Летающий клапан для плунжерного лифта

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи жидкости из нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повышение надежности в условиях ударных нагрузок и снижение расхода рабочего агента при эксплуатации в трубах с внутренней поверхностью, отличной от цилиндриче

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1724936 А1 (19) (!!) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752501/29 (22) 23.10.89 (46) 07.04,92. Бюл. М 13 (71) Сургутский научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) П. И. Егоров, Л, 3. Крючков и Ю. В. Нигай (53) 622.276.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 334368, кл. Е 21 В 43/00, 1970.

1 (я)з F 04 В 47/12, Е 21 В 43/00 (54) ЛЕТАЮЩИЙ КЛАПАН ДЛЯ ПЛУНЖЕРНОГО ЛИФТА (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи жидкости из нефтяных и газовых скважин, Цель изобретения— повышение надежности в условиях ударных нагрузок и снижение расхода рабочего агента при эксплуатации в трубах с внутренней поверхностью, отличной от цилиндриче 4

ЬЭ К)

)Cd 0л, ! ! (й

1724936

15

25

35 ской, за счет улучшения уплотнительной способности плашек при подъеме летающего клапана и снижение возможности его заклинивания. Летающий клапан для плунжерного лифта содержит шарик 7, разьемный корпус в виде свинченных между собой верхней части 1 и стакана 2, образующих между собой полость, в которой размещена пружина 3, подпружинивающая плашки 4, скрепленные между собой замковым устройством, выполненным в виде продольных и поперечных уплотнительных поверхностей, из которых продольные выполнены плоскими, а поперечные — либо в виде цилиндрических поверхностей (при этом осью цилиндров является ось О), либо плоскими (при малом угле расхождения плаИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи жидкости из нефтяных и газовых скважин.

Известен плунжер для плунжерного лифта, содержащий неразъемный корпус с клапаном, подвижные плашки, кольцо, элементы, соединяющие кольцо с плашками, а также пружину.

Недостатками указанного решения являются высокий расход рабочего агента. обусловленный низкой уплотнительной способностью плашек из-за наличия продольных зазоров, а также низкая надежность плунжера при воздействии ударных нагрузок в случае поломок лепестков пружины с последующим заклиниванием плашек, Наиболее близким из известных решений к предлагаемому является летающий клапан для плунжерного лифты, состоящий из шарика, разъемного корпуса, подвижных плашек с замковыми устройствами, выполненными в виде продольных и поперечных уплотнительных поверхностей, кольца, а также пружины, опирающейся на корпус и имеющей коническую рабочую поверхность и продольные разрезы.

Недостатки известного клапана: потеря уплотнительной способности плашек при подъеме летающего клапана в трубах, внутренняя поверхность которых отличается от цилиндрической из-за неточности их изготовления, и, как следствие, имеет место повышенный расход рабочего агента, для обеспечения подвижности плашек в месте соединения их с кольцом и замковых устройствах имеются зазоры, приводящие к расхождению продольных поверхностей шек 4), кольца 5 и связывающих кольцо 5 с плашками 4 элементов в виде установленных в гнездах плашек роликов 6, при этом внутренняя поверхность кольца и прилегающие к ней поверхности плашек выполнены сферическими, а оси роликов являются осями указанных сфер и перпендикулярны к соответствующим плоскостям замковых соединений плашек. Пружина 3 выполнена с конической рабочей поверхностью и продольными разрезами и расположена в стакане 2 разъемного корпуса, а углы .корпуса рабочих поверхностей пружины и разъемного корпуса выполнены больше угла самоторможения, причем продольные разрезы пружины выполнены двухсторонними. 1 з. и, ф-лы, 4 ил. замковых устройств и утечке рабочего агента при неравномерной нагрузке на плашки со стороны стенок труб вследствие их нецилиндричности; низкая стойкость плашек и кольца к ударным нагрузкам из-за наличия больших рабочих зазоров в месте их соединения и кромочных контактов кольца с плашками и плашек одна с другой, что приводит к смятиям кромок с последующей потерей подвижности плашек; ненадежность пружины в условиях ударных нагрузок, имеющих место в скважине, которые вызывают поломку лепестков пружины и заклинивание летающего клапана из-за перекоса сломанного лепестка. Кроме того, из-за малости угла конуса пружины сход плашек с пружины затруднен, в результате чего происходит заклинивание плашек между пружиной и стенками труб.

