip 12 of the rod 10. In addition, additional protection against leakage during closure is achieved by making one of the contacting surfaces in the form of a spherical surface, which eliminates the formation of even minimal gaps due to the optimal contact geometry (Fig.5-8). Skewing in the conical shape of the surface leads to crescent-shaped gaps since the contact shape is different from the circle, as illustrated in FIGS. 3-4.

ЛитератураLiterature

1. Патент на изобретение № 2625061 Отсекатель пара для подземной скважины при термошахтной разработке нефтяных месторождений, Г.Ф.Чикишев, И.В.Герасимов, Д.В.Коровин, В.В.Кучумова, Ю.П.Коноплев, Е.В.Кольцов, С.Н.Талалай. МПК: EE21B43/24061. Patent for invention No. 2625061 Steam cutoff for an underground well during thermal mining of oil fields, G. F. Chikishev, I. V. Gerasimov, D. V. Korovin, V. V. Kuchumova, Yu. P. Konoplev, E. V. Koltsov, S.N. Talalay. IPC: EE21B43 / 2406

2. Патент на изобретение № 2642759 Способ дренирования жидкости со скважин при подземном способе добычи нефти, А.А.Самбурова, М.Ю.Сергеев. МПК: E21B 34/02, F16K 31/182. Patent for invention No. 2642759 A method of drainage of fluid from wells with an underground method of oil production, A. A. Samburov, M. Yu. Sergeev. IPC: E21B 34/02, F16K 31/18

3. Патент на изобретение № 2632349 Устройство дренажное, А.А.Самбурова, М.Ю.Сергеев. МПК: E21B 34/02, F16K 31/18 - прототип.3. Patent for invention No. 2632349 Drainage device, A. A. Samburov, M. Yu. Sergeev. IPC: E21B 34/02, F16K 31/18 - prototype.

Claims

1. Steam valve, comprising a housing with upper, side and lower branches, a divider located under the upper branch, a valve with an axial bore, a float with a rod passing through the valve’s axial bore, characterized in that the lower bracket is coaxially fixed to the lower branch through grooves are made to the side surface of the lower mount, through the hole in the end wall of the lower mount the rod of the float passes, the valve is located inside the lower mount with the ability to move along the stem and inside the lower mount with one degree of freedom along a common vertical axis; inside the lower branch, a removable saddle is coaxially installed; the float in the upper part has an additional rod passing through the upper mount mounted on the divider; the rod tip is made in two stages, with a decreasing diameter of the steps, the first step is cylindrical with a radial chamfer, the second step is conical and ends with an expansion skirt; the valve surface in contact with the edge of the seat has a radial chamfer; the radius of the chamfer of the cylindrical stage of the stem tip is in contact in the lower position of the float with the edge of the axial hole of the valve.

2. The steam valve according to claim 1, characterized in that the cylindrical step of the stem tip is made without chamfer, and the valve is made in the form of a toroid.

3. The steam valve according to claim 1, characterized in that the valve is made in the form of a flat washer, the edge of the seat is made with a radial chamfer.