Наземное устройство для перекрытия потока нефти из скважины

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно применяется для закрытия прохода коллекторных линий скважин или магистральных трубопроводов в аварийных ситуациях с целью предотвращения утечки транспортируемой среды и загрязнения окружающей среды. В изобретении решается вопрос создания конструкции наземных устройств как с тарельчатым, так и с шаровым запорным органом. Управление ими осуществляется давлением самой транспортируемой среды как в автоматическом режиме, так и принудительно (местно или дистанционно) Решен также вопрос о новой постановке поворота шарового клапана при открытии и закрытии прохода клапана-отсекателя. Он осуществляется при помощи свободно устанавливаемых тел качения между кожухом и шаровым клапаном, которые позволяют регулировать степень их контакта при помощи винтов, установленных на кожухе В данном устройстве поршень пилотного клапана , взаимодействующий с обратным клапаном , подпружинен. Благодаря этому обеспечивается ускоренное стравливание давления из надпоршневой зоны клапанаотсекателя и его закрытие. 7 ил , 2 з п. ф-лы ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Е 21 В 33/03, 43/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868322/03 (22) 21.09,90 (46) 30.09,92. Бюл, М 36 (71) Особое конструкторское бюро по проектированию нефтегазодобыващих машин и оборудования (72) О.И.Зфендиев, А,И,Рзаев и Х.Ю,Ахмедов (56) Surfacl Safetu Equipment and Sustems, Catalog ф,Оба, 1990-91, р.29.

-,-:Baker lacterh clivision, Catalog ф.Baker, 1978-79, р,611-617.

Baker preres Catalog ф.Baker, 1981, р,775, 783, (54) НАЗЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ПОТОКА НЕФТИ ИЗ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно применяется для закрытия прохода коллекторных линий скважин или магистральных трубопроводов в аварийных ситуациях с целью предотвращения утечки транспортиИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно устанавливается на линиях, соединяющих нефтяные и газовые скважины с коллектором, и предназначено для отсекания перетока потока среды из скважины в случаях прорыва шлейфа; может быть установлено на любых магистральных трубопроводах, причем с различными интервалами, с целью уменьшения до минимума пролива и загрязнения окружающей среды в аварийных ситуациях, а также может быть использовано в фонтанных арматурах в качестве задвижек.

Известны наземные устройства, содержащие клапан-отсекатель и механизм управления им, включающий пилотный,, А,„, 1765359 Al руемой среды и загрязнения окружающей среды, В изобретении решается вопрос создания конструкции наземных устройств как с тарельчатым, так и с шаровым запорным органом. Управление ими осуществляется давлением самой транспортируемой среды как в автоматическом режиме, так и принудительно (местно или дистанционно), Решен также вопрос о новой постановке поворота шарового клапана при открытии и закрытии прохода клапана-отсекателя. Он осуществляется при помощи свободно устанавливаемых тел качения между кожухом и шаровым клапаном, которые позволяют регулировать степень их контакта при помощи винтов, установленных на кожухе. В данном устройстве поршень пилотного клапана, взаимодействующий с обратным клапаном, подпружинен. Благодаря этому обеспечивается ускоренное стравливание давления из надпоршневой зоны клапанаотсекателя и его закрытие, 7 ил„2 з,п. ф-лы, клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсекателем, и имеющий верхний и нижние поршни, регулировочный шток и обратный клапан с целью клапан-отсекатель и пилотный клапан.

Однако такие наземные устройства металлоемки и сложны для изготовления, не имеют полного прохода и менее надежны в работе, а среда, проходя через отверстия затвора, выполHåнного в виде глухого штока с каналом для прохода жидкости, истирает рабочие поверхности затвора (клапана) и седла так, что они через непродолжительное время становятся неработоспособными. Такие наземные устройства выполнены в виде дифференциального клапана-отсекателя, который может закрыться при увеличе1765359

55 нии скорости потока жидкости даже в случае отсутствия повреждений коллекторных линий скважины, а при уменьшении давления в линиях они могут вообще не закрыться, поскольку закрытие запорного элемента требует необходимого усилия для сжатия пружин, удерживающих запорный орган в открытом состоянии. Конструкция пилотного клапана этих наземных устройств такова, что закрытие его обратного клапана может происходить только при интенсивной и быстрой разрядке давления над нижним поршнем, удерживающим обратный клапан в открытом положении. Это связано с тем, что подпружинен верхний поршень, а не нижний и поэтому эффект пружины, способствующей быстрому возвращению поршня в верхнее положение, утерян в известных конструкциях, Принцип действия этих наземных устройств не позволяет производить принудительное закрытие их как при местном; так и дистанционном управлении в случае необходимости, Известны также наземные устройства с пневмо- и гидроприводом, в основном применяющиеся в фонтанных арматурах и по назначению установленные и на коллекторных линиях скважин, и на магистральных трубопроводах.

Однако такие наземные устройства металлоемки, сложны по конструкции и для управления ими требуются специальные станции управления для создания рабочего управляющего давления. В связи с этим их применение в трубопроводах между скважинами и коллекторами, а также на магистральных трубопроводах экономически нецелесообразно.

