клапан-отсекатель

Формула изобретения

Клапан-отсекатель, расположенный в корпусе и содержащий запорный элемент, включающий седло и шар, взаимодействующий с толкателем насоса и имеющий возможность перемещения вдоль оси корпуса, отличающийся тем, что шар выполнен с осевым отверстием и двумя параллельными ему плоскостями, в которых установлены штыри, расположенные на одной оси, перпендикулярной оси отверстия и радиально смещенной относительно оси шара, шар своими плоскостями размещен в пазу втулки, имеющей два фигурных паза, каждый из которых выполнен в виде двух ступеней, смещенных относительно друг друга на величину, равную смещению оси штырей относительно оси отверстия шара, при этом шар имеет возможность вращения вокруг оси штырей и контактирования с подвижным седлом, подвижное седло выполнено с пружиной и содержит защелку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и используется для перекрытия насосно-компрессорных труб (НКТ) в процессе смены вставного штангового насоса при ремонте скважины без ее глушения.

Известен клапан-отсекатель, имеющий запорный элемент в виде шара, см. авторское свидетельство СССР 1265291 по кл. Е 21 В 34/06, опубл. 1986 г.

Недостатком этого клапана является влияние перепада давления на надежность работы. При спуске НКТ с клапаном не происходит заполнения внутренней полости НКТ скважинной жидкостью. После спуска НКТ клапан закрыт и нет возможности удалить загрязнения с опоры насоса.

Известен клапан, содержащий затвор в виде тарельчатого элемента с присоединенным к нему штоком, а привод присоединен к патрубку насоса и снабжен защелкой для соединения со штоком тарельчатого элемента, см. патент США 4 776 401 по кл. 166-369, опубл. 1988 г.

Недостатком этого клапана является ненадежность работы тарельчатого элемента из-за влияния перепада давления на привод затвора.

Известен клапан-отсекатель с запорным элементом и узлом управления клапана, см. патент Франции 2588915 по кл. Е 21 В 34/00, опубл. 1987 г.

Конструкция этого клапана не позволяет обеспечить при эксплуатации прямого потока жидкости из скважины в трубу и обратно.

Известен клапан-отсекатель, расположенный в корпусе и содержащий запорный элемент, включающий седло и шар, взаимодействующий с толкателем насоса и имеющий возможность перемещения вдоль оси корпуса, см. патент Российской Федерации 2049225 по кл. Е 21 В 34/06, опубл. 1995 г.

Запорный элемент взаимодействует с опорной гайкой, имеющей приходные каналы, и жестко закрепленными штырями, и штоком с фигурными пазами на боковой поверхности.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Однако оно обладает недостатками. Конструктивное выполнение клапана-прототипа не позволяет обеспечить надежность работы клапана и насоса. В процессе спуска колонны труб с клапаном в скважину на клапан со стенок труб осыпается окалина и другие механические примеси, которые забивают узкие щели вокруг запорного элемента, поэтому во время обратной промывки труб не удается удалить загрязнение. Это снижает надежность работы клапана и насоса, а прямая промывка еще больше забивает клапан из-за большого сопротивления щелевых проходов.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющей повысить надежность работы клапана в процессе смены насоса путем обеспечения прямого потока жидкости из скважины в трубу и обратно и снижения сопротивления потоку.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что клапан-отсекатель, расположенный в корпусе и содержащий запорный элемент, включающий седло и шар, взаимодействующий с толкателем насоса и имеющий возможность перемещения вдоль оси корпуса, имеет шар с выполненными осевым отверстием и двумя параллельными ему плоскостями, в которых установлены штыри, расположенные на одной оси, перпендикулярной оси отверстия и радиально смещенной относительно оси шара, шар своими плоскостями размещен в пазу втулки, имеющей два фигурных паза, каждый из которых выполнен в виде двух ступеней, смещенных относительно друг друга на величину, равную смещению оси штырей относительно оси отверстия шара, при этом шар имеет возможность вращения вокруг оси штырей и контактирования с подвижным седлом, кроме того, подвижное седло выполнено с пружиной и содержит защелку.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

Конструктивное выполнение шара, подвижного седла с защелкой позволяет запорному элементу взаимодействовать как с толкателем, при наличии насоса, так и с жидкостью, при его отсутствии.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - клапан-отсекатель, разрез;

на фиг.2 - шар, втулка и подвижное седло, аксонометрия.

