RU92086U1

RU92086U1 - BYPASS VALVE SUBMERSIBLE PUMP UNIT

Info

Publication number: RU92086U1
Application number: RU2009107985/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Евгеньевич Коршунов; Александр Иванович Щербаков
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "М.А.Р.С.-Технология"
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-03-10

Abstract

1. Перепускной клапан погружной насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и свободно установленным в нем седлом для взаимодействия с запорным элементом, далее по ходу движения рабочей среды в проходном канале установлена распорная втулка с возможностью фиксации положения седла при помощи нажимной втулки, соединенной с корпусом по резьбе и имеющей в торцевой стенке проходные отверстия, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен каплевидной формы в виде тела вращения с плоским торцом, образующая тела вращения состоит из сопряженных между собой выпуклого, вогнутого, прямолинейного и малого выпуклого участка, при этом радиусы выпуклого и вогнутого участков превышают радиус малого выпуклого участка, на плоском торце, сопряженном по дуге со сферической поверхностью большего радиуса, выполнен выступ для взаимодействия с торцевой стенкой нажимной втулки. ! 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что на сферической поверхности большего радиуса выполнен рабочий участок с высокой чистотой обработки поверхности для взаимодействия с поверхностью седла с возможностью герметизации перекрытия проходного канала. ! 3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что выступ выполнен в виде уплощенного цилиндра. ! 4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что нажимная втулка подвергнута термообработке с возможностью получения твердости 30-56 единиц по Роквелу.1. The bypass valve of the submersible pump installation, comprising a housing with a passage channel and a seat freely mounted in it for interacting with the shut-off element, then, in the direction of the medium flow, a spacer sleeve is installed in the passage channel with the possibility of fixing the seat position by means of a pressure sleeve connected to the body on a thread and having openings in the end wall, characterized in that the locking element is made in a drop-shaped form in the form of a body of revolution with a flat end, forming a body of revolution of of conjugate between a convex, concave, straight and small convex portion, the radius of the convex and concave portions exceed the radius of the small convex portion on the flat end, the dual arc with the spherical surface of a larger radius, a protrusion for interacting with an end wall of the pressure sleeve. ! 2. The valve according to claim 1, characterized in that on the spherical surface of a larger radius there is a working section with high surface finish for interaction with the surface of the seat with the ability to seal the passage channel passage. ! 3. The valve according to claim 1, characterized in that the protrusion is made in the form of a flattened cylinder. ! 4. The valve according to claim 1, characterized in that the pressure sleeve is subjected to heat treatment with the possibility of obtaining a hardness of 30-56 Rockwell units.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для предохранения погружной насосной установки от избыточного давления газо-жидкостной среды, находящейся в пространстве за трубой колонны в скважине.The utility model relates to the oil industry, namely, devices for protecting a submersible pump installation from excessive pressure of a gas-liquid medium located in the space behind the column pipe in the well.

В существующем нефтедобывающем оборудовании известны различные системы перепуска жидкостной среды, газов и их смесей из пространства за трубой колонны в погружной насосной установке. В частности, известен, предохранительный клапан для погружной насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и резьбой на входном и выходном участках корпуса для подсоединения к колонне насосно-компрессорных труб, проходной канал выполнен ступенчатым со свободно установленным седлом на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом ступенчатой формы, выполненным с рабочей поверхностью на торце между ступенями, при этом меньшая ступень запорного элемента выполнена с направляющими, формирующими каналы для прохода рабочей среды после открытия клапана в процессе работы погружной насосной установки, после клапана по ходу движения рабочей среды в канале большей ступени установлена распорная втулка с ограничительным выступом на пути перемещения запорного элемента, при этом рабочая поверхность запорного элемента выполнена сферической, а распорная втулка установлена в корпусе с возможностью фиксации положения седла при помощи ограничительной втулки, соединенной с корпусом по резьбе (патент РФ №70297, публ.2003).In existing oil production equipment, various systems are known for transferring liquid medium, gases and their mixtures from the space behind the column pipe in a submersible pump installation. In particular, it is known that a safety valve for a submersible pump installation, comprising a housing with a passage channel and a thread at the inlet and outlet sections of the housing for connecting to the tubing string, the passage channel is made stepwise with a freely installed seat at a higher stage for interaction with the shut-off element step-shaped, made with a working surface at the end between the steps, while the smaller step of the locking element is made with guides forming channels for passage After opening the valve during operation of the submersible pump installation, after the valve in the direction of the working medium, a spacer sleeve with a restrictive protrusion in the path of movement of the locking element is installed in the channel of the larger stage, while the working surface of the locking element is spherical, and the spacer sleeve is installed in the housing with the possibility of fixing the position of the saddle using a restrictive sleeve connected to the housing by thread (RF patent No. 70297, publ. 2003).

