Клапан обратный для скважинного насоса

 

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности. Сущность изобретения: содержит открытый снизу цилиндр 1, подвижный внутри него плунжер 2 в виде стакана, шток 3 с диском на конце. В цилиндре выполнены выкидные отверстия в стенке под острым углом к оси клапана и разгрузочное отверстие в крышке. Шток пропущен через сальник в крышке цилиндра и имеет средство для фиксации в сальнике, например, выступ, что позволяет фиксировать плунжер в рабочем положении и исключить его самопроизвольное закрывание, например, при аварийной остановке насоса. 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче нефти скважинными погружными насосами.

Известны обратные клапаны для скважинных насосов, имеющие тарельчатую форму и взаимодействующие с седлом (например, К.Ф.Роддатис и А,Н.Полторацкий. Справочник по котельным установкам малой производительности. М. Энергоатомиздат, 1989, с. 55, с. 455, рис. 2б) [1] Эти клапаны ненадежны вследствие малой площади контакта тарелки с седлом. При воздействии песка, соли, попутных газов и т.п. рабочие поверхности клапана быстро выходят из строя либо нарушается их контакт вследствие коррозионного или абразивного воздействия, налипания, газовой кавитации и др.

Наиболее близким к описываемому является клапан, обратный для скважинного насоса, содержащий корпус-цилиндр с фланцем на входе, выкидным и разгрузочным отверстиями, выполненными радиально в его стенке, подпружиненный внутри корпуса плунжер с замкнутой внутренней полостью и двумя взаимно перпендикулярными поверхностями уплотнения, одна из которых образована с внутренней проточкой фланца, а вторая с цилиндром, связанный с плунжером шток, пропущенный через герметичную крышку цилиндра посредством сальника (патент СССР N 1790737, кл. F04B 47/02, 1989 г.) [2] В этом устройстве отсутствует фиксация плунжера в рабочем положении, более того, предусмотрен возврат в исходное (закрытое) положение при отключении насоса. При установке клапана совместно с погружным насосом внутри колонны насосно-компрессорных труб, при аварийном отключении насоса и закрытии соответственно клапана внутри колонны образуется пустота. В результате чего при последующем запуске насоса возможна перегрузка и выход из строя его электродвигателя. Кроме того, столб жидкости под клапаном может пойти в обратном направлении, что приведет к работе насоса в турбинном режиме.

Техническая задача, решаемая описываемым изобретением, заключается в обеспечении фиксации клапана в открытом положении и, как следствие, повышении надежности работы погружного насоса.

Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что в клапане, обратном для скважинного насоса, содержащем корпус-цилиндр с входным, выкидным и разгрузочным отверстиями, плунжер с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями уплотнения и штоком, пропущенным через крышку цилиндра посредством сальника, в нем плунжер выполнен в виде стакана, выкидные отверстия расположены под острым углом к горизонту (либо оси клапана), а разгрузочные выполнены в крышке цилиндра, при этом шток снабжен средством для фиксации в верхнем положении и диском, смонтированным на его свободном конце.

На чертеже, на фиг. 1, показан общий вид предлагаемого клапана, продольный разрез.

Клапан содержит открытый снизу корпус-цилиндр 1, внутри которого установлен с возможностью перемещения плунжер 2, выполненный в виде стакана, открытого снизу. На плунжере 2 жестко закреплен шток 3 с горизонтальным диском 4 на свободном конце. Шток 3 пропущен через глухое дно 5 цилиндра посредством сальникового уплотнительного узла 6. В боковой стенке цилиндра 1 между крайними положениями (I) и (II) плунжера 2 выполнены выкидные отверстия 7, ось которых расположена под острым углом α к горизонту (90^o a к продольной оси клапана), составляющим оптимально 45^o-50^o. В крышке 5 выполнено по меньшей мере одно разгрузочное отверстие 8.

Клапан работает следующим образом.

Для установки клапана в скважине его закрепляют на резьбовом штуцере 9, имеющем проходной канал А, проточку Б под установку цилиндра 1 и проточку Г под заплечики 10 цилиндра. В проточку Б устанавливают опорное кольцо 11 с проходным отверстием В, меньшим внутреннего диаметра Д плунжера 2. До упора на кольцо 11 устанавливают цилиндр 1, при этом плунжер 2 находится в нижнем положении (I) и также взаимодействует с кольцом 11 своим торцом 12, образуя горизонтальную кольцевую поверхность уплотнения, а между сопрягаемыми поверхностями плунжера 2 и цилиндра 1 образована вторая поверхность уплотнения, перпендикулярная к первой.

Штуцер 9 в сборе с клапаном присоединяют посредством резьбы к концу колонны насосно-компрессорных труб 13, а зазор между торцом последней и кольцевым заплечиком 10 уплотняют, например, посредством мягкой прокладки или герметика. Нижний конец штуцера соединяют с насосом.

Колонну насосно-компрессорных труб вместе с погружным насосом (на чертеже не показан) и обратным клапаном опускают в скважину, при этом клапан находится в закрытом положении (I) (на чертеже показано пунктиром), и для предотвращения его самопроизвольного открывания внутрь колонны заливают расчетное количество жидкости, например пластовой воды, которая через отверстие 8 попадает внутрь цилиндра 1 и прижимает плунжер 2 к кольцу 11, при этом вес столба жидкости должен быть не менее 1,2 пластового давления.

После опускания насоса на заданную глубину колонну 13 опрессовывают, при этом герметичность в клапане обеспечивается за счет двух вышеупомянутых взаимно перпендикулярных поверхностей уплотнения.

Запускают насос, продукт поступает в полость цилиндра 1 и плунжера 2, перемещая последний в верхнее положение (II), при этом открываются отверстия 7 и продукт выбрасывается в полость насосно-компрессорных труб и через них на поверхность, причем за счет выполнения плунжера 2 в виде стакана, а отверстий 7 под углом к горизонту максимально снижается сопротивление движению жидкости и воздействие последней на рабочую поверхность 12 плунжера 2.

При временной остановке насоса плунжер 2 не опустится, поскольку он находится в равновесии под действием столба жидкости снизу через отверстия 7 и сверху через отверстие 8, при этом сила трения штока 3 по сальниковой набивке 14 удерживает шток и вместе с ним плунжер в установившемся положении. Для увеличения силы трения увеличивают набивку 14 либо снабжают шток фиксирующим выступом 15 или впадиной.

Поскольку клапан остается открытым, не происходит прерывание столба жидкости (продукта) в колонне 13.

При необходимости закрыть клапан прокачивают жидкость сверху вниз, последняя воздействует на диск 4 и перемещает плунжер до упора в кольцо 11 и удерживает его в закрытом положении до следующего включения насоса.

Формула изобретения

Обратный клапан для скважинного насоса, содержащий цилиндр с входным, выкидным и разгрузочным отверстиями, плунжер с двумя взаимно перпендикулярными поверхностями уплотнения и штоком, пропущенным с возможностью перемещения через сальник, закрепленный в крышке цилиндра, отличающийся тем, что плунжер выполнен в виде стакана, выкидные отверстия выполнены в стенке цилиндра между крайними положениями плунжера под острым углом к оси клапана, а разгрузочное отверстие в крышке цилиндра, при этом шток снабжен средством для фиксации в верхнем положении и диском, закрепленным на его свободном конце.

РИСУНКИ

Рисунок 1