Клапан содержит корпус 1, в котором размещены запорный элемент 2 и втулка 3.

Запорный элемент 2 включает шар 4, подвижное седло 5 и неподвижное седло 6.

Шар 4 имеет осевое отверстие 7 и параллельные плоскости 8, в которых установлены штыри 9 на оси 10. Ось 10 смещена на величину А относительно отверстия 7 и перпендикулярна к нему.

Втулка 3 выполнена с пазом 11, в котором размещен шар 4 своими параллельными плоскостями 8, и с фигурными пазами 12, каждый из которых выполнен в виде ступеней 13 и 14, смещенных относительно друг друга на величину А. Величина А характеризует равенство расстояний между ступенями 13 и 14 фигурных пазов 12 и радиального смещения штырей 9 относительно осевого отверстия 7.

Во втулке 3 размещено подвижное седло 5 с пружиной 15 и защелкой 16.

На насосе (не показан) выполнен толкатель 17, взаимодействующий с запорным элементом 2.

Работа клапана осуществляется следующим образом.

Перед пуском насоса защелку 16 вытягивают рукой из корпуса 1, поворачивают к противоположной стенке подвижного седла 5 и зацепляют корпус 1. При этом сжимают пружину 15, перемещают седло 5 на часть его рабочего хода. Вместе с седлом 5 спускается шар 4, отходя от неподвижного седла 6. Во время спуска шар 4, размещенный в пазе 11 своими параллельными плоскостями 8 и штырями 9 в фигурных пазах 12 втулки 3, частично развернется и позволит свободно перетекать жидкости через клапан, заполняя колонну труб, на которой клапан спускается в скважину.

При спуске насоса толкатель 17 начнет взаимодействовать с шаром 4. Штыри 9 шара 4 продолжат смещаться по фигурным пазам 12. При дальнейшем перемещении шара 4 вдоль корпуса 1, шар 4 будет вращаться вокруг оси 10 штырей 9, в процессе перемещения их по фигурным пазам 12. Как только осевое отверстие 7 шара 4 примет вертикальное положение, что соответствует нахождению штырей 9 на ступени 14, толкатель 17 пройдет в него и переместится до подвижного седла 5 с защелкой 16. Толкатель 17 при входе в седло 5 упрется в защелку 16, диагонально размещенную в седле 5 и зацепленную за корпус 1, и оттолкнет ее в вертикальное положение.

Насос займет рабочее положение.

При смене насоса производят его подъем. Толкатель 7 выходит из шара 4, пружина 15 приподнимает подвижное седло 5 вместе с шаром 4 до неподвижного седла 6. Во время подъема шара 4 штыри 9 переместятся со ступени 14 на ступень 13 фигурных пазов 12, при этом шар 4 повернется на 90^o. Отверстие 7 займет исходное горизонтальное положение, а шар 4 загерметизирует неподвижное седло 6.

При установке нового насоса защелка 16, находящаяся в вертикальном положении, участия в работе клапана не принимает. Клапан осуществляет не обратную промывку, а прямую по колонне труб в скважине. Роль толкателя 17 в этом случае выполняет жидкость, которая перемещает запорный элемент 2 в рабочее положение.

Предложенный клапан-отсекатель может быть изготовлен промышленным способом, что подтверждают испытания опытного образца, и это обуславливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость".

Использование клапана-отсекателя с предложенным запорным элементом позволяет:

- обеспечить прямой поток жидкости из скважины в трубу и обратно, т.к. конструкция шара, подвижного седла с защелкой позволяет запорному элементу взаимодействовать как с толкателем, при наличии насоса, так и при взаимодействии с жидкостью, при его отсутствии;

- повысить надежность клапана и насоса, т.к. окалина, попавшая в клапан, легко выбрасывается в скважину, а не поднимается на поверхность по всей длине колонны, оседая на стыках муфт, внутри колонны.