Скважинный циркуляционный клапан
DOWNHOLE CIRCULATION VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для сообщения и разобщения затрубного пространства скважины с внутренней полостью колонны труб при освоении и глушении скважин, проведении обработок и других скважинных работ.
Известен циркуляционный клапан, содержащий корпус, головку, между которыми установлен кожух с радиальными окнами, уплотнительные элементы, гильзу с радиальными окнами, выполненную с возможностью перемещения. Ниже радиальных окон гильзы ее внутренняя полость ссужается с образованием посадочного гнезда. Нижняя часть гильзы выполнена с уменьшением наружного диаметра для образования полости между корпусом и гильзой, в которой расположена пружина сжатия, контактирующая нижней частью с кольцевым выступом корпуса, а верхней – с кольцевым выступом гильзы. Сообщение затрубного пространства скважины с внутренней полостью лифтовых труб осуществляется посредством шарика, бросаемого в седло гильзы, с последующей подачей жидкости по трубному пространству под давлением (патент РФ №111884, опубликован 27.12.2011 г.).
Недостатком известного клапана является отсутствие возможности фиксации клапана в открытом положении – при снижении давления над шариком клапан автоматически закрывается пружиной.
Известен циркуляционный клапан, содержащий составной корпус, включающий нижний и верхний корпуса и центральный корпус, установленный между нижним и верхним корпусами и выполненный с радиальными окнами, гильзу с радиальными окнами, выполненную с возможностью перемещения вдоль оси, и два пакета уплотнений, состоящие каждый из манжет и опорного кольца. В нижнем корпусе выполнены кольцевой уступ и три паза в его верхней, средней и нижней частях с внутренней стороны, в верхнем корпусе установлено кольцо, на которое опирается гильза, выполненная с дроссельными отверстиями, имеющая возможность перемещения между кольцом и кольцевым уступом, выполненная с нижним и верхним внутренними уступами, снабженная скребковой втулкой, сопряженной с верхним корпусом, и пружинными фиксаторами, расположенными в её нижней части и имеющими возможность взаимодействия с тремя пазами нижнего корпуса, дополнительно установлен третий пакет уплотнений, имеющий возможность взаимодействия с верхним и центральным корпусами и расположенный между первым пакетом уплотнений и вторым пакетом уплотнений, размещенным между гильзой и нижним корпусом, и установлены упругие уплотнители: в нижнем корпусе с возможностью взаимодействия с гильзой, в скребковой втулке с возможностью взаимодействия с верхним корпусом и между гильзой и верхним корпусом, соответственно, при этом третий пакет уплотнений содержит предохранительные кольца и упругое уплотнение, которые снимают нагрузку от гидроудара в процессе переключения клапана, а манжеты как в первом, так и во втором пакетах уплотнений выполнены из упругого материала, а опорное кольцо выполнено из неупругого материала (патент РФ №150548, опубликован 20.02.2015 г.).
Переключение известного клапана осуществляется спуском инструмента на механическом яссе. Недостатком является отсутствие возможности гидравлического управления клапаном.
Техническим результатом изобретения является создание скважинного циркуляционного клапана, обеспечивающего сообщение и разобщение затрубного пространства скважины с внутренней полостью колонны труб посредством подвода управляющей жидкости по гидравлической линии с фиксацией клапана в открытом и закрытом положениях.
Указанный технический результат достигается в скважинном циркуляционном клапане, содержащем корпус с циркуляционными отверстиями, шток, установленный внутри корпуса с возможностью осевого перемещения, при этом, согласно изобретению, в верхней части корпуса выполнены гидравлические каналы, соединенные сверху с гидравлическими линиями для подвода управляющей жидкости к штоку, который образует с корпусом верхнюю и нижнюю кольцевые полости, один гидравлический канал соединен с нижней кольцевой полостью, а другой – с верхней кольцевой полостью, причем при подаче жидкости в одну гидравлическую линию шток перемещается вверх, открывая циркуляционные отверстия корпуса, а при подаче жидкости в другую гидравлическую линию – вниз, закрывая циркуляционные отверстия корпуса, кроме того шток поджат пружиной через цангу, которая в исходном закрытом положении клапана упирается лепестками в верхний буртик на наружной поверхности штока и зажата снаружи втулкой, фиксируя клапан в закрытом положении, при этом цанга установлена с возможностью осевого перемещения и выхода из зацепления с верхним буртиком штока при его перемещении вверх под действием управляющей жидкости и зацепления с нижним буртиком на наружной поверхности штока для фиксации клапана в открытом положении.
