Система гидростатического уравновешивания штока привода клапана

Изобретение относится к технике нефтепромыслового оборудования и может быть использовано в клапанных устройствах, привод запорного элемента которых содержит шток, для гидростатического уравновешивания последнего.

Известен скважинный управляемый электромеханический клапан, содержащий корпус, присоединительный «мокрый контакт», привод, включающий микроэлектродвигатель, питающийся от «нулевой точки» электродвигателя центробежного насоса, и редуктор с выходным валом, жестко соединенный с гайкой винтопары, внутри которой перемещается винт, соосно сочлененный с полым штоком. Полый шток установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения и имеет проходное отверстие для гидравлической связи с круговой полостью и датчиком давления. На свободном торце полый шток герметично сочленен со вспомогательным полым клапаном и седлом с выходным каналом в полость скважины, помещенными во внутреннюю полость управляемого полого клапана с седлом, регулирующим поток жидкости из пласта (патент РФ №2620700, опубликован 29.05.2017 г.).

В известной конструкции скважинного клапана не предусмотрен механизм, обеспечивающий гидростатическую уравновешенность штока, что снижает надежность работы клапана при использовании приводов малой мощности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание системы гидростатического уравновешивания штока привода клапана для обеспечения надежной работы клапана при использовании приводов малой мощности.

Технический результат достигается системой гидростатического уравновешивания штока привода клапана, содержащей корпус, шток, установленный в кольцевом выступе корпуса с возможностью осевого перемещения, запорный узел, состоящий из седла и затвора, установленного в нижней части штока, проходной канал, выполненный в штоке и затворе, сообщающийся с круговой полостью между штоком и корпусом выше кольцевого выступа посредством радиального отверстия в штоке, при этом шток оснащен наружным кольцевым буртиком, контактирующим с корпусом выше кольцевого выступа, между кольцевым выступом корпуса и наружным кольцевым буртиком штока образована герметичная воздушная камера, причем внутренний диаметр седла, диаметр штока и внутренний диаметр корпуса в воздушной камере связаны определенным соотношением.

На чертеже изображена часть скважинного клапана с предлагаемой системой гидростатического уравновешивания штока привода клапана.

На чертеже показан корпус 1 клапана с выходным отверстием 2, в кольцевом выступе 3 корпуса 1 установлен шток 4 привода клапана с возможностью осевого перемещения. Запорный узел клапана состоит из седла 5 и затвора 6, установленного в нижней части штока 4. Шток 4 и затвор 6 имеют проходной канал 7, сообщающийся с круговой полостью 8 между штоком 4 и корпусом 1 выше кольцевого выступа 3 посредством радиального отверстия 9 в штоке 4. Шток 4 оснащен наружным кольцевым буртиком 10, контактирующим с корпусом 1 выше кольцевого выступа 3. Между кольцевым выступом 3 корпуса 1 и наружным кольцевым буртиком 10 штока 4 образована воздушная камера 11, герметизированная с помощью уплотнительных колец 12. На чертеже также показан датчик 13 для измерения пластового давления.

Условие равновесия штока 4 привода клапана в гидростатической среде выглядит следующим образом:

где − давление жидкости на затвор 6 клапана снизу;

− внутренний диаметр седла 5;

− давление жидкости на затвор 6 клапана сверху;

− диаметр штока 4 в воздушной камере 11;

− внутренний диаметр корпуса 1 в воздушной камере 11.

В зависимости от величины того или иного параметра, рассчитываются остальные.

Применение в клапанах предлагаемой системы уравновешивания штока позволяет обеспечить надежное закрытие-открытие клапана, так как требуемое усилие привода штока не зависит от перепада давлений на клапане. Данная система уравновешивания штока может быть использована, например, в конструкциях скважинных управляемых клапанов для надежного отсечения пласта.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить гидростатическую уравновешенность штока, что при использовании приводов малой мощности повышает надежность работы клапана. Система гидростатического уравновешивания штока может быть применена в различных клапанных устройствах, привод запорного элемента которых содержит шток.