МНОГОРАЗОВЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к циркуляционным переводникам бурильной колонны, а именно к устройствам выборочной подачи промывочной жидкости к забою скважины или для промывки от шлама затрубного пространства.
Известен переливной клапан бурильной колонны с героторным двигателем по патенту РФ на изобретение №2204688. Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам переливных клапанов бурильной колонны с героторным двигателем для сообщения внутренней полости колонны с затрубным пространством при спускоподъемных операциях для заполнения и опорожнения колонны буровым раствором. Переливной клапан бурильной колонны с героторным двигателем содержит корпус с резьбами на его краях, радиальными отверстиями, размещенный с возможностью скольжения поршень, а также седло и пружину между ними. Поршень размещен внутри седла и образует с ним клапанную ступенчатую пару. Верхний торец седла и верхняя часть поршня ограничены от перемещения вверх закрепленным в корпусе направляющим кольцом. Седло содержит уменьшенный пояс скольжения с нижней частью поршня по сравнению с увеличенным поясом скольжения с верхней частью поршня. Периметр пояса скольжения седла с нижней частью поршня составляет 0,33-0,77 от периметра пояса скольжения седла с верхней частью поршня. Пружина размещена в полости между верхней частью поршня и нижней частью седла. Поршень выполнен с рядом радиальных каналов, расположенных ниже от радиальных отверстий в корпусе. Корпус образует с седлом тупиковую кольцевую щель, которая сообщена с полостью между седлом и поршнем радиальными окнами. Техническим результатом является повышение надежности и увеличение ресурса переливного клапана, используемого в составе бурильной колонны с героторным двигателем. Недостатком переливного клапана, является отсутствии возможности изменять направление потока текучей среды в стволе скважины.
Известен переключатель потока жидкости по патенту РФ на изобретение №2015306. Переключатель потока жидкости содержит корпус с продольным и боковым отверстиями, подвижный приводной элемент с возвратной пружиной, установленной в корпусе с возможностью продольного перемещения и поворота, втулку с замкнутой зигзагообразной канавкой из прямых и наклонных пазов, контактные элементы, взаимодействующие с пазами замкнутой зигзагообразной канавки, и гидрораспределитель, снабжен подвижным соединением приводного элемента с гидрораспределителем, втулка жестко связана с подвижным приводным элементом или с корпусом, контактные элементы подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения соответственно в корпусе или на подвижном приводном элементе, пазы канавки выполнены с максимальной глубиной в передней и задней по отношению к прямому движению подвижного элемента частях и минимальной глубиной в средней части, причем подвижный приводной элемент выполнен полым, переход от передней части прямых и задней части наклонных пазов к их средним частям выполнен плавным, а переход от задней части прямых к передней части наклонных выполнен ступенчатым. Гидрораспределитель выполнен в виде уплотненного относительно корпуса поворотного золотника с выходным отверстием, совпадающим при повороте на заданный шаг с продольным или боковым отверстием корпуса. При этом переключатель может быть снабжен приемной воронкой, связанной с подвижным приводным элементом и выполненной с фиксаторами, внешние части которых контактируют с внутренней поверхностью корпуса, выполненной с углублением. Подвижный приводной элемент под канавкой и втулка в своей верхней части имеют уплотнения одинакового диаметра, полость между уплотнениями заполнена смазывающей жидкостью. При этом переключатель может быть снабжен обратным клапаном, размещенным на выходе гидрораспределителя в продольном отверстии корпуса. Переключатель снабжен компенсаторами давления, размещенными в корпусе между уплотнениями подвижного приводного элемента. Рабочая часть гидрораспределителя и ответная часть корпуса имеют коническую форму, переключатель снабжен эластичной опорой, расположенной между корпусом и гидрораспределителем. При этом боковых отверстий корпуса может быть несколько. Недостатком переключателя потока жидкости является низкая надежность конструкциии делительного механизма и направления подачи текучей среды.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №155225. Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит трубчатый корпус, снабженный внешними отверстиями, ступенчатый золотник с радиальными отверстиями, пружину, седло, пробки, шары, внутреннее расходное отверстие, проходящее через трубчатый корпус и ступенчатый золотник, через которое проходит первичная траектория движения текучей среды. Ступенчатый золотник имеет первое положение, в котором внешние отверстия и радиальные отверстия перекрыты, и второе положение ступенчатого золотника, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды. Радиальные и внешние отверстия сообщаются для поступления всего объема текучей среды в кольцевой зазор ствола скважины. Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит упор, уступ трубчатого корпуса, дроссельный диск между пружиной и торцом ступенчатого золотника. Кроме того, шары содержат не менее одного деформируемого шара блокирования и не менее одного жесткого шара деактивации. Кроме того, дополнительно содержит устройство приема шаров. Кроме того, сечение деформируемого шара блокирования превышает сечение внешнего отверстия трубчатого корпуса на 3%-15%, а сечение жесткого шара деактивации на 0,8-15% больше сечения радиальных отверстий ступенчатого золотника. Кроме того, радиальный зазор между дроссельным диском и расточкой трубчатого корпуса, составляет 1-5 мм, а высота диска составляет 3%-15% хода L ступенчатого золотника от упора до уступа трубчатого корпуса. Недостатком циркуляционного переводника бурильной колонны являются низкая надежность, быстрый абразивный износ его деталей и необходимость для переключения режимов использовать одноразовые разрушающиеся сбросовые шары.
