|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[**] Устройство используют при бурении и эксплуатации различных скважин, а также при строительстве и эксплуатации поверхностных трубопроводных систем. Устройство содержит корпус 1, запорный клапан 2, аккумулятор потенциальной энергии 3 и удерживающе-спусковой механизм 5. Аккумулятор 3 выполнен в виде жесткой пружины, механизм 5 неподвижно закреплен в корпусе 1 и снабжен фиксирующими элементами 6. Клапан 2 содержит седло 7 и тарелку 14 в виде барабана. На наружной поверхности 17 тарелки 14 имеется коническая канавка 18 для взаимодействия с элементами 6. Между корпусом 1 и поверхностью 17 образована полость 25 для механизма 5, заполненная смазкой. Внутри тарелки 14 размещен проходной канал потока 19 с поверхностью конической формы 22, выполненной с расширением от входа 20 к выходу 21 и поверхностью цилиндрической формы 23 на выходе 21. Тарелка 14 содержит сменный штуцер 24, установленный в канале 19 на входе 20. Седло 7 содержит циркуляционные каналы 9 на кольцевой ее части 8 и выполнено с приливом 10, образованным цилиндрической поверхностью 11 и сферической поверхностью 12 со сферическим торцом 13. Техническое решение обеспечивает максимально нормативную интенсивность пропуска потока, осуществляет контроль над закрытием и открытием запорного элемента, повышает надежность запорного устройства для проведения безопасных эксплуатационных работ и расширяет функциональное применение. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Устройство используют при бурении и эксплуатации различных скважин, а также при строительстве и эксплуатации поверхностных трубопроводных систем. Устройство содержит корпус 1, запорный клапан 2, аккумулятор потенциальной энергии 3 и удерживающе-спусковой механизм 5. Аккумулятор 3 выполнен в виде жесткой пружины, механизм 5 неподвижно закреплен в корпусе 1 и снабжен фиксирующими элементами 6. Клапан 2 содержит седло 7 и тарелку 14 в виде барабана. На наружной поверхности 17 тарелки 14 имеется коническая канавка 18 для взаимодействия с элементами 6. Между корпусом 1 и поверхностью 17 образована полость 25 для механизма 5, заполненная смазкой. Внутри тарелки 14 размещен проходной канал потока 19 с поверхностью конической формы 22, выполненной с расширением от входа 20 к выходу 21 и поверхностью цилиндрической формы 23 на выходе 21. Тарелка 14 содержит сменный штуцер 24, установленный в канале 19 на входе 20. Седло 7 содержит циркуляционные каналы 9 на кольцевой ее части 8 и выполнено с приливом 10, образованным цилиндрической поверхностью 11 и сферической поверхностью 12 со сферическим торцом 13. Техническое решение обеспечивает максимально нормативную интенсивность пропуска потока, осуществляет контроль над закрытием и открытием запорного элемента, повышает надежность запорного устройства для проведения безопасных эксплуатационных работ и расширяет функциональное применение.
Евразийское (21) 201300472 (13) Al
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. E21B 34/08 (2006.01)
2013.09.30
(22) Дата подачи заявки 2011.10.14
(54) УСТРОЙСТВО ЗАПОРНОЕ АВТОНОМНОЕ
(31) 2010142575
(32) 2010.10.18
(33) RU
(86) PCT/RU2011/000802
(87) WO 2012/053935 2012.04.26
(71) Заявитель: АЛЕКСАНДРОВ ПАВЕЛ ДМИТРИЕВИЧ (RU)
(72) Изобретатель:
Александров Дмитрий Иванович (RU)
(74) Представитель:
Васильева Г.С. (RU)
(57) Устройство используют при бурении и эксплуатации различных скважин, а также при строительстве и эксплуатации поверхностных трубопроводных систем. Устройство содержит корпус 1, запорный клапан 2, аккумулятор потенциальной энергии 3 и удерживающе-спусковой механизм 5. Аккумулятор 3 выполнен в виде жесткой пружины, механизм 5 неподвижно закреплен в корпусе 1 и снабжен фиксирующими элементами 6. Клапан 2 содержит седло 7 и тарелку 14 в виде барабана. На наружной поверхности 17 тарелки 14 имеется коническая канавка 18 для взаимодействия с элементами 6. Между корпусом 1 и поверхностью 17 образована полость 25 для механизма 5, заполненная смазкой. Внутри тарелки 14 размещен проходной канал потока 19 с поверхностью конической формы 22, выполненной с расширением от входа 20 к выходу 21 и поверхностью цилиндрической формы 23 на выходе 21. Тарелка 14 содержит сменный штуцер 24, установленный в канале 19 на входе 20. Седло 7 содержит циркуляционные каналы 9 на кольцевой ее части 8 и выполнено с приливом 10, образованным цилиндрической поверхностью 11 и сферической поверхностью 12 со сферическим торцом 13. Техническое решение обеспечивает максимально нормативную интенсивность пропуска потока, осуществляет контроль над закрытием и открытием запорного элемента, повышает надежность запорного устройства для проведения безопасных эксплуатационных работ и расширяет функциональное применение.
