ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЙ ОБРАТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно используется при строительстве скважин на этапе ее цементирования. Цементировочный обратный клапан обеспечивает самозаполнение жидкостью внутреннее пространство обсадной колонны при ее спуске в скважину, а также служит посадочным местом для продавочной пробки при завершении прокачки цементного раствора и препятствует его обратному движению.
Известен цементировочный обратный клапан дроссельный типа ЦКОД, описанный в оснастке прямого цементирования обсадной колонны с обратным клапаном, включающий стальной корпус, в котором смонтирован запорный и дроссельный узлы, запорный узел включает шар и седло, дроссельный узел включает пяту, одетую на дроссель и поджатую пружиной к ограничителю (патент РФ №150377, E21B 33/14, оп. 20.02.2015 г.).
ЦКОД спускается в скважину в составе обсадной колонны. При спуске шар в ЦКОДе отсутствует, что обеспечивает автозаполнение внутренней полости колонны жидкостью из-за заколонного пространства. После спуска обсадной колонны на заданную глубину в нее сбрасывается шар, закачивается цементный раствор, который продавливается разделительной пробкой (продавочной) из колонны в заколонное пространство.
Недостатком данной конструкции является то, что шар, который после попадания в запорный узел служит закрывающим элементом, находясь в запорном узле, подвергается абразивному воздействию прокачиваемого цементного раствора, в результате чего он может потерять свой диаметр, что отрицательно скажется на качестве уплотнения при посадке на седло. В результате ЦКОД пропускает раствор из за колонного пространства.
Известен цементировочный обратный клапан, включающий корпус, внутри которого смонтирована направляющая, один конец которого выполнен в виде конусного седла, на который садится подпружиненный затвор со штоком, обеспечивая тем самым герметизацию. Подпружиненный затвор обеспечивает герметизацию за счет противодавления из заколонного пространства (патент США №6820695 B2, опубл. 23.11.2004).
Данный цементировочный обратный клапан имеет недостаток, связанный с тем, что поток цементного раствора, прокачиваемый через колонну в лобовую, сталкивается с конической поверхностью уплотняющего затвора. В силу своей абразивности раствор активно изнашивает затвор, который при посадке на седло в конце прокачки будет не герметичным.
Целью полезной модели является повышение надежности цементировочного обратного клапана.
Технический результат - повышение эффективности цементирования скважины.
Поставленная цель достигается тем, что цементировочный обратный клапан, содержащий корпус, внутри которого размещены седло, шар, затвор со штоком и поджимающая его пружина, согласно полезной модели, затвор снабжен промывочными отверстиями для подачи жидкости в колонну в режиме автозаполнения клапана и цементировочными отверстиями, через которые между коническими поверхностями седла и затвора направляется поток прокачиваемого цементного раствора в режиме цементирования, при этом цементировочные отверстия открываются после сброса шара, перемещающего затвор по седлу, ломая срезной винт и сжимая пружину.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 - общая схема предлагаемой конструкции цементировочного обратного клапана в режиме автозаполнения и промывки; на фиг. 2 - общая схема предлагаемой конструкции цементировочного обратного клапана в сборе с обсадной колонной и башмаком; на фиг. 3 - общая схема предлагаемой конструкции цементировочного обратного клапана в режиме прокачки цемента после сброса шара и активации цементировочных отверстий; на фиг. 4 - предлагаемая конструкция цементировочного обратного клапана после его закрытия для ожидания времени затвердевания цемента.
