Летающий клапан
Летающий клапан для подъема жидкости из скважин с использованием энергии газа. Летающий клапан содержит трубчатый корпус с закрепленным в его нижней части стабилизатором движения трубчатого корпуса и входящий в трубчатый корпус отделяемый элемент в виде тела вращения, а также расположенный в верхней части трубчатого корпуса ограничитель входа отделяемого элемента в трубчатый корпус. Верхняя часть трубчатого корпуса выполнена ступенчатой с горизонтальной полкой, ориентированной вовнутрь трубчатого корпуса, а на полке закреплено плоское уплотнение кольцевой формы, при этом плоское уплотнение размещено ниже линии контакта отделяемого элемента с ограничителем его входа в трубчатый корпус. Корпус может быть выполнен из трех отдельных частей, соединенных сваркой или другим известным образом. Нижняя часть трубчатого корпуса может быть выполнена толщиной, превышающей толщину средней части трубчатого корпуса. Использование заявленного летающего клапана увеличивает объем жидкости, подаваемой им на устье скважины.
Полезная модель относится к области нефтегазодобычи и может быть использована для подъема жидкости из скважин с использованием энергии газа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является летающий клапан, содержащий трубчатый корпус, стабилизатор движения корпуса (кольца-накладки), входящий в трубчатый корпус отделяемый элемент в виде тела вращения, ограничитель его входа в корпус, расположенный в его верхней части (патент РФ №221450, приоритет от 30.04.2002).
Основным недостатком известного клапана является его недостаточная производительность, т.к. большая часть жидкости стекает обратно на забой скважина по стенкам труб.
Техническая задача, которая решается с помощью предлагаемой полезной модели, заключается в повышении производительности летающего клапана за счет увеличения объема жидкости, подаваемого летающим клапаном на устье скважины.
Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что летающий клапан, содержащий трубчатый корпус, стабилизатор движения корпуса, закрепленные в нижней части трубчатого корпуса, входящий в трубчатый корпус отделяемый элемент в виде тела вращения, ограничитель его входа в трубчатый корпус, расположенный в его верхней части, согласно полезной модели верхняя часть трубчатого корпуса выполнена ступенчатой с горизонтальной полкой, ориентированной вовнутрь трубчатого корпуса, а на полке закреплено плоское уплотнение кольцевой формы, при этом плоское уплотнение размещено ниже линии контакта отделяемого элемента с ограничителем его входа в трубчатый корпус. Корпус может быть выполнен из трех отдельных частей, соединенных сваркой или другим известным образом. Нижняя часть трубчатого корпуса может быть выполнена толщиной, превышающей толщину средней части трубчатого корпуса.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 показан летающий клапан вид сбоку с диаметральным сечением в 1:4 при контакте отделяемого элемента с ограничителем его входа в трубчатый корпус.
Летающий клапан состоит из верхней 1, средней 2 и нижней 3 частей, соединенных сваркой или другим известным образом.
Верхняя часть 1 трубчатого корпуса выполнена ступенчатой с горизонтальной полкой, ориентированной вовнутрь трубчатого корпуса. На полке закреплено плоское уплотнение кольцевой формы 4. Внутри верхней 1 части трубчатого корпуса выполнен скос, служащий ограничителем входа отделяемого элемента 5 в трубчатый корпус. Отделяемый элемент может иметь сферическую, каплевидную или эллипсоидальную форму. Верхняя часть 1 трубчатого корпуса служит для передачи энергии газа летающему клапану. Плоское уплотнение кольцевой формы 4 уменьшает кольцевой зазор между трубчатым корпусом летающего клапана и лифтовой трубой, что, в свою очередь, значительно уменьшает обратное отекание жидкости по стенкам лифтовой трубы и повышает эффективность удаления жидкости из скважины, а также уменьшает скорость спуска трубчатого корпуса, что уменьшает ударные нагрузки на призабойную зону скважины. Размещение плоского уплотнения ниже линии контакта отделяемого элемента с ограничителем его входа в трубчатый корпус стабилизирует положение летающего клапана при его подъеме.
