Обратный клапан

Солтведт Терье Мортен (NO) Хмара М.В., Рыбаков В.М.,Новоселова С.В., Дощечкина В.В.,Липатова И.И. (RU) Изобретение обеспечивает обратный клапан, содержащий корпус клапана, по существу, круглую створку (3), седло (16) клапана для створки (3), расширяющуюся камеру (11), сообщающуюся с соединительным отверстием (8) для гидравлической жидкости, и поршень (4), имеющий первый и второй концы, при этом створка (3) содержит первую (19) и вторую (18) точки соединения и присоединена к корпусу клапана с возможностью поворота в первой точке(19) соединения, указанная створка (3) выполнена с возможностью поворота между закрытым положением, с образованием плотного контакта с седлом (16) клапана, и открытым положением,в котором жидкость может проходить через клапан, поршень (4) находится в контакте с расширяющейся камерой (11) и предварительно напряженным сжимаемым устройством (15),причем первый конец указанного поршня (4) соединен с возможностью поворота со створкой(3) во второй точке (18) соединения, при этом сжимаемое устройство (15) выполнено с возможностью перемещения поршня (4) в направлении седла (16) клапана, а поршень (4) выполнен с возможностью перемещения посредством гидравлической жидкости в направлении,противоположном седлу клапана, при подаче достаточного количества гидравлической жидкости подается через соединительное отверстие (8) для расширения камеры (11), при этом вторая точка(18) соединения расположена ближе к центру круглой части створки, чем первая точка (19) соединения, таким образом, створка (3) образует плотный контакт с седлом (16) клапана при перемещении поршня (4) в направлении указанного седла (16) клапана, и обеспечен поворот створки (3) вокруг первой точки (19) соединения в направлении поршня (4), при перемещении поршня в направлении, противоположном седлу (16) клапана. Изобретением предусмотрено также применение указанного гидравлически блокируемого обратного клапана в скважинных испытаниях в качестве обратного клапана, расположенного между клапаном управления потоком и цементировочным агрегатом на поверхностной испытательной арматуре. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к обратному клапану, который имеет дистанционное гидравлическое управление, и к его применению для скважинных испытаний. Предшествующий уровень техники Согласно требованиям стандартов Norsok (D-SR-007), которые разработаны для скважинных испытаний, необходимо иметь обратный клапан, установленный между задвижкой линии глушения скважины на поверхностной испытательной арматуре и цементировочным агрегатом буровой установки. Причина требования установки обратного клапана заключается в следующем: если во время опытной эксплуатации необходимо заглушить скважину, задвижка линии глушения скважины на поверхностной испытательной арматуре должна быть открыта для того, чтобы буровой раствор для глушения скважины можно было перекачивать из цементировочного агрегата через задвижку линии глушения скважины и далее в скважину. В момент открытия задвижки линии глушения скважины указанный обратный клапан предотвращает поступление углеводородов в цементировочный агрегат. Попадание углеводородов в газообразном виде в цементировочный агрегат является чрезвычайно опасным. Указанный обратный клапан, который обычно представляет собой створчатый клапан, до настоящего времени выполнял функцию ручной механической блокировки. Стальной стержень с резьбой ввинчивается в корпус клапана и сталкивает заслонку с седла клапана, открывая проход, через который можно накачивать или сливать жидкость. Функция блокировки необходима для того, чтобы произвести опрессовку и определить возможное наличие сопровождаемой ей течи испытуемой колонны труб в соответствии с программами и процедурами скважинных испытаний. Если испытуемая насосно-компрессорная труба признана годной, следующая операция заключается в перфорировании скважины для того, чтобы обеспечить поступление углеводородов на поверхность. Однако прежде чем создать опрессовку испытуемой насосно-компрессорной трубы необходимо произвести отключение ручной механической блокировки, чтобы обратный клапан работал в соответствии с назначением, иными словами, предотвращал прохождение обратного потока из испытуемой насосно-компрессорной трубы в цементировочный агрегат. Отключение функции блокировки обеспечивается путем вывинчивания вышеуказанного стального стержня из заслонки, что позволяет заслонке плотно прилегать к седлу клапана. Обратный клапан представляет собой второй барьер после задвижки линии глушения скважины, на поверхностной испытательной арматуре, т.