Результат интеллектуальной деятельности: Клапан-отсекатель и инструмент для механического управления клапаном-отсекателем

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметичного перекрытия проходного сечения лифтовой колонны при возникновении аварийных ситуаций или проведения технологических операций, требующих отсечения пласта от устья скважины при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин.

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 (патент РФ №93874, 10.05.2010).

Известен гидроуправляемый клапан-отсекатель для газовой скважины, содержащий корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде поршня,установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения (патент РФ №94279, 20.05.2010). Для механического открытия клапана-отсекателя, в случае отсутствия давления жидкости от управляющей станции, внутри клапана-отсекателя устанавливается труба, которая удерживает запорный орган в открытом положении. Труба должна постоянно находиться в скважине для предотвращения закрытия клапана-отсекателя, что уменьшает проходной канал клапана-отсекателя.

Технический результат заключается в обеспечении возможности механического управления гидравлическим клапаном-отсекателем при помощи специального инструмента с фиксацией его в открытом положении без уменьшения проходного канала клапана.

Указанный технический результат достигается в клапане-отсекателе, содержащем корпус с седлом, запорный орган, узел управления запорным органом в виде подпружиненного поршня, установленного в корпусе с возможностью осевого перемещения, пружину, при этом, согласно изобретению, клапан-отсекатель снабжен цангой, установленной в корпусе с возможностью взаимодействия ее буртика с выступом на наружной поверхности поршня, а на внутренней поверхности поршня имеется посадочное место для установки инструмента для механического управления клапаном-отсекателем, после установки которого в посадочное место под действием сжимающего усилия поршень перемещается вниз и при нагрузке, превышающей усилие сжатой пружины, фиксируется цангой в крайнем нижнем положении.

Инструмент для механического управления клапаном-отсекателем содержит шток, в нижней части которого имеется втулка, установленная с возможностью осевого перемещения относительно штока, на шток надета нижняя цанга, снизу соединенная с втулкой, наружный выступ нижней цанги выполнен с возможностью установки его в посадочном месте поршня клапана-отсекателя, кроме того на штоке установлена верхняя цанга с наружным буртиком, в исходном положении входящая в зацепление с нижней цангой и имеющая возможность осевого перемещения совместно со штоком относительно нижней цанги после установки наружного выступа нижней цанги в посадочном месте поршня клапана-отсекателя, причем на наружной поверхности штока имеется выступающая часть, которая прижимает и фиксирует нижнюю цангу в посадочном месте поршня клапана-отсекателя после перемещения штока с верхней цангой вниз относительно нижней цанги.

Кроме того, в отверстиях втулки размещены подпружиненные срезные элементы с возможностью установки их в кольцевой канавке штока при осевом перемещении штока вниз относительно втулки.

На фиг. 1 приведена схема клапана-отсекателя в закрытом положении, на фиг. 2 – в открытом положении, на фиг. 3 – приведена схема инструмента для механического управления клапаном-отсекателем, на фиг. 4 – схема клапана-отсекателя в открытом при помощи инструмента положении, на фиг. 5 – схема клапана-отсекателя с установленным инструментом для механического закрытия клапана-отсекателя.

Управляемый клапан-отсекатель состоит из корпуса 1, седла 2, запорного органа 3, узла управления запорным органом 3 в виде подпружиненного при помощи пружины 4 поршня 5, установленного в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения. Клапан-отсекатель снабжен цангой 6, установленной в корпусе 1 с возможностью взаимодействия ее буртика 7 с выступом 8 на наружной поверхности поршня 5. На внутренней поверхности поршня 5 выполнено посадочное место 9, например, в виде проточки или нескольких проточек, для установки инструмента для механического управления клапаном-отсекателем 10 (фиг. 3).

Инструмент для механического управления клапаном-отсекателем 10 состоит из штока 11, втулки 12, установленной в нижней части штока 11 с возможностью осевого перемещения относительно штока 11. На шток 11 надета нижняя цанга 13 с наружным выступом 14, снизу соединенная с втулкой 12. Над нижней цангой 13 на шток 11 надета верхняя цанга 15 с наружным буртиком 16, в исходном положении входящая в зацепление с нижней цангой 13.

Клапан-отсекатель работает следующим образом.

Клапан-отсекатель спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) на требуемую глубину. В исходном положении клапан-отсекатель закрыт (фиг. 1). При создании давления от гидравлической станции поршень 5 перемещается вниз, сжимая пружину 4, в результате чего запорный орган 3 открывается (фиг. 2). При отсутствии давления жидкости в линии управления пружина 4 возвращает поршень 5 в исходное положение, и запорный орган 3 закрывается, перекрывая проходное сечение клапана-отсекателя.

Для повышения срока службы клапана-отсекателя предусмотрена возможность механического управления им с помощью специального инструмента 10. При прохождении инструмента через клапан-отсекатель наружный выступ 14 нижней цанги 13 устанавливается в посадочном месте 9 поршня 5. Под действием сжимающей нагрузки верхняя цанга 15 сжимается, выходит из зацепления с нижней цангой 13 и перемещается вместе со штоком 11 вниз относительно нижней цанги 13 до упора штока 11 во втулку 12. При этом нижняя цанга 13 прижимается и фиксируется в посадочном месте 9 поршня 5 выступающей частью на наружной поверхности штока 11 (на фиг. не показана). Под действием сжимающей нагрузки инструмент 10 смещает поршень 5 вниз в крайнее нижнее положение, при этом поршень 5 фиксируется буртиком 7 цанги 6 с нагрузкой, превышающей усилие сжатой пружины 4. Буртик 7 цанги 6 взаимодействует с выступом 8 на наружной поверхности поршня 5 и перескакивает его снизу-вверх, фиксируя поршень 5 в крайнем нижнем положении (фиг. 4). После этого инструмент 10 извлекают из скважины: при натяжении шток 11 перемещается вверх относительно втулки 12, выдергивая верхнюю цангу 15 из-под нижней цанги 13, выступающая часть штока 11 (на фиг. не показана) также выходит при этом из-под нижней цанги 13, освобождая последнюю. Далее нижняя цанга 13 сжимается и перемещается вверх, выходя из посадочного места 9 поршня 5. Инструмент 10 извлекается, а поршень 5 остается в зафиксированном цангой 6 крайнем нижнем положении, предотвращая закрытие запорного органа 3.

Для принудительного закрытия клапана-отсекателя необходимо установить подпружиненные срезные элементы 17 (фиг. 5) в отверстиях втулки 12 инструмента 10, настроенные на усилие среза, превышающее усилие фиксации цанги 6. Срезные элементы 17 размещаются с возможностью установки их в кольцевой канавке 18 штока 11 при перемещении штока 11 относительно втулки 12 вниз до упора штока 11 во втулку 12. Инструмент 10 устанавливают в клапане-отсекателе выше описанным образом, только при перемещении штока 11 относительно нижней цанги 13 до упора штока 11 во втулку 12 происходит установка подпружиненных срезных элементов 17 в кольцевой канавке 18 штока 11, что связывает шток 11 и втулку 12 между собой. Для закрытия клапана-отсекателя инструмент 10 поднимают вверх, при этом нижняя цанга 13 остается зафиксированной в посадочном месте 9 поршня 5 благодаря срезным элементам 17, предотвращающим перемещение штока 11 и верхней цанги 15 вверх относительно нижней цанги 13 и втулки 12. После срабатывания цанги 6 и смещения инструментом 10 поршня 5 вверх растягивающей нагрузкой, элементы 17 срезаются, инструмент 10 отцепляется от поршня 5 и извлекается из скважины. Клапан-отсекатель остается в закрытом положении.