Прототипом изобретения является управляемые клапаны-отсекатели с полным проходом, устанавливаемые в скважине и имеющие тарельчатые или шаровые запорные элементы.

Такие клапаны-отсекатели могут быть применены с небольшим изменением в качестве наземного устройства для установки на коллекторных линиях скважин и на магистрал ьн ых трубо и ро водах.

Однако для управления ими также требуется специальная станция управления, металлоемкая и сложная, Для открытия их требуется и редварительное выравнивание давления над и под запорным элементом, в связи с чем в них встроен уравнительный клапан, а при отсутствии его перед открытием требуется создание над запорным элементом давления и тем самым создается искусственное выравнивание давления, которое возможно при больших дополнительных затратах и также нецелесообразно с

50 экономической точки зрения. Кроме того, эти управляемые клапаны-отсекатели с шаровым затвором имеют сложную технологию изготовления.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства, упрощение управления им и обеспечение возможности открытия без предварительного выравнивания давления над и под запорным элементом клапана-отсекателя, Для этого конструкция наземных устройств, содержащая клапан-отсекатель и механизм управления им, включающий пилотный клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсекателем и имеющий верхний и нижний поршни, регулировочный шток и обратный клапан, снабжена ступенчатым подпружиненным поршнем, установленным концентрично в клапане-отсекателе с возможностью взаимодействия с запорным элементом, и соленоидным клапаном, связанным линиями управления с подпоршневой камерой клапана-отсекателя и полостью пилотного клапана между верхним и нижним поршнями, при этом последний выполнен подпружиненным, а площадь сечения клапана-отсекателя в месте расположения ступенчатого поршня больше площади сечения седла клапана-отсекателя под его запорный элемент, выполненный тарельчатым или шаровым и имеющий кожух с размещенными в нем с возможностью взаимодействия с шаром телами качения, На фиг.1 показано положение тарельчатого запорного органа клапана-отсекателя и обратного клапана пилота при транспортировке и после монтажа наземного устройства; на фиг.2 — положение шарового запорного органа клапана-отсекателя и пилота при транспортировке и после монтажа наземного устройства; на фиг.3 — разрез

А — А на фиг,2; на фиг.4 и 5 — соответственно рабочее состояние запорных органов клапанов-отсекателей и обратного клапана пилота наземных устройств, на фиг,6 — разрез

Б — Б на фиг.4; на фиг.7 — разрез В-В на фиг.4.

t Вариант исполнения наземного устройства для перекрытия потока из скважин

Наземное устройство (см. фиг,1 и 2) содержит клапан-отсекатель 1, с корпусом которого соединен отвод 2 и быстросьемное соединение 3. Внутри корпуса 1 размещен подпружиненный поршень 4, образующий с корпусом надпоршневую камеру "а" и подпоршневую камеру "б", тарельчатый клапан

5, соединенный с седлом 6 через ось 7 и прижатый к нему пружинами кручения 8, С отводом 2 через вентиль 9 соединен пилотный клапан 10, внутри которого размещен

1765359

20

30

55 подпружиненный клапан 11, подпружиненный поршень 12 и свободно установленный верхний поршень 13, который взаимодействует с регулировочным штоком 14. Между верхним 13 и нижним 12 поршнями образуется герметичная камера "а", а под нижним поршнем — разрядная камера "г", Камера "д" над обратным клапаном 11, которая образуется при его открытом состоянии, камера "в", а также камера "а" клапана-отсекателя 1 и соленоидный клапан 15 сообщаются между собой давлением среды (см. фиг.2 направленные стрелки) через трубки управления 16, Для предварительного открытия клапана-отсекателя (при помощи ручного насоса или подключением любого другого источника создания давления) и корпусу клапанаотсекателя в одной плоскости с быстросъемным соединением 3 подсоединен обратный клапан 17 (см, фиг,3), Изобретение с тарельчатым клапаном осуществляется следующим образом, После установки и монтажа вентиль 9 закрывается, навинчи вается регулировочный шток 1 пилотного клапана 10, который через верхний поршень 13, нижний поршень 12 передвигается вниз и его хвостовая часть открывает обратный клапан 11, Далее через обратный клапан 17 клапана-отсекателя 1 в камере "а" создается давление и поршень 4, двигаясь вниз, откидывает тарельчатый клапан 5 вокруг оси 7, откр ы вая п роход.

После этого, например, задвижка фонтанной арматуры открывается и начинается поступление среды в коллектор под определенным давлением.

После этого вентиль 9 открывается и это давление через камеру "д" и трубкууправления 16 одновременно поступает в камеры

"а", "в" и соленоидный клапан 15, Далее регулировочный шток 14 возвращается в первоначальное положение и под действием давления в камере "в" верхний поршень 13 также поднимается наверх до упора в шток 14, а нижний поршень 12 под действием этого же давления остается в нижнем положении, удерживая обратный клапан 11 пилота 10 в открытом состоянии, тем самым обеспечивается автоматический режим управления клапаном-отсекателем

В случае прорыва трубопровода давление в камерах "а" и "в" резко падает и под действием освобожденных пружин поршень 12 мгновенно поднимается наверх, обратный клапан 11 закрывается.