е. обратный клапан будет функционировать в качестве барьера для цементировочного агрегата в том случае, если задвижка линии глушения скважины сама по себе не сможет обеспечить уплотнения, как указано выше. Таким образом, в рабочей программе механическая функция блокировки не используется. Для того чтобы отключить эту механическую функцию блокировки, оператор должен переместиться, используя страховочный пояс, и вручную отключить функцию, используя резьбовой стержень и гаечный ключ. Таким образом, эта операция требует, чтобы оператор перемещался в страховочном поясе и выполнял работу в так называемой красной зоне. В принципе, планирование операций в красной зоне не допускается. Однако в настоящее время эту операцию невозможно исключить. В соответствии с этим такие операции при каждом выполнении требуют внутреннего отклонения от стандартов. Всегда существует опасность падения предметов при работе в страховочном поясе, а в условиях сильного волнения моря такая операция является опасной. Она требует примерно 30 мин рабочего времени каждый раз, когда необходимо отключить или включить функцию блокировки указанного обратного клапана. Как указано выше, существующее решение обратного клапана, применяемого в поверхностной испытательной арматуре, приводит к повышенной опасности для оперативного персонала, которому приходится передвигаться в страховочном поясе для того, чтобы включать или отключать функцию блокировки обратного клапана. Кроме того, такая ручная функция вызывает большие затраты рабочего времени - примерно 30 мин требуется на каждое включение или отключение функции блокировки. В этот период времени приходится прекращать выполнение других операций, поскольку оператор находится в красной зоне. Другой проблемой, связанной с существующими обратными клапанами, является утечка через обратный клапан при нулевом или низком давлении со стороны скважины. Таким образом, для известного уровня техники существует острая необходимость в решении, которое позволит уменьшить опасность для оперативного персонала и вместе с тем сократить рабочее время,связанное с отключением и включением функции блокировки обратного клапана, установленного между задвижкой линии глушения скважины и цементировочным агрегатом поверхностной испытательной арматуры. Кроме того, требуется минимизировать или устранить утечку клапана, связанную с нулевым или низким давлением со стороны скважины. В настоящее время отсутствуют обратные клапаны, обеспечивающие гидравлическую блокировку и пригодные для вышеописанного применения. В литературе описан ряд обратных клапанов, предназначенных для применения, например, в бурильных колоннах. Однако эти клапаны не удовлетворяют необ-1 024929 ходимым требованиям, касающимся размеров (малая длина) и адекватного уплотнения клапана при низком/нулевом давлении со стороны скважины. Общие характеристики обратных клапанов, пригодных для применения в бурильных колоннах, таковы, что они не имеют ограничений по длине и предназначены для работы, главным образом, в открытой позиции.EP 0985798 описывает обратный клапан, пригодный для применения в бурильной колонне. Такой клапан предназначен для работы в открытой позиции при нормальной эксплуатации и закрывается, например, в случае неконтролируемого фонтанирования скважины. Для обеспечения соответствующего уплотнения клапан является зависимым от адекватной величины избыточного давления со стороны скважины, которое прижимает заслонку к седлу клапана. Схема передачи мощности от гидравлической/пружинной системы не пригодна для создания равномерного и достаточно высокого давления на заслонку, чтобы обеспечить плотное закрытие клапана без помощи избыточного давления со стороны скважины. Кроме того, указанная гидравлическая/пружинная система не удовлетворяет требованиям к максимально допустимой длине клапана, если его использовать, например, в поверхностной испытательной арматуре. Обратный клапан, описанный в преамбуле п.1, известен из US 4706933. Он предназначен для использования в колонне труб и имеет по большей части те же недостатки, что и упомянутые выше решения.US 2780290 описывает обратный клапан, пригодный для применения в бурильной колонне. Этот клапан предназначен для работы в открытой позиции при нормальной эксплуатации и закрывается, например, в случае неконтролируемого фонтанирования скважины. Клапан не удовлетворяет