Кроме того, на внутренней поверхности штока выполнены канавки для установки инструмента механического управления клапаном.
На фиг. 1 представлена схема скважинного циркуляционного клапана в закрытом положении, на фиг. 2 – в открытом положении.
Скважинный циркуляционный клапан состоит из корпуса 1 с циркуляционными отверстиями 2, штока 3, установленного с возможностью осевого перемещения внутри корпуса 1 и образующего с ним верхнюю 4 и нижнюю 5 кольцевые полости, разделенные расширением 6 штока 3. Корпус 1 содержит в верхней части гидравлические каналы 7 и 8, соединенные с гидравлическими линиями 9 и 10 соответственно. Нижняя кольцевая полость 5 через гидравлический канал 7 сообщается с гидравлической линией 9, а верхняя кольцевая полость 4 через гидравлический канал 8 – с гидравлической линией 10. В нижнем положении шток 3 перекрывает циркуляционные отверстия 2 (фиг. 1), герметичность достигается уплотнением 11 и притертой поверхностью между штоком 3 и нижним переводником 12. В закрытом положении шток 3 поджимается пружиной 13 через цангу 14, которая упирается лепестками 15 в верхний буртик 16 на наружной поверхности штока 3. При этом снаружи цанга 14 зажата втулкой 17.
Скважинный циркуляционный клапан работает следующим образом.
При подаче давления по гидравлической линии 9 шток 3 смещается вверх, пережимая пружину 13 (фиг. 2). При этом цанга 14 выходит за пределы втулки 17, затем выходит из зацепления с верхним буртиком 16, освобождая шток 3, при дальнейшем движении которого нижний буртик 18 штока 3 зацепляется за лепестки 15 цанги 14 и перескакивает его снизу – вверх. Открываются циркуляционные отверстия 2 для сообщения трубного и затрубного пространства скважины. При этом происходит фиксация клапана в открытом положении, что позволяет не поддерживать давление в гидравлической линии 9 при выполнении технологической операции в скважине.
Закрытие клапана происходит подачей давления в гидравлическую линию 10, при этом шток 3 смещается вниз, верхний буртик 18 перескакивает лепестки 15 цанги 14 сверху – вниз, цанга 14 возвращается в исходное положение и дожимает шток 3 через верхний буртик 16, фиксируя клапан в закрытом положении, после чего поддерживать давление в гидравлической линии 10 не требуется.
Таким образом, обеспечивается возможность многократного открытия/закрытия клапана.
Для предотвращения открытия клапана при перепадах давления, клапан выполнен гидравлически уравновешенным, для чего выполнены отверстия 19 в штоке 3 над циркуляционными отверстиями 2, а в корпусе 1 выполнены каналы 20, между отверстиями 19 и каналами 20 в кольцевой полости между штоком 3 и корпусом 1 установлен поршень 21 (фиг. 1). При превышении давления из затрубного пространства в трубное поршень 21 поджимает шток 3 через буртик 22 на штоке 3. При перепаде давления из трубного в затрубное пространство шток 3 также поджимается усилием от давления жидкости.
Фиксация клапана в крайних положениях открыто/закрыто позволяет не поддерживать давление в гидравлических линиях 9 и 10 после переключения клапана, а также управлять клапаном механически с помощью специального инструмента (на фиг. не показан), устанавливаемого в канавках 23 на внутренней поверхности штока 3 (фиг. 2).