Известен клапан буровой циркуляционный по патенту РФ на изобретение №2426862. Клапан буровой циркуляционный, включает соосные, находящиеся в зацеплении между собой посредством шипов и направляющих пазов системы корпуса и поршня, первая из которых содержит корпус в виде патрубка, замыкатель с каналами, сообщающими ее внутреннюю полость с затрубным пространством скважины, и уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а система поршня содержит поршень с сужающимся на входном участке проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с радиальными каналами, пружину сжатия, размещенную в запоршневой полости между уступом поршня и нижним ограничителем его хода, проточный канал выполнен с переменным сечением от сужающегося на входном участке до плавно расширяющегося на выходном участке, при этом на участке его максимального сужения в поршне выполнен перепускной канал, гидравлически сообщающий проточный канал с запоршневой полостью. Запоршневая полость гидравлически разобщена с затрубным пространством скважины посредством уплотнения, установленного в верхней части замыкателя выше его каналов. Плавно расширяющийся участок проточного канала поршня выполнен с уклоном 3-5°. Между уступом поршня и ограничителем хода поршня над или под пружиной установлен упорный подшипник. Недостатком клапана бурового циркуляционного является его низкая надежность, связанная с работой пружины и механизма переключения режима промывки в среде промывочной жидкости.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на изобретение №2440482 (прототип). Переводник включает трубчатый корпус, снабженный внешним отверстием, ступенчатый золотник, установленный с возможностью скольжения внутри трубчатого корпуса, внутреннее расходное отверстие, проходящее через трубчатый корпус и ступенчатый золотник, через которое проходит первичная траектория движения текучей среды, при этом ступенчатый золотник имеет первое положение, в котором внешнее отверстие выполнено перекрываемым от первичной траектории движения текучей среды, и второе положение, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды и открывается внешнее отверстие для обхода указанной траектории между расходным отверстием и кольцевым зазором ствола скважины, и делительный механизм, установленный между трубчатым корпусом и ступенчатым золотником для направления золотника между первым и вторым положением. Недостатком циркуляционного переводника бурильной колонны является сложность конструкции и низкая надежность механизма переключения клапана в различные режимы направления подачи промывочной жидкости.
Задачей полезной модели является повышение надежности механизма переключения клапана в различные режимы направления подачи промывочной жидкости.
Поставленная задача решается за счет того, что многоразовый циркуляционный клапан, включает полый корпус с наружными отверстиями, кольцевой поршень с седлом для сбросового шара и внутренними отверстиями, соединенный с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости, внутри кольцевого поршня установлена вставка, на кольцевой выступ которой, опирается возвратная пружина, а под ней между корпусом и вставкой установлен поршень компенсатора давления, механизм переключения направления подачи промывочной жидкости, представляет собой втулку, на наружной поверхности которой, выполнен фигурный паз, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами, штифты закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз включает три парных рабочих участка: короткий, длинный и средний, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки, кольцевого поршня и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки и участки переключения соединены наклонными пазами. Три парных рабочих участка выполненных на втулке, с разной длиной обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня: начальное, открытое для промывки затрубного пространства и открытое для центральной промывки. Возвратная пружина установлена в кольцевой расточке, выполненной во втулке между кольцевой поверхностью, образованной расточкой и кольцевым выступом вставки. В местах соединения участков паза, параллельных оси с наклонными участками, выполнены направляющие фаски или радиусы. Ширина фигурного паза, выполнена больше диаметра штифта входящего с ним в зацепление. Втулка уплотнена относительно вставки. Штифты установлены в корпусе на резьбе и уплотнены. Вставка зафиксирована в корпусе крестовиной. Полость, образованная между корпусом и вставкой, заполнена смазкой. Кольцевой поршень уплотнен относительно корпуса и вставки.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении многоразового циркуляционного клапана применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…5, где:
На фиг. 1 показан многоразовый циркуляционный клапан в начальном положении, без сбросового шара, буровой раствор поступает к долоту, штифты механизма переключения находятся в коротких пазах.