требованиям к максимально допустимой длине, если его использовать, например, в поверхностной испытательной арматуре. Сущность изобретения Настоящее изобретение обеспечивает гидравлически блокируемый обратный клапан, особенно пригодный для применения с заглушаемой стороны поверхностной испытательной арматуры, и применение гидравлически блокируемого обратного клапана с заглушаемой стороны испытательной арматуры в скважинных испытаниях. Изобретение также определяется отличительной частью п.1. Обратный клапан, содержащий корпус клапана, по существу, круглую створку, седло клапана для створки, расширяющуюся камеру, сообщающуюся с соединительным отверстием для гидравлической жидкости, и поршень, имеющий первый и второй концы, при этом створка содержит первую и вторую точки соединения и присоединена к корпусу клапана с возможностью поворота в первой точке соединения, причем указанная створка выполнена с возможностью поворота между закрытым положением с образованием плотного контакта с седлом клапана и открытым положением, в котором жидкость может проходить через клапан, при этом поршень находится в контакте с расширяющейся камерой и предварительно напряженным сжимаемым устройством, таким образом, сжимаемое устройство толкает поршень в направлении седла клапана, а гидравлическая жидкость толкает поршень в направлении, противоположном седлу клапана, когда достаточное количество гидравлической жидкости подается через соединительное отверстие, при этом первый конец поршня соединен с возможностью поворота со створкой во второй точке соединения, при этом вторая точка соединения расположена ближе к центру круглой части створки, чем первая точка соединения, таким образом, створка образует плотный контакт с седлом клапана при перемещении поршня в направлении указанного седла клапана, и обеспечен поворот створки вокруг первой точки соединения в направлении поршня, при перемещении поршня в направлении, противоположном седлу клапана. Изобретение отличается тем, что корпус клапана образован из первого и второго элементов, соединенных вместе, при этом каждый из указанных элементов корпуса имеет два конца, первые концы элементов корпуса соединены друг с другом, а каждый из вторых концов элементов корпуса содержит фланец, при этом сжимаемое устройство представляет собой пружину, помещенную в отверстие, которое выполнено в одном из указанных элементов корпуса и проходит в его фланце. В одном варианте осуществления поршень соединен с возможностью поворота со створкой при помощи рычага, который соединен с возможностью поворота со створкой во второй точке соединения створки. В одном варианте осуществления часть боковой стенки поршня образует часть расширяющейся камеры. В одном варианте осуществления седло клапана является сменным. В одном варианте осуществления створка присоединена с возможностью поворота в первой точке соединения при помощи оси. В одном варианте осуществления первые концы элементов корпуса, предназначенные для соединения друг с другом, содержат резьбу. Обратный клапан может также содержать полый цилиндр, который выполнен с возможностью прохождения через клапан для защиты створки, соединений и поршня, т.е. механизма, расположенного внутри клапана. Это, прежде всего, относится к тем случаям, когда клапан используется на операциях засыпки гравия. В соответствии с одним аспектом изобретения гидравлически блокируемый обратный клапан ис-2 024929 пользуется между клапаном управления потоком и цементировочным агрегатом на поверхностной испытательной арматуре. Обратный клапан согласно настоящему изобретению представляет собой предпочтительный клапан для такой области применения. На вторых концах элементов корпуса клапана может быть предусмотрен фланец или использовано другое соединительное устройство. При использовании соединительных устройств, отличных от фланцев, клапан можно применять в различных областях. Снабдив клапан муфтами WECO, его можно применять, например, в морских или наземных системах с однонаправленным потоком. В этих случаях он используется в качестве предохранительного клапана. Обратный клапан согласно изобретению может также заменять так называемый "наземный клапанотсекатель", который используется при скважинных испытаниях в настоящее время. Он представляет собой клапан, который предотвращает движение обратного потока от перерабатывающей установки в том случае, если гибкий внутрискважинный трубопровод разрывается на полу буровой установки. В этом случае клапан