Недостатком его является ограниченные технические возможности и сложность конструкции клапана, обусловленные невысокой технологичностью изготовления отдельных его элементов, в частности запорного элемента, возможностью разгерметизации клапана, обусловленной конструкцией запорного элемента, исключающего его самоустановку при возникновении неровностей, дефектов, например раковин, на сферической поверхности запорного элемента, и как следствие, приводящих к снижению надежности в эксплуатации перепускного клапана.Its disadvantage is the limited technical capabilities and complexity of the valve design, due to the low manufacturability of its individual elements, in particular the locking element, the possibility of depressurization of the valve due to the design of the locking element, which excludes its self-installation in the event of irregularities, defects, such as shells, on the spherical surface of the locking element , and as a result, leading to a decrease in the reliability of the bypass valve.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков, повышение эффективности и надежности функционирования перепускного клапана за счет выполнения определенной формы запорного элемента.The task to which the utility model is directed is to eliminate these drawbacks, increase the efficiency and reliability of the bypass valve by performing a certain form of the shut-off element.

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата перепускной клапан погружной насосной установки, содержащий корпус с проходным каналом и свободно установленным в нем седлом для взаимодействия с запорным элементом, далее по ходу движения рабочей среды в проходном канале которого установлена распорная втулка с возможностью фиксации положения седла при помощи нажимной втулки, соединенной с корпусом по резьбе и имеющей в торцевой стенке проходные отверстия, при этом запорный элемент выполнен каплевидной формы в виде тела вращения с плоским торцом, обращенным в сторону торца распорной втулки, образующая тела вращения запорного элемента состоит из сопряженных между собой выпуклого, вогнутого, прямолинейного и малого выпуклого участка, при этом радиусы выпуклого и вогнутого участков превышают радиус малого выпуклого участка, на плоском торце, сопряженном по дуге со сферической поверхностью большего радиуса, выполнен выступ для взаимодействия с торцевой стенкой нажимной втулки.To solve the problem and achieve the technical result, the bypass valve of the submersible pump installation, comprising a housing with a passage channel and a seat freely installed in it for interacting with the shut-off element, further along the working medium in the passage channel there is an expansion sleeve with the possibility of fixing the seat position when using a pressure sleeve connected to the housing by a thread and having passage holes in the end wall, the locking element being made in a drop-shaped form bodies of revolution with a flat end facing the end face of the spacer sleeve, the forming body of rotation of the locking element consists of a convex, concave, rectilinear and small convex section conjugated to each other, while the radii of the convex and concave sections exceed the radius of the small convex section, on a flat end, mated in an arc with a spherical surface of a larger radius, a protrusion is made for interaction with the end wall of the pressure sleeve.

Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:There are other possible embodiments of the utility model, according to which it is necessary that:

- на сферической поверхности большего радиуса выполнен рабочий участок с высокой чистотой обработки поверхности для взаимодействия с поверхностью седла с возможностью герметизации перекрытия проходного канала.- on a spherical surface with a larger radius, a working section is made with high surface finish for interaction with the surface of the saddle with the ability to seal the passage channel passage.

- выступ выполнен в виде уплощенного цилиндра.- the protrusion is made in the form of a flattened cylinder.

- нажимная втулка была бы подвергнута термообработке с возможностью получения твердости 30-56 единиц по Роквелу.- the pressure sleeve would be heat treated with the possibility of obtaining a hardness of 30-56 Rockwell units.

Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, а именно повышения эффективности и надежности функционирования перепускного клапана за счет обеспечения запирания проходного отверстия посредством самоустанавливающегося запорного элемента, выполненного каплевидной формы со сферической рабочей поверхностью, взаимодействующей с конической поверхностью седла по притертой поверхностной линии, а также в обеспечении произвольной ориентации запирающего элемента ввиду своей «аэродинамической», обтекаемой формы в зависимости от условий эксплуатации и упрощения конструкции и технологии изготовления клапана за счет выполнения почти всех деталей методом токарной обработки ввиду выполнения их с конической и со сферической поверхностями.The indicated features of the utility model are essential and interconnected by a causal relationship with the formation of a set of essential features sufficient to achieve a technical result, namely, increasing the efficiency and reliability of the bypass valve by securing the passage opening by means of a self-locking shut-off element made in a drop-shaped form with spherical working surface interacting with the conical surface of the saddle along the ground surface line, as well as ensuring arbitrary orientation of the locking element due to its “aerodynamic”, streamlined shape depending on operating conditions and simplifying the design and manufacturing technology of the valve due to the performance of almost all parts by turning due to their conical and spherical surfaces.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 изображен продольный разрез перепускного клапана;figure 1 shows a longitudinal section of the bypass valve;

на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.figure 2 is a section aa of figure 1.

Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков технического результата.The utility model is illustrated by a specific implementation example, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving this set of essential features of a technical result.