На фиг. 2 показан многоразовый циркуляционный клапан в начальном положении, перед переключением, шар сброшен, штифты механизма переключения находятся в коротких пазах.
На фиг. 3 показан многоразовый циркуляционный клапан после первого переключения, в открытом для промывки затрубного пространства положении, штифты механизма переключения находятся в длинных пазах.
На фиг. 4 показан многоразовый циркуляционный клапан после второго переключения, в открытом для центральной промывки положении, буровой раствор поступает к долоту, штифты механизма переключения находятся в средних пазах.
На фиг. 5 показана развертка фигурного паза, выполненного на боковой поверхности втулки механизма переключения направления подачи промывочной жидкости.
Многоразовый циркуляционный клапан, состоит из полого корпуса 1 с наружными отверстиями 2, кольцевого поршня 3 с седлом 4 для сбросового шара 5 и внутренними отверстиями 6, соединенный с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости 7, внутри кольцевого поршня 3 установлена вставка 8, на кольцевой выступ 9 которой, опирается возвратная пружина 10, а под ней между корпусом 1 и вставкой 8 установлен поршень компенсатора давления 11, механизм переключения направления подачи промывочной жидкости 7, представляет собой втулку 12, на наружной поверхности которой, выполнен фигурный паз 13, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами 14, штифты 14 закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз 13 включает три парных рабочих участка: короткий 15, длинный 16 и средний 17, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки 12, кольцевого поршня 3 и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения 18, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки 15, 16, 17 и участки переключения 18 соединены наклонными пазами 19. Три парных рабочих участка 15, 16, 17, выполненных на втулке 12, с разной длиной, обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня 3: начальное, открытое для промывки затрубного пространства и открытое для центральной промывки. Возвратная пружина 10 установлена в кольцевой расточке 20, выполненной во втулке 12 между кольцевой поверхностью 21, образованной расточкой и кольцевым выступом 9 вставки 8. В местах соединения участков паза 15, 16, 17, 18, параллельных оси с наклонными участками 19, выполнены направляющие фаски или радиусы. Ширина фигурного паза 13, выполнена больше диаметра штифта 14, входящего с ним в зацепление. Втулка 12 уплотнена относительно вставки 8. Штифты 14 установлены в корпусе 1 на резьбе и уплотнены. Вставка 8 зафиксирована в корпусе крестовиной 22. Полость, образованная между корпусом 1 и вставкой 8, заполнена смазкой. Кольцевой поршень 3 уплотнен относительно корпуса 1 и вставки 8.
Многоразовый циркуляционный клапан работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с колонной буровых труб. В положении, показанном на фиг. 1 промывочная жидкость поступает к забойному двигателю и долоту. В случае необходимости интенсивной промывки скважины, в скважину бросают сбросовый шар 5, который задерживается седлом 4 (фиг. 2). Давление выше сбросового шара 5 увеличивается и передается через кольцевой поршень 3 на втулку 12 механизма переключения направления подачи промывочной жидкости 7. Втулка 12 взаимодействует фигурным пазом 13 со штифтами 14 и перемещается вниз, сжимая пружину 10. Втулка 12 поворачивается и штифт 14 переходит в длинный рабочий участок 16 фигурного паза 13. Кольцевой поршень 3 движется вниз, внутренние отверстия 6 в нем перекрываются вставкой 8, а наружные отверстия 2, выполненные в корпусе 1 открываются. После чего вся промывочная жидкость направляется на промывку затрубного пространства скважины. При выключении промывки пружина 10 давит на втулку 12, она поворачивается, и штифт 14 переходит в участок переключения 18. После включения насосов, штифт по участку переключения 18 переходит в средний рабочий участок 17 фигурного паза 13, при этом кольцевой поршень 3 движется вверх, внутренние отверстия 6 в нем открываются, а наружные отверстия 2, выполненные в корпусе 1 закрываются. После чего вся промывочная жидкость направляется к долоту и забойному двигателю. После очередного переключения насосов, штифт по участку переключения 18 переходит в начальное положение, рабочий участок 15. При дальнейших переключениях насосов, переключение режимов работы повторяется. Использование двух штифтов 14, работающих синхронно в пазах одинаковой длины, позволяет исключить перекос и заклинивание втулки 12 механизма переключения направления подачи промывочной жидкости 7.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность устройства.
2. Снизить время технического обслуживания клапана.
3. Повысить качество очистки ствола скважины.
4. Увеличить объем прокачиваемой промывочной жидкости.
5. Увеличить скорость восходящего потока промывочной жидкости.