[1]Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для герметизации трубного пространства при эксплуатации скважины и во время осложнений возникающих при аварийных ситуациях (фонтан и др.).
[2]Известен клапан-отсекатель с установочным приспособлением для газовой скважины в условиях аварийной ситуации, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, проточку с ниппельным профилем, выполненную в корпусе над узлом управления запорным органом и расширительную втулку, выполненную в виде цилиндрической пружины, размещенную автономно в зоне запорного органа и установленную с помощью приспособления, RU №93874 U1, E21B 34/06, 10.05.2010.
[3]Известен обратный устьевой клапан нефтегазовой скважины, включающий полый корпус, оснащенный подводящим патрубком основного компонента - пластового флюида и подводящим патрубком сбрасываемого компонента, внутренний блок с корпусом в виде стакана с отверстием в его боковой стенке, установленный под углом к вектору потока пластового флюида и пересекающий его с образованием кольцевой полости, запорный орган, имеющий подвижную и неподвижную части и разделяющий его полость на входную перед запорным органом и рабочую за запорным органом по направлению потока затрубного газа, RU №2367775 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 20.09.2009; RU №2372471 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 10.11.2009; RU №2375553 С1, Е21В 34/02, Е21В 33/03, 10.12.2009.
[4]Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом, включающий подпружиненный шток с осевым каналом, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующий с корпусом кольцевую полость для подачи управляющего агента, выполненную с возможностью одновременного глушения каналов подачи управляющего агента, RU №2311578 С1, Е21В 34/06, F16K 3/04, 27.11.2007.
[5]Известный клапан-отсекатель предназначен для автоматического отсечения потока флюида газовой скважины при аварийном повышении давления.
[6]Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с осевым каналом и размещенным в корпусе запорным элементом, выполненным в виде полого дифференциального поршня с размещенной в нижней его части цангой, и снабженный направляющим цилиндром, установленным в корпусе с образованием кольцевого зазора, RU №2145024 C1, E21B 34/08, F16K 17/34, 27.01.2000.
[7]Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, установленный в корпусе подпружиненный шток с поршнем, кольцевую гидравлическую камеру, сообщенную с трубкой подвода жидкости, и тарельчатый затвор, выполненный с возможностью перехода в открытое положение при подводе жидкости в кольцевую гидравлическую камеру, RU №2160357 С2, Е21В 34/06, 10.12.2000.
[8]Известен клапан-отсекатель газовый, включающий затвор и расположенную над ним и образующую с корпусом замкнутую камеру, подвижную втулку с кольцевым поршнем, связанную с затвором с возможностью перевода его в положение "закрыто" при движении поршня в направлении увеличения объема камеры, RU №2194845 С2, Е21В 34/06, 20.12.2002.
[9]Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, седло с затвором, пилотный механизм в виде взаимодействующих в средней части подпружиненного вертикального штока и горизонтального поршня, выполненный в виде механизма управления, и устройство взвода, причем нижний конец вертикального подпружиненного штока через серьгу соединен с затвором, RU №2315173 C1, E21B 34/02, 20.01.2008.
[10]Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, шток, цангу, запорный орган, втулку-толкатель с кольцевым буртиком на наружной поверхности, пружину, взаимодействующую с кольцевым буртиком втулки-толкателя, втулку упорную, размещенную в кольцевой полости между втулкой-толкателем, запорным органом и корпусом, RU №2293839 С1, Е21В 34/06, 20.02.2007.
[11]Известен противовыбросовый клапан устьевого сальника, включающий металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси, и металлическую пружину кручения, расположенную на той же оси, имеющую возможность воздействия на затвор в сторону его закрытия, при этом нагруженный пружиной открытый затвор зафиксирован металлическим рычажным фиксатором, который оснащен полимерным опорным элементом, контактирующим с сальниковым штоком, и установлен с возможностью поворота на металлической оси, расположенной под открытым затвором, RU №2165003 С1, Е21В 34/02, 10.04.2001.
[12]Известен клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, SU №1357547 А1, Е21В 34/06, 07.12.1987.
[13]Известные клапан-отсекатели имеют индивидуальное конструктивное выполнение, в них не предусмотрены устройства, обеспечивающие надежное положение запорному органу вне зависимости от состояния гидроуправляющей системы.