Согласно полезной модели предохранительный клапан для погружной насосной установки содержит корпус 1 (фиг.1, 2) с проходным каналом 2 и резьбой 3, 4 на входном и выходном участках корпуса 1 для подсоединения к колонне насосно-компрессорных труб (на чертежах не показано).According to a utility model, the safety valve for a submersible pump installation includes a housing 1 (FIGS. 1, 2) with a passage 2 and a thread 3, 4 at the inlet and outlet sections of the housing 1 for connection to a tubing string (not shown in the drawings).

Проходной канал 2 выполнен ступенчатым с седлом 5, установленным на большей ступени для взаимодействия с запорным элементом 6.The passage channel 2 is made stepwise with a saddle 5 mounted on a larger stage for interaction with the locking element 6.

Рабочие поверхности седла 5 и запорного элемента 6 притерты друг к другу для повышения герметичности соединения.The working surfaces of the saddle 5 and the locking element 6 are ground to each other to increase the tightness of the connection.

После запорного элемента 6 по ходу движения рабочей среды в проходном канале 2 установлена распорная втулка 7, которая установлена в корпусе 1 с возможностью фиксации положения седла 5 при помощи нажимной втулки 8, соединенной с корпусом 1 по резьбе 9.After the locking element 6 in the direction of movement of the working medium, a spacer sleeve 7 is installed in the passage channel 2, which is installed in the housing 1 with the possibility of fixing the position of the saddle 5 using the pressure sleeve 8 connected to the housing 1 by a thread 9.

Особенностью полезной модели является то, что запорный элемент 6 выполнен каплевидной формы в виде тела вращения с плоским торцом 10, обращенным в сторону торцевой стенки И нажимной втулки 8. Образующая тела вращения запорного элемента 6 состоит из сопряженных между собой выпуклого, вогнутого, прямолинейного и малого выпуклого участков 12, 13, 14, 15, при этом радиусы выпуклого и вогнутого участков 12 и 13 приблизительно равны, а каждый из них превышает радиус малого выпуклого участка 15. На плоском торце 10, сопряженном по дуге со сферической поверхностью большего радиуса, выполнен выступ 16 для взаимодействия с торцевой стенкой 11 нажимной втулки 8. Кроме этого на торцевой стенке 11 нажимной втулки 8 выполнены проходные отверстия 17, размещенные в периферийной зоне торцевой стенки. Такое решение существенно снижает сопротивление движению среды через клапан, обладает технологичностью, минимальным весом и требуемой прочностью. С целью повышения срока службы деталей устройства, твердость материала рабочей поверхности запорного элемента 6 превышает или равна твердости рабочей поверхности седла 5, а твердость нажимной втулки 8, выполненной из конструкционной стали 40Х, равна 30-65 единиц по Роквелу, что достигается за счет термообработки.A feature of the utility model is that the locking element 6 is made in a drop-shaped form in the form of a body of revolution with a flat end 10 facing toward the end wall AND of the pressure sleeve 8. The generatrix of the body of rotation of the locking element 6 consists of convex, concave, rectilinear and small conjugated to each other convex sections 12, 13, 14, 15, while the radii of the convex and concave sections 12 and 13 are approximately equal, and each of them exceeds the radius of the small convex section 15. At a flat end 10, conjugated in an arc with a spherical surface Stu larger radius, a protrusion 16 for interaction with the end wall 11, pressure sleeve 8. In addition to the end wall 11 of the pressure sleeve 8 are made through openings 17 arranged in the peripheral area of the end wall. This solution significantly reduces the resistance to movement of the medium through the valve, has adaptability, minimal weight and the required strength. In order to increase the service life of the device parts, the hardness of the material of the working surface of the locking element 6 is greater than or equal to the hardness of the working surface of the saddle 5, and the hardness of the pressure sleeve 8 made of structural steel 40X is 30-65 Rockwell units, which is achieved by heat treatment.

При этом рабочие поверхности запорного элемента 6 и седла 5 выполнены из износостойкого и коррозионно-стойкого материала притерты друг к другу с образованием притертой поверхности сопряжения контактирующих деталей клапана.In this case, the working surfaces of the locking element 6 and the seat 5 are made of wear-resistant and corrosion-resistant material lapped to each other with the formation of the ground surface of the interface of the contacting parts of the valve.

Технологичность конструкции достигается выполнением почти всех деталей клапана методом токарной обработки.Technological design is achieved by performing almost all valve parts by turning.

Сборка предохранительного клапана происходит следующим образом: в корпусе последовательно размещают седло 5, запорный элемент 6, распорную втулку 7 и нажимную втулку 8, связанную с корпусом 1 по резьбе и фиксирующую тем самым седло 5 и распорную втулку 7 в строго заданном положении относительно корпуса 1.The safety valve is assembled as follows: a saddle 5, a locking element 6, an expansion sleeve 7 and a pressure sleeve 8 connected to the housing 1 by thread and thereby fixing the saddle 5 and the expansion sleeve 7 in a strictly defined position relative to the housing 1 are sequentially placed in the housing.