Нижняя часть 3 трубчатого корпуса снабжена стабилизатором 6, который служит для исключения контакта нижней части 3 с внутренней поверхностью лифтовой трубы и, следовательно, для предотвращения износа трубчатого корпуса. Кроме этого, более толстая стенка нижней части трубчатого корпуса выполняет функцию баланса, обеспечивающего остойчивое движение летающего клапана вверх и оптимальную скорость при его спуске.
Средняя часть 2 трубчатого корпуса может быть выполнена из трубы стандартного типоразмера с перфорацией 7 и длиной, обеспечивающих оптимальные газодинамические условия подъема и спуска летающего клапана.
Работа летающего клапана заключается в его периодическом спуске под уровень жидкости в скважине (условно не показана) до нижнего амортизатора (условно не показан) и последующем его подъеме вместе с находящимся выше летающего клапана столбом жидкости. Спуск корпуса летающего клапана и отделяемого элемента клапана производят раздельно, причем сначала
производят спуск отделяемого элемента, а затем трубчатого корпуса летающего клапана.
Под действием силы тяжести отделяемый элемент летающего клапана свободно падает в скважину, преодолевая некоторое сопротивление газа, а затем погружается под уровень жидкости в нижней части скважины. Падение или спуск прекращается по достижении нижнего амортизатора (условно не показан).
Трубчатый корпус летающего клапана падает вслед отделяемому элементу и также останавливается на уровне нижнего амортизатора, опираясь на ограничитель входа отделяемого элемента в трубчатый корпус.
После соединения корпус и отделяемый элемент летающего клапана вместе перекрывают большую часть проходного сечения трубы в скважине и газ из скважины, не имея возможности свободно барботировать через слой жидкости, начинает за счет давления выталкивать наверх к устью скважины летающий клапан вместе с находящимся над ним столбом жидкости.
В поднятом положении корпус и отделяемый элемент летающего клапана можно разделять с помощью стержня (условно не показан), установленного в верхней части скважины по ее оси. В этом случае стержень, свободно проходя через отверстие трубчатого корпуса, упирается в отделяемый элемент, останавливает его и отделяет от продолжающего движение вверх трубчатого корпуса. После этого части летающего клапана снова по отдельности спускаются (падают) в скважину, начиная следующий цикл подъема жидкости из скважины.
Разделение корпуса и отделяемого элемента летающего клапана можно производить, кратковременно перекрывая вентиль 16 на трубопроводе 17, отводящем продукцию от скважины. В этом случае давление газа ниже и выше летающего клапана быстро выравнивается и части летающего клапана снова по отдельности спускаются вниз.
Для работы летающего клапана должно выдерживаться следующее соотношение, предотвращающее разъединение частей летающего клапана при подъеме со столбом жидкости:
где Pоэ - вес отделяемого элемента, Sдс - площадь диаметрального сечения отделяемого элемента, Pк - вес корпуса, Sпкс - площадь сечения трубчатого корпуса летающего клапана, включая уплотнение.
1. Летающий клапан, содержащий трубчатый корпус с закрепленным в его нижней части стабилизатором движения трубчатого корпуса, входящий в трубчатый корпус отделяемый элемент в виде тела вращения, расположенный в верхней части трубчатого корпуса ограничитель входа отделяемого элемента в трубчатый корпус, отличающийся тем, что верхняя часть трубчатого корпуса выполнена ступенчатой с горизонтальной полкой, ориентированной вовнутрь трубчатого корпуса, а на полке закреплено плоское уплотнение кольцевой формы, при этом плоское уплотнение размещено ниже линии контакта отделяемого элемента с ограничителем его входа в трубчатый корпус.
2. Летающий клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус может быть выполнен из трех отдельных частей, соединенных сваркой или другим известным образом.
3. Летающий клапан по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть трубчатого корпуса может быть выполнена толщиной, превышающей толщину средней части трубчатого корпуса.