[14]Известен клапан-отсекатель (Baker), содержащий затвор в виде тарелки, вращающийся вокруг оси, расположенный вне его оси, выполненный с пружиной кручения на его оси, которая обеспечивает прижатие затвора к уплотняемой поверхности в виде двух сопрягаемых деталей как конус в конус, Проспект фирмы «Baker Oil Tools», каталог «Скважинные системы безопасности скважин», С.8, 2005.
[15]В известном клапан-отсекателе (Baker) при повороте затвора его коническая поверхность и ответная поверхность совершают сложное по отношению друг к другу движение, требующее высокой точности соосности двух деталей и цилиндричности самих поверхностей, а также то, что пружина кручения, находящаяся на оси поворота затвора, прижимает затвор неравномерно только с одной стороны, вызывающий перекос затвора и уплотняемой детали, а как следствие негерметичности.
[16]Кроме того, в известном клапан-отсекателе (Baker) поворот затвора (при большом его весе) в горизонтальное положение и удержание в процессе герметизации требует большего предварительного усилия, а при ограниченном пространстве и большом угле поворота невозможно установить мощную пружину, тем более, что с увеличением бокового усилия на затвор перекос еще вероятнее.
[17]Кроме того, в известном клапан-отсекателе (Baker) уплотнение конус в конус требует наличие для затвора сложного шарнира, который должен иметь не менее пяти степеней свободы для обеспечения самоустановки.
[18]Известен клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый, содержащий сборный корпус, имеющий гидравлический ввод для подведения управляющей жидкости под давлением, запорный орган в виде тарельчатого затвора, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения, RU №94279 U1, E21B 34/06, 20.05.2010.
[19]Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящей полезной модели.
[20]В клапан-отсекателе ближайшего аналога уплотняемая поверхность затвора и ответной детали выполнены плоскопараллельно, что снижает требования к шарниру, например, выполнение четырех степеней свободы, узел управления запорным органом содержит запирающийся элемент с пружиной кручения, поворачивающей затвор, находящейся на одной оси с ним, обеспечивающей взаимодействие с затвором с одной - ближайшей к нему стороне, и создающей неравномерность силового прижима уплотняемых поверхностей, при этом удлинение упорного конца пружины, с целью переноса точки приложения силы ближе к центру затвора, нарушает характеристику пружины и влияет на надежность предварительного уплотнения.
[21]В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей увеличить надежность уплотнения и обеспечить надежность клапан-отсекателя как при эксплуатации, так и при возникновении аварийных ситуаций.
[22]Технический результат настоящей полезной модели заключается в выполнении клапан-отсекателя с двумя ступенями уплотнения посредством установки блока уплотнений, как первой ступени, и уплотняемой втулки, как второй ступени уплотнения, и в выполнении блока уплотнений с приводом вращения тарельчатого затвора в виде коромысла с пружиной растяжения, независимым от тарельчатого затвора, установленным с ним на одной оси вращения и имеющим возможность взаимодействия с тарельчатым затвором в точке его симметрии.
[23]Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый содержит сборный корпус, имеющий гидравлический ввод для подведения управляющей жидкости под давлением, запорный орган в виде тарельчатого затвора, узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока, установленный в сборном корпусе с возможностью осевого перемещения.
[24]Клапан-отсекатель имеет две ступени уплотнения в виде блока уплотнений и уплотняемой втулки с упругим полимерным уплотнением.
[25]Блок уплотнений установлен в копусе и выполнен с закрепленной на нем пружиной растяжения.
[26]В блоке уплотнений размещен тарельчатый затвор.
[27]На одной оси вращения с тарельчатым затвором установлено коромысло.
[28]Коромысло имеет возможность взаимодействия посредством пружины растяжения на тарельчатый затвор.
[29]Тарельчатый затвор имеет соединение с осью вращения с четырьмя степенями свободы, выполненное в виде овального отверстия.
[30]Овальное отверстие ограничивает движение тарельчатого затвора в закрытом положении клапан-отсекателя и обеспечивает свободу вращения вокруг оси, на которой он расположен, и линейного перемещения до прижатия тарельчатого затвора с уплотняемой втулкой (уплотнение металл-металл) по плоскости.
[31]Блок уплотнений выполнен в качестве первой ступени уплотнения (предварительной).
[32]Вторая ступень уплотнения содержит упругое полимерное уплотнение.
[33]Упругое полимерное уплотнение выполнено в уплотняемой втулке и содержит два резиновых кольцевых уплотнителя.