Перепускной клапан срабатывает при отключении (в том числе и аварийном) глубинного насоса погружной установки, при этом внутри колонны существенно падает давление и столб среды, например, сырой нефти в скважине своей массой давит на запорный элемент 6 клапана. За счет этого давления запорный элемент 6 опускается и перекрывает проходное отверстие канала 2, при этом независимо от точки приложения давления среды запорный элемент 6 надежно перекрывает канал 2 за счет наличия сферической рабочей поверхности. Такое решение обеспечивает защиту насоса от воздействия столба жидкой среды, находящейся над насосом в момент отключения насоса от источника питания.The bypass valve is activated when the downhole pump of the submersible installation is shut down (including emergency), while the pressure inside the column drops significantly and the column of medium, for example, the crude oil in the well presses on the valve shutoff element 6 with its mass. Due to this pressure, the locking element 6 is lowered and overlaps the passage opening of the channel 2, while regardless of the point of application of the medium pressure, the locking element 6 reliably blocks the channel 2 due to the presence of a spherical working surface. This solution protects the pump from exposure to a column of liquid above the pump when the pump is disconnected from the power source.

В процессе функционирования насоса жидкая среда, перекачиваемая насосом снизу вверх во время разработки залежей, например нефти, перемещает запорный элемент 6 вверх, открывая при этом проходной канал 2 и пропуская жидкую среду за его пределы, далее среда проходит через отверстия 17 в нажимной втулке 8 наружу.During the operation of the pump, the liquid medium pumped by the pump from bottom to top during the development of deposits, such as oil, moves the shut-off element 6 upward, opening the passage 2 and passing the liquid medium beyond it, then the medium passes through the openings 17 in the pressure sleeve 8 to the outside .

Выполнение запорного элемента 6 каплевидной формы исключает возможность снижения скоростного потока, образования застойных (мертвых) зон для скопления твердой фракции и в итоге закупоривания канала, выходу из строя клапана.The implementation of the locking element 6 in a drop-shaped form eliminates the possibility of reducing the high-speed flow, the formation of stagnant (dead) zones for the accumulation of solid fraction and, as a result of blocking the channel, failure of the valve.

Применение полезной модели позволяет повысить надежность насоса погружной насосной установки от воздействия обратного давления среды в случае отключения электропитания насосной установки при одновременном увеличении срока эксплуатации клапана и стабильности его работы. А также позволяет повысить срок службы и ремонтопригодность за счет быстрой и удобной замены наиболее нагруженных деталей клапана: седла и запорного элемента. Для этого достаточно вывернуть по резьбе нажимную втулку 8 извлечь свободно установленные распорную втулку 7, запорный элемент 6 и седло 5, и в случае необходимости заменить их новыми и собрать клапан. Сборка клапана осуществляется в обратном порядке выполнения операций по демонтажу.The use of the utility model makes it possible to increase the reliability of the pump of a submersible pump installation from the influence of back pressure of the medium in the event of a power failure to the pump installation while increasing the valve's operating life and its stability. It also allows to increase the service life and maintainability due to the quick and convenient replacement of the most loaded valve parts: seats and locking element. To do this, it is enough to unscrew the pressure sleeve 8 by thread, remove the freely installed spacer sleeve 7, the locking element 6 and the seat 5, and if necessary, replace them with new ones and assemble the valve. Valve assembly is performed in the reverse order of dismantling.

Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических операций.The utility model meets the condition of patentability "industrial applicability", since its implementation is possible using existing means of production using well-known technological operations.

Claims

1. The bypass valve of the submersible pump installation, comprising a housing with a passage channel and a seat freely mounted in it for interacting with the shut-off element, then, in the direction of the medium flow, a spacer sleeve is installed in the passage channel with the possibility of fixing the seat position by means of a pressure sleeve connected to the body on a thread and having openings in the end wall, characterized in that the locking element is made in a drop-shaped form in the form of a body of revolution with a flat end, forming a body of revolution of of conjugate between a convex, concave, straight and small convex portion, the radius of the convex and concave portions exceed the radius of the small convex portion on the flat end, the dual arc with the spherical surface of a larger radius, a protrusion for interacting with an end wall of the pressure sleeve.

2. The valve according to claim 1, characterized in that on the spherical surface of a larger radius there is a working section with high surface finish for interaction with the surface of the seat with the ability to seal the passage channel passage.

3. The valve according to claim 1, characterized in that the protrusion is made in the form of a flattened cylinder.

4. The valve according to claim 1, characterized in that the pressure sleeve is subjected to heat treatment with the possibility of obtaining a hardness of 30-56 Rockwell units.