SU817223A1 - Забойный запорный клапан - Google Patents

Description

(54) ЗАБОЙНЫЙ ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН

I

Изобретение относитс  к нефтепромысловому оборудованию, а более конкретно- к сКважинным глубинным 3anoprfbiM устройствам и может быть использовано в нефтедобыче с целью отсечени  пласта при подземном ремонте скважины.

Известно устройство дл  перекрыти  колопин насосно-ксэмпрессорных труб, содержащее корпус, узел захвата, седла, между которыми размещен запорный элемент, рейку , установленную с возможностью взаимодейотви  с запорным элементом, причем рейка выполнена с зубь ми, взаимодействующими с шестерн ми, которые установлены на запорном элементе 1.

Недостатком указанного устройства,  вл етс  низка  надежность его работы из-за сложности управлени  устройством.

Наиболее близким, рещением из известных  вл етс  забойный запорный клапан, содержащий корпус, седла, между которыми размещен затвор, выполненный в виде щара с осевым каналом, зубчатые шестерни, установленные на цилиндрических выступах затвора с возможностью взаимодействи  с зубчатой рейкой, установленной в корпусе, и механизм управлени  затвором, выполненный в виде подпружиненного цилиндра, образующего с корпусом гидрокамеру 2.

Недостатком указанного клапана  вл етс  то, что он имеет низкую надежность работы из-за использовани  дл  привода затвора трубки управлени , котора  создает трудности, в эксплуатации оборудовани .

Цель изобретени  - повышение надежности работы клапана .за счет упрощени  процессом управлени  его.

Указанна  цель достигаетс  тем, что гидрокамера выполнена с перегородкой, раздел ющей ее на две сообщенные между собой в нижней части кольцевые камеры, одна из которых заполнена сжатым газом, а друга  - в зко жидкостью, при этом зубчатые шестерни св заны с цилиндрическими выступами затвора при помощи пружинных щтопок.

Дл  трансформировани  возвратно-поступательного движени  подвижного цилиндра клапана во вращательное движение шарового затвора ka цилиндрические выступы последнего свободно посажены зубчатые шестерни, которые наход тс  в посто нном зацеплении с зубчатой рейкой корпуса и через посредство подпружиненных шпонок

передают вращение шаровому затвору только в одном направлении, соверша  холостой поворот при обратном движении. За каждый цикл срабатывани  клапана затвор поворачиваетс  все врем  в одну и ту же сторону на 90°, череду  последовательно открытое и закрытое свое положение.

Теперь дл  привода затвора достаточно искусственно подн ть давление в скважине, воздейству  на неуравновешенную кольцевую плошадку, определ емую диаметрами 2 и 3 (фиг. 1). Это легко достигаетс  закачкой жидкости в оставленную скважину наземным насосным агрегатом. Такой привод клапана прост, надежен и применим дл  всех известных способов эксплуатации скважины .

На фиг. 1 изображен клапан в исходном положении; на фиг. 2 и 3 - клапан в разрезе; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Б-Б .на фиг. 1; на фиг. 6 - конструкци  газового клапана.