соединяется с электронной системой выключения. Сигнал этой системы обеспечивает создание давления управляющего трубопровода, которое позволяет закрыть створку. Оценка риска показывает, что этот новый клапан является более подходящим, чем используемые в настоящее время тарельчатые клапаны (с задвижкой и седлом). Достоинства применения этого нового створчатого клапана заключается в отсутствии сохранения давления между поверхностной испытательной арматурой и системой управления в устье скважины. Известные клапаны закрываются под действием этого давления,в результате чего их открытие производится при очень высоком дифференциальном давлении. Это приводит к высокой степени износа клапана с опасностью последующей утечки и простоя оборудования. Это также создает большой риск образования гидратов, что, в свою очередь, является чрезвычайно опасным. Клапан согласно настоящему изобретению может быть также изготовлен из специального материала для установки в устьях скважин, расположенных на морском дне. Перечень фигур чертежей Фиг. 1 - типичная поверхностная испытательная арматура с обратным клапаном, установленным со стороны глушения и имеющим ручное управление. Фиг. 2 - изометрический чертеж обратного клапана согласно изобретению. Фиг. 3 - поперечный разрез обратного клапана с фиг. 2 со створкой в закрытом положении. Фиг. 4 - поперечный разрез обратного клапана с фиг. 2 со створкой в открытом положении. Фиг. 5 - сечение по оси С-С с фиг. 3. Фиг. 6 - сечение по оси D-D с фиг. 3. Фиг. 7 - увеличенное изображение в разрезе механизма блокировки обратного клапана, показанного на фиг. 3 и 4. Фиг. 8 - схема поверхностной испытательной арматуры. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Поверхностная испытательная арматура используется при испытании нефтяных и газовых скважин. На фиг. 1 показана типичная испытательная арматура, предназначенная для установки в устье скважины. Испытательная арматура имеет эксплуатационную или приточную сторону А и сторону глушения В. Со стороны глушения между клапаном 4 а управления потоком и цементировочным агрегатом 8 а для закачивания раствора для глушения скважины установлен обратный клапан 11 а. Для того чтобы заблокировать обратные клапаны, используемые в настоящее время, например, для проведения опрессовки испытуемой колонны труб, оператор должен передвигаться в страховочном поясе и выполнить это при помощи ручного механизма блокировки. Чтобы исключить эту трудоемкую и дорогостоящую операцию, настоящее изобретение обеспечивает новый обратный клапан с гидравлической блокировкой, применение которого в процессе работы описано выше. На фиг. 2 показан вид сбоку варианта осуществления обратного клапана согласно настоящему изобретению. Корпус клапана образован из первого и второго элементов, при этом каждый из указанных элементов корпуса имеет два конца, причем вторые концы элементов корпуса содержат, соответственно,фланец 1 с выступом и фланец 2 с выемкой. В этом варианте осуществления первые концы элементов корпуса соединены друг с другом при помощи укороченной трапецеидальной резьбы 88 с использованием кольцевого уплотнения. Стопорный винт 10 (тип М 10) используется для того, чтобы предотвратить перемещение элементов корпуса во время работы, при этом элементы зафиксированы относительно друг друга. Такой способ соединения элементов упрощает техническое обслуживание, поскольку клапан не требует затяжки с большим крутящим моментом при помощи механического устройства. Фланец 1 с выступом находится в приточной части клапана, и поток флюида обычно поступает с этой стороны клапана. Однако возможны также варианты осуществления с обратной конфигурацией, в которых приточная часть выполнена в виде фланца с выемкой. Заглушающий трубопровод буровой установки соединяется с приточной частью клапана, таким образом, флюид проходит через створку 3, показанную на фиг. 3, как запланировано, без приложения гидравлического давления в управляющем трубопроводе, который соединяется с точкой соединения/отверстием 8 (1/4" BSP - британская трубная резьба). Фланец 1 с выступом содержит также седло 16 клапана. В этом конкретном варианте осуществления используется съемное вставное седло для того, чтобы упростить в будущем техническое обслуживание и уменьшить расходы на техническое обслуживание. Кроме того, между седлом 16 клапана и фланцем 1 с выступом предусмотрено уплотнительное кольцо 17. Это кольцо в случае разрушения является местом утечки. Однако такая утечка будет