УСТРОЙСТВО ЗАПОРНОЕ АВТОНОМНОЕ
Область техники.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при бурении и эксплуатации различных скважин, а также при строительстве и эксплуатации поверхностных трубопроводных систем.
Предшествующий уровень техники.
Известны клапан-отсекатели, предназначенные для герметичного перекрытия ствола скважины при эксплуатации нефтяных и газовых скважин, RU № 2312203 С2, Е21В34/06, 10.12.2007; RU № 25527 Ul, Е21В34/06, 10.10.2002.
Известен клапан-отсекатель, имеющий корпус, в котором размещены подпружиненный шаровой затвор с седлом, толкатель, взаимодействующий с шариком, RU № 2191253 С1, Е21В34/06, 24.01.2001; RU№ 2172815 С1, Е21В34/06, 27.08.2001; RU№ 32183 Ul, Е21В34/06, 10.09.2003.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, запорный элемент со сферической поверхностью, пружину для подпружива-ния запорного элемента, RU № 2094593 CI, Е21В34/06, F16K17/20, 27.10.1997.
Известен клапан-отсекатель с запорным элементом в виде поршня с механизмом переключения и фиксации, RU № 2145024 CI, Е21В34/08, F16K17/34, 27.01.2000; RU № 22174 U1, E21B34/06,F16K17/34, 10.03.2002.
Известен клапан-отсекатель, содержащий затвор в виде тарельчатого клапана и привод затвора, RU № 2234595 С1, Е21В34/10, 20.08.2004; RU № 2160357 С2, Е21В34/06, 10.12.2000; RU№ 2102582 CI, Е21В34/06, 20.01.1998.
5 Известен стационарный проходной клапан-отсекатель,
включающий корпус и установленные в нем дифференциальный плунжер с фиксатором и уплотнительными элементами, седло, распорную втулку и подпружиненную хлопушку на оси, выполненную с возможностью прижатия к седлу в положении "закры-
ю то", RU № 2250354 С2, Е21В34/06, 10.01.2005; RU № 2293839 CI, Е21В34/06, 20.02.2007.
Известно клапанное устройство, содержащее корпус, затворный элемент, выполненный в виде плунжерной пары, или в виде шарика или штока, или сферы и полусферы и связанный с 15 исполнительным механизмом в виде камеры сильфона или пружины, мотор, установленный с возможностью взаимодействия с исполнительным механизмом, RU № 2363835 CI, Е21В34/06, 10.08.2009.
Управляет открытием или закрытием известных клапан-20 отсекателей специнструмент в составе бурильной или эксплуатационной колонны в зависимости от проводимых работ.
Известен клапан-отсекатель, содержащий корпус, запорный элемент с седлом и тарелкой, фиксатор, RU № 2311526 С2, Е21В34/06, 27.11.2007.
Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.
В ближайшем аналоге корпус выполнен эксцентричным, тарелка подпружинена и оснащена дополнительной стартовой 5 пружиной, кольцевой фиксатор подружинен, дифференциальный плунжер взаимодействует с седлом, тарелкой и кольцевым фиксатором.
