Устройство для мгновенного сброса давления

 

Сущность изобретения: корпус снабжен патрубками для подключения к скважине и сброса давления. Основной клапан размещен в полости корпуса с возможностью перекрытия канала между патрубками. Шток жестко связан с затвором основного клапана. Свободный конец штока выведен из корпуса. На корпусе установлен фиксатор, взаимодействующий с штоком. Затвор дополнительного клапана жестко связан штоком с затвором основного клапана. Клапаны расположены по разные стороны от патрубка для подключения к скважине. Площадь сечения затвора основного клапана выполнена больше площади сечения дополнительного клапана. Между ним и корпусом образована торцевая полость, снабженная каналом с запорным элементом для сброса давления при перезарядке устройства. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано для ликвидации гидратных или парафиновых пробок в скважинах путем воздействия на них гидравлическим ударом.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемому является устройство для мгновенного сброса давления, содержащее корпус с патрубками для подключения к скважине и сброса давления, клапан, перекрывающий в исходном положении полость корпуса между патрубками, и жестко связанный с затвором клапана шток, свободный конец которого выведен из корпуса и связан с ним шпонкой, после срезания которой затвор перемещается в полости корпуса и освобождает канал между патрубками.

Основные недостатки устройства - низкая точность срабатывания, так как практически невозможно изготовить шпильки на заданное усилие, сложность перезарядки на заданное давление, так как после каждого срабатывания шпильки надо заменять и требуется большой набор их на различные усилия срезания.

Целью изобретения является обеспечение точности срабатывания и упрощение перезарядки устройства.

Это достигается тем, что устройство, содержащее корпус с патрубками для подключения к скважине и сброса давления, основной клапан, размещенный в полости корпуса с возможностью перекрытия канала между патрубками, жестко связанный с затвором клапана шток, свободный конец которого выведен из корпуса, и установленный на корпусе фиксатор, взаимодействующий со штоком, снабжено дополнительным клапаном, затвор которого жестко связан штоком с затвором основного клапана, при этом клапаны расположены по разные стороны от патрубка для подключения к скважине, а площадь сечения затвора основного клапана (воспринимающая давление из скважины) больше площади сечения затвора дополнительного клапана (воспринимающей это же давление). Торцевая полость, отделенная от полости корпуса дополнительным клапаном, снабжена каналом с запорным элементом для сброса при перезарядке устройства давления из торцевой полости в окружающее пространство или в полость корпуса.

Для обеспечения возможности мгновенного выравнивания давления на затворе дополнительного клапана устройство может быть дополнено емкостью для долива жидкости, сообщающейся с торцевой полостью через отверстие с обратным клапаном.

Для центровки затворов клапанов второй свободный конец штока, на котором закреплены затворы, может быть выведен через сальниковое уплотнение из корпуса или на внутренней поверхности корпуса могут быть выполнены продольные ребра, контактирующие с затвором дополнительного клапана при его перемещении в корпусе.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

В оптимальном варианте устройство для мгновенного сброса давления содержит корпус 1 с боковым патрубком 2 для подключения к каналу высокого давления, например к нефтяной скважине и боковым патрубком 3 для сброса давления. В полости корпуса размещен основной клапан с седлом 4 и затвором 5 и дополнительный клапан, седло 6 которого образует сужение в полости корпуса, а затвор 7 связан штоком 8 с затвором 5. Клапаны 4 и 6 размещены в корпусе с разных сторон от патрубка 2, а затворы 5 и 7 выполнены в виде поршней. Клапаны выполнены так, что поршень 7 выходит из седла раньше поршня 5.

Свободный конец штока 8 выведен через отверстие в торце корпуса и на нем выполнена кольцевая выточка 9, в которую входит штифт 10, связанный с рычагом 11. Рычаг 11, штифт 10 и шпилька 12, вставленная в отверстие в штифте 10, образуют фиксатор, удерживающий поршни (затворы) 5 и 7 в положении "закрыто".

Клапан 4 образует со стенками корпуса торцевую полость 13, которая через канал с обратным клапаном 14 в стенке корпуса сообщается с окружающим пространством или с емкостью для долива жидкости, которая может быть выполнена как продолжение корпуса в виде кольцевой емкости (показана пунктиром). Кроме того, в стенке корпуса имеется канал 15 с запорным элементом для сброса жидкости при перезарядке устройства. Канал для сброса жидкости (давления) может быть выполнен в поршне 7. Торцу поршня 7 целесообразно придать обтекаемую форму для снижения сопротивления при его движении.