Таким образом, низкая надежность работы клапана и снижение его уплотнительной способности в условиях эксплуатации приводят к возрастанию затрат на эксплуатацию установки плунжерного лифта и сужают область его применения, Цель изобретения — повышение надежности работы клапана в условиях ударных нагрузок, а также снижение расхода рабочего агента при эксплуатации скважин, оснащенных трубами, внутренняя поверхность которых отличается от цилиндрической.

Указанная цель достигается тем, что внутренняя поверхность кольца и прилегающие к ней наружные поверхности плашек выполнены в виде сопряженных сфер, а продольные поверхности замкового устройства — плоскими, при этом наружные поверхности плашек в месте установки кольца снабжены гнездами, а элементами, связы1724936 вающими кольцо с плашками, являются ролики, установленные в этих гнездах.

Повышение надежности клапана за счет увеличения стойкости пружины к ударным нагрузкам достигается тем, что пружина размещается в полости, выполненной в корпусе, и взаимодействует с корпусом одним из торцов, выполненным в виде конуса, причем углы этого и рабочего конусов больше угла самоторможения, а разрезы на пружине выполнены двухсторонними.

А фиг. 1 приведен летающий клапан; общий вид; на фиг. 2 — узел на фиг; 1; на фиг. 3 — вид А на фиг. 1; на фиг. 4 — пружина, общий вид.

Летающий клапан состоит иэ разъемного корпуса, свинченного из верхней части 1 и стакана 2, образующих между собой полость, в которой размещена пружина 3. На верхней части корпуса выполнена коническая поверхность для взаимодействия с плашками 4, скрепленными кольцом 5 и роликами 6. В корпусе клапана выполнен канал, запираемый шариком 7. Плашки имеют замковое устройство, состоящее из продольных Г и Д и поперечных уплотнительных поверхностей. Поверхности Г и Д выполнены плоскими. Поверхность плашек

В и взаимодействующая с плашками поверхность кольца Б выполнены в виде сопряженных сфер. На каждой плашке выполнены гнезда Е под ролики и имеются зазоры 0> и д, Оси роликов 0 являются также осями сферических поверхностей Б и

В и перпендикулярны плоскостям продольных уплотнительных поверхностей замковых соединений Г и Д. Поперечные поверхности замковых соединений могут быть выполнены либо в виде цилиндрических поверхностей (осью цилиндров при этом является ось О), либо плоскими (при малом угле расхождения плашек). Пружина

3 выполнена в виде цилиндра с коническими торцами, угол а которых больше угла самоторможения, например, для материала пружины плашек и стакана сталь по стали

12о

Пружина имеет двухсторонние paspeзы, выполненные таким образом, что лепесток пружины закреплен в двух местах.

Клапан имеет также ловильную головку, выполненную в верхней части корпуса 1, цилиндрические поверхности, выполненные на верхней части корпуса и стакана для взаимодействия со стенками труб и предохранения плашек от ударов о стыки труб при падении клапана.

Сборка клапана осуществляется следующим образом, B кольцо 5 устанавливаютСя

55 плашки. При этом для установки последней плашки другие плашки придвигаются одна . к другой в окружном направлении на величину сборочных зазоров 0> и д, после чего устанавливается последняя плашка. Далее с внутренней стороны плашек в гнезда Е устанавливают ролики 6, в результате излишние зазоры в соединении кольца и плашек устраняются. После этого узел, состоящий из плашек, кольца и роликов, собирается с верхней частью корпуса 1, цилиндрическая поверхность которого предохраняет ролики от выпадения. Верхняя часть корпуса свинчивается со стаканом 2, в который предварительно вставляется пружина 3, после чего движение узла, состоящего из плашек 4, кольца 5 и роликов 6, ограничивается между стаканом и ловильной головкой клапана.