Забойный запорный клапан имеет корпус 1 с внешней резьбой 2 и упорную гайку 3 с внутренней резьбой 4 (фиг. 1). При помоши резьб 2или4 клапан перед спуском в скважину присоедин етс  к пакеру дл  совместной их установки в скважине на расчетной глубине. Корпус 1 имеет канал 5 с пробой 6 дл  подачи в зкой жидкости и канал 7, клапан 8 с пробкой 9 дл  выхода и подачи газа под давлением (фиг. 6). В верхней части корпус 1 имеет зубчатые рейки 10 (фиг. 2, 3, 4 и 5), а внутри корпуса размещен запорный узел, состо щий иэ подвижного цилиндра 11, подпружиненного пружиной 12 и оснащенного уплотнительными кольцами 13, шара 14, поджатого упорным седлом 15 к уплотнительному седлу 16 усилием тарельчатой пружины 17. Дл  создани  герметичного затвора уплотнительное седло 16 снабжено кольцами 18 и 19. Поворот щара 14 осуществл етс  двум  зубчатыми шестерн ми 20, диаметрально противоположно размещенными на двух цилиндрических выступах 21, выполненных заодно с щаром 14 и имеющих подпружиненные щпонки 22. Зубчатые шестерни 20 наход тс  в посто нном зацеплении с зубчатыми рейками 10, при обкатывании которых шестерни 20 передают вращение шару 14 только в одном направлении, соверша  холостой поворот в обратном направлении, при этом шар поворачиваетс  ровно на 90°, закрыва  или открыва  проход клапана. Полость 23, в которой наход тс  зубчата  шестерн  20 и цилиндрический выступ 21 с подпружиненными шпонками 22, изолирована от контакта с технологической жидкостью и заполнена консистентной смазкой. Все элементы запорного узла (14 - 22) собираютс  в подвижном цилиндре 11 и фиксируютс  шлицевой гайкой 24. Подпружиненный пружиной 12 запорный узел упираетс  в упорную гайку 3.

Корпус 1 совместно с подвижным цилиндром 11 и перегородкой 25 образуют две кольцевые камеры 26 и 27, сообщенные между собой внизу. Камера 26 заполн етс  в зкой жидкостью (любым маслом системы смазки автотракторной техники), а камера 27 - нейтральным газом (например, азотом) под давлением. В зка  жидкость обеспечивает уплотнение подвижного цилиндра 11 по корпусу 1, а газонаполненна  камера выполн ет роль демпфера, позвол   замкнутым камерам 26 и 27 измен тьс  в объеме при перемещени х подвижного цилиндра 11 в момент срабатывани  клапана.

Перед спуском клапана в скважину заполн ют в зкой жидкостью камеру 26 и половину объема камеры 27, нагнетают центральный газ под давлением до величины равной статическому давлению в скважине на глубине предполагаемой установки клапан . Это необходимо дл  выравнивани  давлени  в камерах 26 и 27 клапана со скважинным давлением.

Клапан работает следующим образом.

Поскольку давление в камерах 26 и 27 клапана равно скважинному давлению, подвижный .цилиндр 11 находитс  в совсем 5 верхнем крайнем положении (фиг. 1).

Дл  закрыти  клапана необходимо остановить скважинный насос, закрыть напорную линию, нагнетанием в межтрубную полость скважины жидкости, подн ть устьевое давление до требуемой величины. Это давление определ етс  кольцевой площадкой F 0,785 ( усилием пружины 12, сопротивлением уплотнительных колец 13 и замер етс  на стенде дл  каждого клапана индивидуально; расчеты не показывают, что величина его должна быть в пределах

20- 30 кг/см 2.

При достижении давлени  срабатывани  весь запорный узел (детали 11,14, 15, 16, 17, 20, 21, 22 и 24), преодолева  сопротивление пружины 12 и уплотнительных колец 13, перемещаетс  вниз до упора его нижнего торца в бурт корпуса 1 (фиг. 2). В этот момент зубчатые щестерни 20, обкатыва  неподвижную зубчатую рейку 10, поворачивают шар 14 на 90° и закрывают

центральный проход клапана. Сигналом, свидетельствующим о срабатывании клапана, будет быстрый рост давлени  нагнетани  жидкости в скважину, а о герметичности затвора можно судить по падению давлени 

нагнетани  после остановки агрегата в момент срабатывани  клапана: если давление держитс  длительное врем , значит затвор клапана герметичен. При сн тии устьевого давлени  до нул  весь запорный узел под воздействием пружины 12 поднимаетс  в

верхнее крайнее положение (фиг. 3), при этом шестерни 20, обкатыва  зубчатую рейку 10 в обратном направлении, совершают холостой поворот, так как шпонки 22 передают вращение шестерен 20 шару 14 только в одном направлении (фиг. 4 и 5). При возвращении подвижного цилиндра в исходнбе (верхнее) положение щар 14 остаетс  в закрытом положении, так как сопротивление вращению зажатого между седлами 15 и 16 шара 14 больще сопротивлени  холостого поворота зубчатых щестерен 20 вокруг цилиндрических выступов 21.