Устройство может быть использовано для разрушения гидратных и парафиновых пробок в нефтяных скважинах.

Патрубок 3 подключают к выкидной линии скважины, сообщающейся с забитой гидратной пробкой колонной насосно-компрессорных труб. К этой же линии подключают силовой насос, которым повышают давление в колонне труб над пробкой. Это давление передается в полость устройства и воздействует на затворы 5 и 7. При достижении заданного давления, контролируемого по манометру, врезанному в выкидную линию скважины, вытягивают шпильку 12 и рычагом 11 выдергивают штифт 10. Благодаря тому, что сечение поршня 5 больше площади сечения поршня 7 вся система "поршни-шток" смещается, при этом поршень 7 выходит из седла 6 и давление в торцевой полости 13 возрастает до максимального. Под действием резко возросшего усилия поршень 5 мгновенно оттесняется, освобождая канал между патрубками 2 и 3. Пройдя полностью зону входа в патрубок 3, поршень 5 входит в участок корпуса, внутренний диаметр которого больше диаметра самого поршня, а это обеспечивает возможность дальнейшего перемещения поршня, даже при проникновении в эту часть корпуса жидкости, и его плавное торможение.

При освобождении канала между патрубками происходит мгновенный сброс давления в колонне насосно-компрессорных труб. Поскольку давление в колонне было повышено, то сброс его приводит к гидравлическому удару на пробку и ее разрушению.

После сброса давления устройство легко перезаряжается. Установка поршней 5 и 7 в исходное положение облегчается при их центровке. Изготовить центратор в виде второго свободного конца штока 8, выведенного из корпуса, проще, но надо учитывать, что при этом гасится часть усилия, перемещающего поршень 5. Продольные ребра в полости корпуса, контактирующие с перемещающимся поршнем 7, изготовить сложнее, но при этом усилие, действующее на поршень 5, сохраняется максимальным.

При подпитке полости 13 жидкостью из емкости для долива жидкости давление в ней при открытии клапана 6 возрастает быстрее, но отсутствие емкости существенно на работе не скажется.

Преимущества устройства обусловлены тем, что в начальный период поршень 7 служит для разгрузки поршня 5, что позволяет при высоком давлении в полости устройства расфиксировать шток приложением к фиксатору незначительного усилия. Так, при диаметрах поршней 48 и 50 мм усилие, сдвигающее поршень 5, 150 кг, а усилие на выдергивание штифта не превышает 25 кг при создании в скважине давления 10 МПа, а при открытии клапана 6 (при отрыве поршня 7 от седла 6) усилие, сдвигающее поршень 5, мгновенно возрастает до максимального (порядка 2000 кг).

Наличие управляемого фиксатора обеспечивает возможность регулировать силу гидроудара и точно выбирать момент срабатывания устройства по показанию манометра.

Устройство быстро и легко перезаряжается для повторного использования, что существенно в случае необходимости повторного воздействия на пробку в скважине.

(56) Вопросы бурения глубоких скважин, труды СЕВКАВНИИ, выпуск 2, Орджоникидзе, Северо-Осетинское книжное издательство, 1967, с. 257, рис. 2.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МГНОВЕННОГО СБРОСА ДАВЛЕНИЯ в скважине, содержащее корпус с патрубками для подключения к скважине и сброса давления, основной клапан, размещенный в полости корпуса с возможностью перекрытия канала между патрубками, жестко связанный с затвором основного клапана шток, свободный конец которого выведен из корпуса, и установленный на корпусе фиксатор, взаимодействующий со штоком, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным клапаном, затвор которого жестко связан штоком с затвором основного клапана, при этом клапаны расположены по разные стороны от патрубка для подключения к скважине, площадь сечения затвора основного клапана выполнена больше площади сечения затвора дополнительного клапана, между которым и корпусом образована торцевая полость, снабженная каналом с запорным элементом для сброса давления при перезарядке устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в стенке корпуса выполнено отверстие, в котором установлен обратный клапан, а устройство снабжено емкостью для долива жидкости, сообщающейся с торцевой полостью через указанное отверстие с обратным клапаном.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено центратором затворов клапанов, выполненным, например, в виде продольных ребер на внутренней поверхности корпуса, контактирующих с затвором дополнительного клапана при его перемещении в корпусе, или в виде второго свободного конца штока, выведенного из корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1