Летающий клапан работает следующим образом, Собранный клапан помещают в трубу.

Шарик падает до нижнего трубного ограничителя, опережая при этом клапан. При движении клапана вниз плашки под действием сил трения о стенки трубы и сил давления набегающего потока среды занимают верхнее положение. Плашки, взаимодействуя с конусом, выполненным на верхней части корпуса, сужаются в своей нижней рабочей части, чем способствуют образованию зазора между стенками трубы и клапаном, а следовательно, беспрепятственному падению клапана до нижнего трубного ограничителя.

При падении клапана взаимодействие его со стенками трубы происходит по цилиндрическим поверхностям ловильной головки и стакана, за счет чего плашки предохраняются от ударов о стыки труб. При ударе плунжера о нижний ограничитель пружина предохраняется от удара за счет скольжения по конической поверхности стакана.

При этом кинетическая энергия пружины преобразуется в энергию ее упругой деформации, Поскольку угол конуса стакана больше угла самоторможения, пружина возвращается в исходное положение. В случае поломки лепестков пружийы, поскольку каждый лепесток имеет два места крепления, не образуются свободные обломки, могущие привести к заклиниванию клапана, а пружина, оставаясь в полости, продолжает выполнять свои функции. При остановке клапана плашки под действием весовой нагрузки опускаются вниз и взаимодействуют с конусом на пружине: раздвигаются, перекрывая зазор между корпусом и стенками трубы, шарик при этом запирает центральный канал в кла1724936 пане. При подаче рабочего агента под клапан последний начинает подъем столба жидкости над собой. Утечки рабочего агента препятствуют плашки и их замковые устройства. При движении клапана вверх плашки прижимают к стенкам трубы и повторяют все геометрические неточности труб, обеспечивая уплотнение клапана со стенками труб.

При работе плашки совершают сложные движения, скользя по сферической поверхности кольца и роликов, а рабочие зазоры на поверхностях кольца, роликов, плашек и их замковых устройств остаются неизменными, чем обеспечивается уплотнительная способность плашек при любом их положении, По достижении клапаном верхнего ограничителя шарик отбивается, открывая канал в клапане. Плашки занимают верхнее положение, набегая на конусную часть корпуса, и клапан падает вниз, повторяя цикл.

Формула изобретения

1. Летающий клапан для плунжерного лифта, содержащий разъемный корпус, установленную с возможностью взаимодействия с корпусом пружину с конической рабочей поверхностью и продольными разрезами, размещенные на верхней конической части корпуса подвижные плашки с замковым устройством, выполненным в виде продольных и поперечных уплотнительных поверхностей, кольца и связывающих кольцо с плашками элементов, а также расположенный в нижней части осевого канала разъемного корпуса шарик, о т л и ч а ю щ и й5 с я тем, что, с целью повышения надежности в условиях ударных нагрузок и снижения расхода рабочего агента при эксплуатации в трубах с внутренней поверхностью, отличной от цилиндрической, за счет улучшения

10 уплотнительной способности плашек при подъеме летающего клапана и снижения возможности его заклинивания, внутренняя поверхность кольца и прилегающие к ней наружные поверхности плашек выполнены

15 в виде сопряженных сфер, продольные поверхности замкового устройства — плоскими, наружные поверхности плашек в месте установки кольца снабжены гнездами, а связывающие кольцо с плашками элемен.20 ты выполнены в виде установленных в гнездах плашек роликов, причем оси роликов и сферических поверхностей кольца и плашек выполнены совпадающими и перпендикулярно продольным поверхностям

25 замкового устройства.

2. Клапан по п. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что пружина с конической рабочей поверхностью расположена в нижней полости разъемного корпуса, углы конуса рабочих

30 поверхностей пружины и разъемного корпуса выполнены больше угла самоторможения, а продольные разрезы — двухсторонними.

1724936

Составитель Н. Васильева

Техред М,Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор Н.Тупица

Заказ 1163 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ь.д

Л т