Дл  открыти  также необходимо подн ть устьевоедавление, запорный узел клапана переместитс  вниз до упора, повернет шар 14 на 90° в ту же сторону и клапан откроетс . При сбрасывании устьевого давлени  до нул  запорный узел возвращаетс  в исходное положение, а клапан остаетс  открытым. Сигналом, свидетельствующим о срабатывании клапана будет падение устьевого, давлени  при остановленном агрегате .

Клапан данной конструкции обладает целым р дом достоинств: управление клапаном простое и надежное; отсутствие механической св зи с погружным насосным оборудованием упрощает их эксплуатацию; автономность работы клапана обеспечивает его универсальность с точки зрени  способов эксплуатации скважины; наличие сквозного центрального прохода в открытом положении клапана расшир ют его технологические возможности (возможны исследование скважины глубинными приборами, промывка забо ); все рабочие поверхности затвора и механизм его привода изолированы от контакта со скважинной жидкостью, что повышает долговечность работы его в услови х , осложненных наличием в продукции скважины механических примесей или минеральных твердых отложений; рабочие органы затвора (шар и седла) разгружены от скважинных давлений в момент срабатывани , что также повышает долговечность работы клапана.

Последнее свойство требует по снений. В исходном (в открытом положении (фиг. 1) шар 14 прижат к седлу 16 только усилием пружины 17. Давление скважины поднимаем до давлени  срабатывани  клапана. Подвижный цилиндр 11 перемещаетс  вниз, (фиг. 2), а шар 14 поворачиваетс , прижатый все врем  к седлу 16 только усилием пружины 17.

Как только подвижный цилиндр 11 переместитс  в свое нижнее крайнее положение, а шар 14 повернетс  в положение закрыто, усилие прижати  шара 14 к седлу 16 начнет возрастать по мере роста давлени  нагнетани  в скважину жидкости наземным насосным агрегатом. К усилию пружины 17 теперь добавитс  еще и усилие прижати  шара 14 к седлу 16 избыточным устьевым давлением, воздействующим на площадь, определ емую диаметром D i, но теперь шар и седло неподвижны, поэтому механический износ отсутствует. После сбрасывани  устьевого давлени  клапан закрыт (фиг. 3).

Теперь, если в скважине (под клапаном растет давление, то седло 16 прижимаетс  к щару 14 с усилием, определ емым возросшим давлением и кольцевой площадкой с диаметрами D, и D . Это усилие необходимо лишь дл  обеспечени  герметичности затвора. Усилие от избытка давлени  на площадку диаметром D j, воспринимает упорна  гайка 3 через посредство шлицевой гайки 24 и седла 15, при этом тарельчата 

пружина 17 сжата, а седло 15 приходит в торцовый контакт со шлицевой гайкой 24. Если возросщее скважинное (под клапаном) давление больше давлени  срабатывани , то дл  начала вращени  шара необходимо подн ть устьевое давление скважины (над

клапаном) др величины возросшего скважинного (под клапаном) давлени . Как только эти давлени  выравниваютс , тарельчата  пружина 17 освобождаетс  и шар 14 оп ть прижимаетс  к седлу 16 только усилием пружины 17, т. е. поворот шара происходит в разгруженном положении. Если скважина не способна самосто тельно развивать избыточное давление, то открытие шара происходит под нагрузкой от давлени  срабатывани  (20 - 30 кг/см 2) на

площадь с диаметром D . Если скважина создает избыточное давление меньше давлени  срабатывани , то открытие шара происходит под нагрузкой, определ емой разницей между давлением срабатывани  и скважинного избыточного, воздействующей

на площадь с диаметром D Таким образом, затвор всегда нагружен давлением, не превышающим давлени  срабатывани  клапана (20 - 30 кг/см2).

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 612098, кл. 21 В 43/00, 24.07.72.

2.Патент СССР № 641876, кл. Е 2ГВ 43/00, 14.06.74:

А-А

2.1

IV

(риг. if

И

fpUi. S