Ближайший аналог имеет сложную конструкцию, что сни-
жает его надежность,
ю После закрытия запорного элемента открытие его для во-
зобнавления эксплуатационных работ затруднено.
Конструкция ближайшего аналога не обеспечивает пропуска потока с максимально - нормативной интенсивностью, определяемого и необходимого для скважины данного (конкретного) 15 диаметра.
Клапан-отсекатель ближайшего аналога не имеет возможности широкого использования, выполнен для пропуска потока с определенной интенсивностью, что ограничивает возможности его применения.
Раскрытие изобретения.
Изобретение решает задачу, позволяющую обеспечить максимально - нормативную интенсивность пропуска потока, осу-25 ществлять контроль над закрытием и открытием запорного элемента, повысить надежность запорного устройства для проведе-
ния безопасных эксплуатационных работ и расширить функциональное применение.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что устройство запорное автономное содержит корпус, запорный кла-5 пан с седлом и тарелкой, фиксатор.
Устройство содержит аккумулятор потенциальной энергии, установленный на упорном кольце в корпусе.
Устройство содержит удерживающе - спусковой механизм, неподвижно закрепленный в корпусе и снабженный фикси-10 рующими элементами.
Тарелка выполнена в виде барабана. Реборды тарелки в виде барабана снабжены уплотнениями.
На наружной поверхности тарелки в виде барабана имеется коническая канавка. Коническая канавка имеет возможность 15 взаимодействия с фиксирующими элементами.
Внутри тарелки в виде барабана размещен проходной канал потока, имеющий поверхность конической формы с расширением от входа к выходу и поверхность цилиндрической формы на выходе.
20 Тарелка содержит сменный штуцер, установленный в про-
ходном канале потока на входе, и сопряжена с аккумулятором потенциальной энергии.
Седло содержит циркуляционные каналы на кольцевой ее части и выполнено с приливом.
25 Прилив образован цилиндрической поверхностью с воз-
можностью сопряжения с поверхностью цилиндрической формы
проходного канала потока и сферической поверхностью, выпол-
ненной со сферическим торцом, имеющей возможность сопря-
жения с поверхностью конической формы проходного канала
потока на выходе.
5 При этом между корпусом и наружной поверхностью та-
релки в виде барабана образована герметизированная полость.
Изобретение характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:
- аккумулятор потенциальной энергии выполнен в виде 10 жесткой пружины;
- герметизированная полость заполнена смазкой.
Заявителем не установлены какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о технических решениях идентичных заявленному устройству.
15 Это, по мнению заявителя, определяет соответствие изо-
бретения критерию "новизна"(Ы).
Непосредственный технический результат заключается в выполнении запорного устройства с возможностями пропускать поток в обоих направлениях, самостоятельно распозна-
20 вать увеличение потока выше нормированного, самостоятельно перекрывать проходной канал потока и открывать его при возвращении запорного элемента в исходное положение.
Данный технический результат не является следствием известных свойств, что позволяет, по мнению заявителя, признать
25 заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень" (IS).
Реализацию заявленного технического решения подтверждают проектно-конструкторские проработки и испытания опытных партий, в устройстве запорном автономном использованы детали и узлы, широко применяемые в нефтегазодобывающей промышленности, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость" (IA).
Краткое описание чертежей.
В дальнейшем заявленное техническое решение поясняется описанием примера его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж (Фиг. 1), где изображено устройство запорное автономное, общий вид.
Лучший вариант осуществления изобретения.
Устройство содержит: Корпус - 1.
Клапан запорный (в корпусе 1) - 2.
Аккумулятор потенциальной энергии (в корпусе 1) -3,
упорное кольцо (для аккумулятора 3) - 4.
Удерживающе - спусковой механизм (в корпусе 1) - 5,
фиксирующие элементы (механизма 5) - 6.