Цементировочный обратный клапан (фиг. 1) имеет общую ось 1 и состоит из корпуса 2, который имеет с обоих концов присоединительные резьбы 3 и 4 соответственно. В корпусе 2 установлено седло 5, внутри которого расположен затвор 6, перемещаемый усилием пружины 7 и зафиксированный в положении автозаполнения срезным винтом 8. Клапан переключается в рабочий режим после сброса шара 9. Затвор 6 имеет внутренний посадочный конус шара 10, промывочные отверстия 11, цементировочные отверстия 12 и коническую поверхность 13, выполненные под углом а к общей оси 1. Промывочные отверстия 11 необходимы для автозаполнения и промывки при спуске обсадной колонны на забой. Цементировочные отверстия 12, выполненные под углом а к общей оси 1, необходимы для закачки цементировочного раствора. Седло 5 имеет полость В, цилиндрическую поверхность 14, зубья 15 для зацепления с продавочной пробкой (не показана) и коническую поверхность 16, выполненную под углом а к общей оси 1, на которую садится затвор 6. Коническая поверхность 13, цементировочные отверстия 12 затвора 6 и коническая поверхность 16 седла 5 выполнены под одинаковым углом а к общей оси 1 корпуса 2 так, чтобы обеспечить направленное движение цементного раствора через цементировочные отверстия 12 между конических поверхностей 16 и 13 для предотвращения их износа.
Предлагаемый цементировочный обратный клапан работает следующим образом.
Цементировочный обратный клапан 17 (фиг. 2) с установленным на него башмаком 18 наворачивается на конец резьбы обсадной колонны 19. В процессе спуска колонны клапан находится в режиме автозаполнения и промывки (фиг. 1). Затвор 6, поджатый пружиной 7 и удерживаемый срезным винтом 8, расположен в седле 5 так, чтобы были открыты промывочные отверстия 11. Жидкость, находящаяся в скважине, попадает в полость В седла 5, а затем через промывочные отверстия 11 свободно заполняет внутриколонное пространство. После спуска обсадной колонны на заданную глубину начинается цементировка. С устья в обсадную колонну сбрасывается шар 9, подается цементировочный раствор, устанавливается продавочная разделительная пробка (не показана), которая продавливается прокачиванием технической жидкости. После достижения сброшенным шаром 9 цементировочного обратного клапана он садится на внутренний посадочный конус шара 10 затвора 6 и перекрывает промывочные отверстия 11. Поскольку прокачка продолжается, давление внутри обсадной колонны 19 растет и давит на затвор 6. По достижению определенного значения давления затвор 6 ломает срезной винт 8. В результате затвор 6 перемещается вниз по цилиндрической поверхности 14 седла 5, сжимает пружину 7 и полностью открывает цементировочные отверстия 12 (фиг. 3). Цементировочный обратный клапан переходит в рабочий режим, цементный раствор прокачивается через него. После того, как продавочная пробка достигнет цементировочного обратного клапана и сядет на зубья 15, давление над затвором 6 начинает выравниваться с давлением в полости В седла 5 за счет действия пружины 7, в результате затвор 6 начинает смещаться вдоль цилиндрической поверхности 14 седла 5 до тех пор, пока конические поверхности 13 и 16 затвора 6 и седла 5 соответственно не сомкнутся. В момент смыкания конических поверхностей 13 и 16 промывочные отверстия 11 и цементировочные отверстия 12 затвора 6 перекроются цилиндрической поверхностью 14 седла 5, как показано на фиг. 4. После завершения прокачки избыточное давление в обсадной колонне стравливается и цементный раствор из заколонного пространства устремится в полость В, создавшееся избыточное давление дополнительно прижмет затвор 6 к седлу 5, сильнее герметизируя конические поверхности 13 и 16 и создавая надежное уплотнение в цементировочном обратном клапане. В силу того, что уплотнение происходит путем прижатия конических поверхностей 13 и 16, даже абразивный износ цементировочных отверстий 12 и шара 9 не повлияет на работоспособность цементировочного обратного клапана в целом. Цементировочный обратный клапан будет надежно держать избыточное давление из заколонного пространства на время ожидании затвердевания цемента. После выдержки времени затвердевания цемента на забое скважины долотом разбуривается продавочная пробка, а затем и сам цементировочный обратный клапан.
Предлагаемая полезная модель позволяет эффективно проводить цементировку скважины.