[34]Резиновые кольцевые уплотнители разделены подвижным разделительным кольцом.
[35]При этом коромысло имеет необходимую длину, при которой воздействие коромысла на тарельчатый затвор должно быть размещено в центре тарельчатого затвора или в непосредственной близости к нему.
[36]Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о техническом решении, идентичном признакам, приведенным в формуле настоящей полезной модели, это определяет, по мнению заявителя, соответствие полезной модели критерию «новизна».
[37]Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
[38]на фиг.1 - Клапан-отсекатель в рабочем положении (нормально-закрыт), разрез;
[39]на фиг.2 - Клапан-отсекатель в открытом положении в процессе работы скважины (жидкость управления подана под давлением в клапан-отсекатель), разрез;
[40]на фиг.3 - Блок уплотнений и уплотняемая втулка с полимерным уплотнением в исходном положении, разрез;
[41]на фиг.4 - Блок уплотнений и уплотняемая втулка с упругим полимерным уплотнением в рабочем положении, разрез;
[42]на фиг.5 - Упругое полимерное уплотнение, разрез.
[43]Клапан-отсекатель содержит:
[45]гидравлический ввод (в корпусе 1) - 2.
[46]Запорный орган в виде тарельчатого затвора - 3.
[47]Узел управления запорным органом в виде подпружиненного штока -4,
[48]пружину сжатия (узла 4) - 5.
[50]пружину растяжения (на блоке 6) - 7,
[51]коромысло (в блоке 6) - 8,
[52]ось вращения (для затвора 3 и коромысла 8) - 9,
[53]соединение с четырьмя степенями свободы (затвора 3 с осью 9) - 10,
[54]овальное отверстие (соединения 10) - 11.
[55]Уплотняемую втулку - 12,
[56]упругое полимерное уплотнение (втулки 12) - 13,
[57]резиновые кольцевые уплотнители (уплотнения 13) - 14,
[58]подвижное разделительное кольцо (между уплотнителями 14) - 15.
[59]Клапан-отсекатель приустьевой гидроуправляемый содержит сборный корпус 1, запорный орган в виде тарельчатого затвора 3, узел управления 4 запорным органом 3 в виде подпружиненного штока, блок уплотнений 6, уплотняемую втулку 12 с упругим полимерным уплотнением 13.
[60]В сборныом корпусе 1 выполнен гидравлический ввод 2 для подведения управляющей жидкости под давлением, например, по трубке (не показана).
[61]Узел управления 4 запорным органом 3 в виде подпружиненного штока, снабженного пружиной сжатия 5, установлен в сборном корпусе 1 с возможностью осевого перемещения.
[62]Клапан-отсекатель имеет две ступени уплотнения в виде блока уплотнений 6 и уплотняемой втулки 12 с упругим полимерным уплотнением 13.
[63]Блок уплотнений 6 установлен в сборном копусе 1 и содержит закрепленную на нем пружину растяжения 7 и размещенный в нем тарельчатый затвор 3. Тарельчатый затвор 3 имеет возможность взаимодействия с подпружиненным штоком.
[64]На одной оси вращения 9 с тарельчатым затвором 3 установлено коромысло 8 с возможностью взаимодействия посредством пружины растяжения 7 на тарельчатый затвор 3.
[65]Коромысло 8 имеет необходимую длину, при которой воздействие коромысла 8 на тарельчатый затвор 3 должно быть размещено, по крайней мере, в центре тарельчатого затвора 3 или в непосредственной близости к нему.
[66]Тарельчатый затвор 3 с осью вращения 9 имеет соединение 10 с четырьмя степенями свободы, выполненное в виде овального отверстия 11.
[67]Овальное отверстие 11 позволяет организовать отсутствие линейного движения тарельчатого затвора 3 в закрытом положении клапан-отсекателя по оси Х и по оси У, но иметь свободу для вращения по этим осям, а по оси Z еще иметь линейное перемещение, которое позволяет прижаться к уплотняемой втулке 12 (уплотнение металл-металл) по плоскости.
[68]Блок уплотнений 6 выполнен в качестве первой ступени уплотнения (предварительной).
[69]Уплотняемая втулка 12 с упругим полимерным уплотнением 13 выполнена в качестве второй ступени уплотнения и является активным уплотнителем, начинающим работать при воздействии повышенного давления на тарельчатый затвор 3.