Клапан запорный 2 включает:
Седло (клапана 2) - 7,
кольцевую часть (седла 7) - 8,
циркуляционные каналы (части 8) - 9, прилив (седла 7) - 10,
цилиндрическую поверхность (прилива 10) - 11,
сферическую поверхность (прилива 10) - 12,
сферический торец (прилива 9) - 13.
Тарелку в виде барабана (клапана 2) - 14,
реборды (барабана 14) - 15,
уплотнения (реборд 15) - 16,
наружную поверхность (барабана 14) - 17,
коническую канавку (на поверхности 17) - 18,
проходной канал потока (внутри барабана 14) - 19,
вход (канала 19) - 20,
выход (канала 19) - 21,
поверхность конической формы (канала 19) -22,
поверхность цилиндрической формы (канала 19) -23, сменный штуцер (на входе 20) - 24.
Герметизированную полость (между корпусом 1 и поверхностью 17) - 25.
Устройство запорное автономное содержит корпус 1, запорный клапан 2, аккумулятор потенциальной энергии 3, и удерживающе - спусковой механизм 5.
Аккумулятор потенциальной энергии 3 установлен на упорном кольце 4 в корпусе 1.
Аккумулятор потенциальной энергии 3 выполнен в виде жесткой пружины.
Удерживающе - спусковой механизм 5 неподвижно закреплен в корпусе 1 и снабжен фиксирующими элементами 6.
Запорный клапан 2 содержит седло 7 и тарелку 14.
Тарелка 14 выполнена в виде барабана с ребордами 15. Ре-5 борды 15 снабжены уплотнениями 16.
На наружной поверхности 17 тарелки 14 в виде барабана имеется коническая канавка 18. Канавка 18 имеет возможность взаимодействия с фиксирующими элементами 6.
Между корпусом 1 и наружной поверхностью 17 тарелки ю 14 в виде барабана образована герметизированная полость 25 для удерживающе - спускового механизма 5. Герметизированная полость 25 заполнена смазкой.
Внутри тарелки 14 в виде барабана размещен проходной канал потока 19. Проходной канал потока 19 имеет поверхность 15 конической формы 22 с расширением от входа 20 к выходу 21. На выходе 21 проходной канал потока 19 имеет поверхность цилиндрической формы 23.
Тарелка 14 в виде барабана содержит сменный штуцер 24, установленный в проходном канале потока 19 на входе 20. Та-20 релка 14 в виде барабана сопряжена с аккумулятором потенциальной энергии 3.
Седло 7 содержит циркуляционные каналы 9 на кольцевой ее части 8 и выполнено с приливом 10.
Прилив 10 образован цилиндрической поверхностью 11 и 25 сферической поверхностью 12, выполненной со сферическим торцом 13.
Цилиндрическоая поверхность 11 имеет возможность сопряжения с поверхностью цилиндрической формы 23 проходного канала потока 19.
Сферическая поверхность 12 имеет возможность сопряже-5 ния с поверхностью конической формы 22 проходного канала потока 19 на выходе 21.
Устройство работает следующим образом.
Устройство запорное устанавливают в скважину в составе
бурильной колонны.
10 Устройство запорное позволяет осуществлять прямую и
обратную циркуляцию потока при открытом клапане запорном 2.
В рабочем состоянии на клапан запорный 2 действует
система сил:
15 Удерживающая сила - Ру,
Потенциальная энергия аккумулятора 3 (снизу - вверх) -
Рп.
Величины сил Ру, Рп определяют при конструировании и изготовлении устройства и они должны удовлетворять неравен-20 ству:
Ру > Рп,
где Ру - сила удерживающая; Рп - сила потенциальная. При движении жидкости через сменный штуцер 24 воз-25 никают потери напора и, соответственно, сила, воздействую
щая на клапан запорный 2, направленная в ту или иную сторону, в зависимости от направления потока.
При осуществлении обратной циркуляции возникает сила от потери напора, воздействующая на клапан запорный 2 снизу - вверх (Рв).
При нормативной интенсивности циркуляции или притока пластового флюида на клапан запорный 2 воздействует нормативная сила (Рн).