Одновременно мгновенно поднимается наверх и поршень 4 клапана-отсекателя 1 под действием освобожденной пружины благодаря ускоренной разрядке камер "б", "d" и "в", а также трубки управления соответственно через штуцеры 18(см. направление стрелки на фиг.1). В случае необходимости принудительного закрытия клапана-отсекателя 1 местное нажатием кнопки или дистанционно подачей сигнала с диспетчерского пульта достаточно привести в действие соленоидный клапан 15, который обеспечит стравливание давления из камер

"а" и "в" и трубки управления 16 одновременно через штуцер 18 пилотного клапана

10 и через себя и клапан-отсекатель закроется.

Для повторного открытия клапана-отсекателя 1 необходимо повторить всю работу, описанную для первоначального открытия.

II Вариант исполнения наземного устройства для перекрытия потока из скважин.

Il Вариант исполнения наземного устройство отличается от I конструкцией запорного органа клапана-отсекателя 1 и механизмом его открытия и закрытия

Наземное устройство содержит клапанотсекатель 19 с шаровым запорным органом, состоит из шарового клапана 20, удерживаемого седлом 21 при помощи двух плеч 22, расположенных друг против друга и взаимодействующих с плоской поверхностью "е" шарового клапана 20, На поверхности "е" профрезирован3 канавка "и", Шаровой клапан 20, плечи 22 расположены внутри кожуха 23, на поверхности которого имеются четыре резьбовых отверстия "ж", через которые свободно установлены четыре тела качения 24, причем два из них контактируют с поверхностью "е" и два — с канавкой "и" шарового клапана 20. Степень контакта тел качения 24 с поверхностью "е" и канавкой

"и" регулируется винтами 25, Благодаря такой конструкции обеспечивается плавный поворот шарового клапана 20 при открытии и закрытии, Седла 21 жестко связаны с поршнем 26, верхнее положение которого соответствует закрытому состоянию шарового клапана 20, что обеспечивается пружиной 27.

Изобретение с шаровым запорным органом осуществляется по его первоначальному открытию, закрытию в аварийных ситуациях автоматически, а также местное и дистанционное закрытие через соленоидный клапан, Отличается механизмом поворота шарового клапана 20, при котором под действием давления среды в надпоршневой камере "а" седло 21 совместно с поршнем

26, сжимая пружину 27, двигаются вниз, При этом, поскольку кожух 23 не двигается

1765359

40

50

55 телом качения 24, заставляют шаровой клапан 20 плавно вращаться, тем самым проход клапана-отсекателя 19 открывается. В процессе закрытия и роисходит обратное действие, а именно из-за стравливания давления среды из камеры "а" седло 21 с поршнем 26 под действием освобожденной пружины 27 возвращается в первоначальное положение, При этом плечи 23 возвращают шаровой клапан тоже в первоначальное положение, одновременно заставляя его вращаться вокруг тел качения 24, тем самым закрывается проход клапана-отсекателя 19.

Благодаря созданию конструкции наземных устройств по изобретению значительно повышается надежность конструкции, упрощается технология изготовления, значительно уменьшается

M8TBJlëoåìêoñòü, обеспечивается управление ими помимо автоматического режима также принудительно местно и дистанционно. Кроме того, внедрение одного предлагаемого наземного устройств ориентировочно даст экономический эффект более 2290 руб, Формула изобретения

1. Наземное устройство для перекрытия потока нефти из скважины, содержащее клапан-отсекатель и механизм управления им,,включающий пилотный клапан, связанный линиями управления с клапаном-отсекателем и имеющий верхний и нижние поршни, регулировочный шток и обратный клапан, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе устрой5 ства, упрощения управления им и обеспечения возможности открытия без предварительного выравнивания давления над и под запорным элементом клапана-отсекателя, оно снабжено ступенчатым

10 подпружиненным поршнем, установленным концентрично в клапане-отсекателе с возможностью взаимодействия с запорным элементом, и соленоидным клапаном, связанным линиями управления с подпоршне15 вой камерой клапана-отсекателя и полостью пилотного клапана между верхним и нижним поршнями, при этом последний выполнен подпружиненным, а площадь сечения клапана-отсекателя в месте расположения

20 ступенчатого поршня больше площади сечения седла клапана-отсекателя под его запорный элемент, 2. Устройство по п,1, отл и ч а ю ще ес я тем, что запорный элемент выполнен

25 тарельчатым, 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что запорный элемент выполнен шаровым и имеет кожух с размещенными в нем с возможностью взаимодействия с ша30 ром телами качения.

1765359

1765359

1765359

1765359

1765359

50

Составитель Х.Ахмедов

Техред М,Моргентал Корректор С Пекарь

Редактор З.Ходакова

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

Заказ 3362 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5