[70]Упругое полимерное уплотнение 13 содержит два резиновых кольцевых уплотнителя 14, установленных внутри полимерного уплотнения 13. Резиновые кольцевые уплотнители 14 разделены подвижным разделительным кольцом 15.
[71]Работа клапан-отсекателя осуществляется следующим образом.
[72]В скважине клапан-отсекатель находится в открытом положении за счет постоянной подачи жидкости в него насосной станцией, стоящей на устье.
[73]При этом подпружиненный шток выдвинут до упора в блок уплотнителей 6, а тарельчатый затвор 3 вместе с коромыслом 8 повернуты от оси скважины. Пружина растяжения 7 растянута.
[74]Добываемый флюид проходит через клапан-отсекатель, не попадая на тарельчатый затвор 3 и узел управления 4.
[75]Как только автоматика отключит подачу жидкости для управления клапан-отсекателем, пружина сжатия 5 переместит шток узла управления 4 и освободит тарельчатый затвор 3.
[76]Пружина растяжения 7 повернет коромысло 8 на оси вращения 9, а коромысло 8, так как оно находится на одной оси вращения 9 с тарельчатым затвором 3, повернет его, воздействуя на него в точке осей симметрии, без линейных перемещений в этой точке.
[77]При этом после поворота тарельчатого затвора 3, он может перемещаться линейно по оси Z за счет овальных отверстий 11 и прижаться к уплотняемой втулке 12 (уплотнение металл-металл), резиновым кольцевым уплотнителям 14 и упругому полимерному уплотнению 13. Произошло предварительное уплотнение.
[78]По мере роста давления в скважине тарельчатый затвор 3 сильнее прижимается к уплотняемой втулке 12, а резиновые кольцевые уплотнители 14 и упругое полимерное уплотнение 13 перемещаются навстречу тарельчатому затвору 3 и доуплотняют его, обеспечивая активное уплотнение при действии повышенного давления на него.
[79]Предлагаемая полезная модель обеспечивает надежность клапан-отсекателя как при эксплуатации, так и при возникновении аварийных ситуаций, за счет увеличения надежности уплотнения.
[80]Данная задача решается за счет установки на ось вращения 9 тарельчатого затвора 3 коромысла 8.
[81]Одно плечо коромысла 8 выполнено такой длины, которой достаточно, чтобы нагрузку поворота тарельчатого затвора 3 и герметизации осуществлять в центре осей его симметрии, перпендикулярной тарельчатому затвору 3 силой, без каких-либо крутящих моментов, передаваемых через сам тарельчатый затвор 3.
[82]Второе плечо коромысла 8 соединено с одной (несколькими) пружинами растяжения 7, позволяющими создать необходимое, мощное усилие предварительного прижатия уплотняющей и уплотняемой поверхностей, при этом эти поверхности выполнены плоскопараллельно друг к другу, а отверстие, в котором тарельчатый затвор 3 установлен на оси вращения 9, выполнены в виде овальных отверстий 11 относительно оси симметрии клапана-отсекателя при закрытом тарельчатом затворе 3, что позволяет ему не только повернуться на 90 градусов, но и, после этого, совершить линейное перемещение вдоль оси симметрии клапан-отсекателя, равномерно прижавшись к уплотняемой втулке 12. Первая ступень уплотнения - предварительная
[83]Дополнительно выполнена вторая ступень уплотнения, которая состоит из четырех деталей, двух резиновых кольцевых уплотнитей 14, между которыми расположено подвижное разделительное кольцо 15 и упругое полимерного уплотнения 13 с мягкой уплотняющей кромкой.
[84]Вторая ступень уплотнения увеличевает надежность предварительного уплотнения клапан-отсекателя, перед тем как давлением уплотняемого флюида тарельчатый затвор 3 прижмется к уплотняемой втулке 12.
[85]Вторая ступень является активным уплотнением, за счет давления уплотняемой среды, и по мере увеличения давления, увеличивает прижатие к тарельчатому затвору 3 и позволяет доуплотнить уплотнение (уплотнение металл-металл) тарельчатого затвор 3 и уплотняемой втулки 12.
[86]В предложенном клапан-отсекателе использованы устройства, детали и узлы, широко применяемые для скважинной арматуры, а изготовление его на ООО «Научно-производственная фирма завод «Измерен»» и проведение опытных испытаний обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