При осуществлении прямой циркуляции (нагнетание по трубам сверху - вниз) с любой интенсивностью, какого - либо нарушения циркуляции потока в устройстве не произойдет.
Если интенсивность обратного потока превышает нормативную, тогда удерживающе - спусковой механизм 5 срабатывает, при этом справедливо неравенство:
Рв > Рн,
/ где Рв - сила от потери напора; Рн - сила нормативная. Соотношение сил в устройстве должно отвечать условию:
Ру - Рп > кРн,
где: к - коэффициент запаса (допустимого увеличения притока относительно нормативного).
Соблюдение этого соотношения позволит осуществлять прямую и обратную циркуляцию в устройстве, спущенном в скважину, и получать приток пластовых флюидов с нормативной интенсивностью.
При значительном превышении количества жидкости протекающей сквозь штуцер 24 (более допустимого с учетом "к") резко возрастают потери напора, а значит и сила Рв, воздействующая на клапан запорный 2 снизу - вверх, увеличивается.
В удерживающе - спусковом механизме 5, неподвижно закрепленном в корпусе 1, фиксирующие элементы 6 выйдут из конической канавки 18 и освободят тарелку 14.
Тарелка 14 под воздействием освободившейся потенциальной энергии (преобразующейся в кинетическую энергию) аккумулятора 3, мгновенно переместится ("выстрелит") в крайнее верхнее положение, при этом прилив 10 седла 7 своей цилиндрической поверхностью 11 герметично перекроет проходной канал потока 19 (относительно поверхности цилиндрической формы 23), а оставшаяся жидкость будет удалена через циркуляционные каналы 9.
Устройство запорное самостоятельно "распознает" нештатную ситуацию и, не ожидая команды извне, мгновенно перекрывает проходной канал потока 19.
Открытие устройства запорного осуществляют следующим образом.
В трубное пространство нагнетают жидкость с интенсивностью несколько большей той, при которой происходит закрытие устройства запорного. При этом под воздействием усилия в сменном штуцере 24, возникающего вследствие потерь напора и направленного сверху - вниз, клапан запорный
2 переместится в крайнее нижнее положение, аккумулятор потенциальной энергии 3 зарядится (пружина сожмется), тарелка 14 зафиксируется фиксирующими элементами 6 удерживающе - спускового механизма 5 и клапан запорный 2 останется приведенным в рабочее состояние после плавного снижения интенсивности потока.
Устройство может быть закрыто и по команде с дневной поверхности, например, перед наращиванием бурильной колонны при бурении с регулированием дифференциального давления в системе скважина - пласт. Для этого достаточно увеличить величину депрессии, приток пластового флюида при этом возрастет и соотношение сил в устройстве запорном (Ру - Рп> кРн) нарушится и произойдет перекрытие проходного канала потока 19.
Устройство запорное может быть устанавлено в подъемном лифте скважины или в бурильной колонне в любом месте, при этом количество устройств не ограничено.
Устройство запорное может быть использовано в различных поверхностных трубопроводах, в том числе во встречном направлении движения потока.
В этом случае, при необходимости, оно дополнительно снабжается приводом для открывания клапана.
Устройство запорное реагирует на "плавное" увеличение интенсивности потока сквозь штуцер, например, при возникновении трещины или при иных утечках в проходном канале трубопровода. В любом случае, при превышении ин
тенсивности потока сверх нормативного (Рвн), произойдет увеличение потерь напора и клапан запорный освободится и перекроет проходной канал.
Возможность использования устройства запорного при установке в скважину в составе бурильной колонны или в подъемный лифт, или в любом ином месте, а также использование его в различных поверхностных трубопроводах позволяет расширить его функциональное применение.
Использование сменного штуцера позволяет применять устройства запорные для различных нормативных потоков.
В скважине или на любом используемом объекте может быть устанавлено несколько устройств запорных, что способствует повышению безопасности при осуществлении технологических операций.
Конструкция устройства запорного автономного обеспечивает возможность максимально - нормативной интенсивности пропуска потока относительно диаметра скважины, определяемого в каждом конкретном случае.