внутренней и не окажет влияния на внешние условия или режим эксплуатации. Поверхность фланца 1 с выступом, контактирующая с уплотнительным кольцом, может быть предпочтительно покрыта инконелем. Это уменьшает опасность возникновения коррозии и питтинга под действием коррозионно-активного скважинного флюида или химикатов. Фланец 2 с выемкой, показанный на фиг. 3, представляет собой второй важный конструктивный элемент клапана. Этот элемент содержит створку 3, правый отсек 7 створки и левый отсек 12 створки. Отсеки 7 и 12 створки образуют общий отсек, в котором функционирует створка 3. Створка 3 при помощи рычага 5 соединяется с поршнем 4. Предварительно напряженная пружина 15 расположена над верхней частью поршня 4 и контактирует с ней. Между поршнем и корпусом клапана под верхней частью поршня предусмотрена выемка. Эта выемка образует часть камеры 11, которая расширяется при приложении гидравлического давления. Уплотнительная коробка 6 создает уплотнение между скважинным флюидом и подаваемой гидравлической жидкостью. В этом варианте осуществления используется сменная уплотнительная коробка 6 для того, чтобы упростить в будущем техническое обслуживание и уменьшить расходы на техническое обслуживание. Нижняя часть поршня 4 соединяется с возможностью поворота с одним концом рычага 5. Второй конец рычага 5 соединяется с возможностью поворота со створкой 3 в точке 18 соединения. В данном примере створка содержит рычаг, имеющий две точки 18, 19 соединения, которые используются для соединения створки с рычагом 5 и осью 13. Повышение гидравлического давления осуществляется с отдельной панели управления при помощи точки соединения/отверстия 8 с 1/4" BSP. Когда гидравлическая жидкость подается через точку соединения/отверстие 8, поршень 4 перемещается назад в направлении предварительно напряженной пружины 15 и сжимает указанную пружину. Дополнительное давление гидравлической жидкости превышает усилие предварительного напряжения пружины 15. При выполнении указанной опрессовки створка 3 перемещается из нормально закрытого положения, показанного на фиг. 3, в сохраняемое под действием гидравлического давления открытое положение, показанное на фиг. 4. При этом поршень 4 при помощи рычага 5 действует на створку 3 и переводит ее в открытое положение. Такое положение сохраняется до тех пор, пока прикладывается гидравлическое давление. Выравнивающий давление канал 9 (1/8" BSP) обеспечивает поддержание такого же давления в кожухе пружины, как и перед уплотнительной коробкой 6. Такое выравнивание давления требуется для обеспечения функционирования клапана. Когда гидравлическое давление сбрасывается, предварительно напряженная пружина разжимается и перемещает гидравлическую жидкость из клапана через точку соединения/отверстие 8 назад к панели управления. Когда разжимающаяся предварительно напряженная пружина 15 перемещает поршень 4 назад, рычаг 5 перемещается и толкает створку 3 на седло 16 клапана. Створка 3 прижимается к седлу 16 клапана предварительно напряженной пружиной 15 с силой, составляющей около 10 кг. Таким образом, обеспечивается абсолютно плотное соединение с седлом 16 клапана без необходимости приложения давления скважинного флюида к створке 3, чтобы прижать ее к седлу 16 клапана. Это предотвращает утечку через обратный клапан в случае низкого давления со стороны скважины. Расположение точки 18 соединения вблизи центра створки способствует получению равномерного давления на створку, и, таким образом, повышает плотность ее соединения с седлом 16 клапана. Сама створка 3 опирается на крепежный болт 13, проходящий через створку, как показано на фиг. 5 и 6. При этом предусмотрено кольцевое уплотнение вокруг крепежного болта 13, и, кроме того, две уплотняющие заглушки с 1/4" BSP. На фиг. 7 показано увеличенное изображение механизма гидравлической блокировки в поперечном разрезе. На фиг. 8 показана схема поверхностной испытательной арматуры, где гидравлически блокируемый обратный клапан 7 а установлен на стороне глушения испытательной арматуры между клапаном 4 а управления потоком и цементировочным агрегатом 8 а буровой установки. Кроме того, на схеме показан клапан управления потоком 6 а, установленный со стороны эксплуатационного комплекса/потока, верхний 3 а и нижний 2 а скважинные клапаны, буферная задвижка 5 а, испытуемая колонна 1 а, гидравлический трубопровод 9 а и панель управления 10 а, предназначенная для управления гидравлической системой. Настоящее изобретение может быть