Выполнение устройства запорного с аккумулятором потенциальной энергии и удерживающе - спусковым механизмом обеспечивает управление направлением внутритрубным потоком и повышает надежность.
Снабжение удерживающе - спускового механизма фиксирующими элементами обеспечивает закрытие и открытие клапана запорного, а закрепление удерживающе - спускового ме
ханизма неподвижно в корпусе повышают надежность устройства запорного при эксплуатации.
Выполнение тарелки в виде барабана с ребордами создает герметичное пространство, образующее герметизированную полость, в которой размещен удерживающее - спусковой механизм, что повышает надежность устройства запорного.
Снабжение тарелки уплотнениями повышает надежность герметизации клапана запорного.
Выполнение тарелки с конической канавкой на его наружной поверхности обеспечивает взаимное действие удерживающе - спускового механизма и запорного клапана и при нештатной ситуации способствуют перекрытию проходного канала потока.
Размещение внутри тарелки проходного канала потока с поверхностью конической формы с расширением от входа к выходу обеспечивает возможность пропуска потока максимальной интенсивности, как в условиях нормального рабочего режима, так и при внештатной ситуации, и выполнение проходного канала потока с поверхность цилиндрической формы на выходе способствует надежности его перекрытия при внештатной ситуации.
Установка сменного штуцера в тарелке на входе в проходной канал потока обеспечивает контролирование срабатывания запорного клапана и управление движением потока.
Выполнение седла с приливом обеспечивает максимальный эффект уплотнения клапана запороного при перемещении
аккумулятора в крайнее верхнее положение до упора в тарелку.
Наличие прилива с цилиндрической и со сферической поверхностями и кольцевой части у седла обеспечивает (при совмещении тарелки и седла) уплотнение по трем сечениям: кольцевой части седла и тарелки, цилиндрической поверхности прилива и поверхности цилиндрической формы проходного канала потока, сферической поверхности прилива и поверхности конической формы проходного канала потока на выходе (частично), что повышает надежность и обеспечивает герметизацию в случаях, например, эрозионного разрушения той или иной поверхности.
Сферический торец обеспечивает перераспределение потока и повышает надежность устройства запорного.
Заполнение герметизированной полости смазкой предохраняет от попадания в нее всевозможных загрязнителей и защищает удерживающе - спусковой механизм от внешних воздействий, что повышает надежность работы удерживающее -спускового механизма и всего устройства запорного в целом.
Промышленная применимость.
В предложенном устройстве запорном использованы детали и узлы, широко применяемые в нефтегазодобывающем оборудовании, и проведенные испытания опытного образца обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию "промышленная применимость" (IA).
Формула изобретения.
1.Устройство запорное автономное, содержащее корпус, запорный клапан с седлом и тарелкой, фиксатор, отличающееся тем, что устройство содержит аккумулятор потенциальной энергии, установленный на упорном кольце в корпусе и удерживающе - спусковой механизм, неподвижно закрепленный в корпусе и снабженный фиксирующими элементами, тарелка выполнена в виде барабана, реборды которого снабжены уплотнениями, на наружной поверхности которого имеется коническая канавка, имеющая возможность взаимодействия с фиксирующими элементами, и внутри которого размещен проходной канал потока, имеющий поверхность конической формы с расширением от входа к выходу и поверхность цилиндрической формы на выходе, содержит сменный штуцер, установленный в проходном канале потока на входе, и сопряжена с аккумулятором потенциальной энергии, седло содержит циркуляционные каналы на кольцевой ее части и выполнено с приливом, образованным цилиндрической поверхностью с возможностью сопряжения с поверхностью цилиндрической формы проходного канала потока и
сферической поверхностью, выполненной со сферическим торцом, имеющей возможность сопряжения с поверхностью конической формы проходного канала потока на выходе, при этом между корпусом и наружной поверхностью тарелки в виде бараба-
5 на образована герметизированная полость для удерживающе -спускового механизма.
2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что аккумулятор потенциальной энергии выполнен в виде жесткой пружины.
3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирован-
ю ная полость заполнена смазкой.
1/1
|