использовано в способе контроля испытуемой колонны труб,который включает следующие операции: блокирование обратного клапана 7 а, установленного между клапаном 4 а управления потоком и цементировочным агрегатом 8 а на поверхностной испытательной арматуре, путем приложения гидравлического давления к указанному обратному клапану 7 а с использованием гидравлического трубопровода 9 а; опрессовка испытуемой колонны труб; отключение блокировки обратного клапана 7 а путем сброса гидравлического давления. Используя вышеуказанный способ, можно уменьшить время выполнения операции с 30 мин до не более 3-4 мин. Следует также отметить, что обратным клапаном 7 а в этом случае можно управлять параллельно с выполнением других операций, т.е. без потери времени бурения. Экономический эффект от внедрения такого способа при каждом использовании обратного клапана составит в пределах от 125000 до 165000 норвежских крон. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Обратный клапан, содержащий корпус клапана, по существу, круглую створку (3), седло (16) клапана для створки (3), расширяющуюся камеру (11), сообщающуюся с соединительным отверстием (8) для гидравлической жидкости, и поршень (4), имеющий первый и второй концы, при этом створка (3) содержит первую (19) и вторую (18) точки соединения и присоединена к корпусу клапана с возможностью поворота в первой точке (19) соединения, причем указанная створка (3) выполнена с возможностью поворота между закрытым положением с образованием плотного контакта с седлом (16) клапана и открытым положением, в котором жидкость может проходить через клапан, при этом поршень (4) находится в контакте с расширяющейся камерой (11) и предварительно напряженным сжимаемым устройством(15), причем первый конец указанного поршня (4) соединен с возможностью поворота со створкой (3) во второй точке (18) соединения, при этом сжимаемое устройство (15) выполнено с возможностью перемещения поршня (4) в направлении седла (16) клапана, а поршень (4) выполнен с возможностью перемещения посредством гидравлической жидкости в направлении, противоположном седлу клапана, при подаче достаточного количества гидравлической жидкости через соединительное отверстие (8) для расширения камеры (11), при этом вторая точка (18) соединения расположена ближе к центру круглой части створки(3), чем первая точка (19) соединения, таким образом, створка (3) образует плотный контакт с седлом(16) клапана при перемещении поршня (4) в направлении указанного седла (16) клапана, и обеспечен поворот створки (3) вокруг первой точки (19) соединения в направлении поршня (4) при перемещении поршня в направлении, противоположном седлу (16) клапана, отличающийся тем, что корпус клапана образован из первого и второго элементов, соединенных вместе, при этом каждый из указанных элементов корпуса имеет два конца, первые концы элементов корпуса соединены друг с другом, а каждый из вторых концов элементов корпуса содержит фланец (1, 2), при этом сжимаемое устройство (15) представляет собой пружину, помещенную в отверстие, которое выполнено в одном из указанных элементов корпуса и проходит в его фланце (2). 2. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что поршень (4) соединен с возможностью поворота со створкой (3) при помощи рычага (5), который соединен с возможностью поворота во второй точке (18) соединения створки (3). 3. Обратный клапан по пп.1, 2, отличающийся тем, что часть боковой стенки (20) поршня (4) образует часть расширяющейся камеры (11). 4. Обратный клапан по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что седло (16) клапана является сменным. 5. Обратный клапан по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что створка (3) присоединена с возможностью поворота в первой точке (19) соединения при помощи сплошной оси (13). 6. Обратный клапан по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что первые концы элементов корпуса, предназначенные для соединения друг с другом, содержат резьбы. 7. Обратный клапан по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанный клапан содержит полый цилиндр, выполненный с возможностью прохождения через клапан для обеспечения защиты створки (3), рычага (5) и поршня (4). 8. Применение гидравлически блокируемого обратного клапана по одному из предшествующих пунктов в скважинных испытаниях в качестве обратного клапана, расположенного между клапаном управления потоком и цементировочным агрегатом на поверхностной испытательной арматуре.