ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ
CHECK VALVE FOR CASING STRING

Изобретение относится к области нефтяных и газовых скважин и, конкретно к обустройству нижней части обсадной колонны.
Известен обратный клапан для обсадной колонны, включающий корпус, набор стальных разрезных шайб, резиновую диафрагму, ограничительные кольца и запорный элемент в виде шара (см. Булатов А.И. и др. Справочник инженера по бурению, Москва, Недра, 1995, т.3, с.130-132).
Недостатком известного устройства является трудоемкость разбуривания стальных разрезных шайб, вероятность попадания в клапан посторонних предметов, а также ненадежная работа клапана при горизонтальном положении колонны (в горизонтальной скважине).
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы клапана в различных условиях и разных скважинах, в том числе горизонтальных, за счет повышения надежности посадки запорного элемента на посадочное седло в рабочем положении устройства.
Необходимый технический результат достигается тем, что обратный клапан для обсадной колонны скважины включает корпус, посадочное седло для взаимодействия с запорным элементом в виде шара, который размещен в цилиндрическом контейнере, один торец которого жестко связан с посадочным седлом, другой торец выполнен с осевым каналом и посадочным ограничителем перемещения шара, а его боковая поверхность имеет отверстия и по наружной поверхности перекрыта эластичной втулкой, при этом длина цилиндрического контейнера составляет 1,5-3 диаметра шара, а зазор между наружным диаметром цилиндрического контейнера и внутренним диаметром корпуса в месте размещения посадочного седла, а также эластичная втулка выбраны таковыми, что обеспечивают взаимодействие последней с внутренней стенкой корпуса в процессе промывки скважины, закачки и продавки тампонажного раствора в пространство за корпусом и обсадной колонной скважины при деформации эластичной втулки, не превышающей предельно допустимой величины.
Кроме того:
посадочное седло для взаимодействия с запорным элементом снабжено уплотнительным эластичным элементом, который зафиксирован на посадочном седле цилиндрическим контейнером;
запорный элемент выполнен из материала с плотностью, близкой или равной плотности тампонажного материала.
Сущность изобретения заключается в повышении надежности работы обратного клапана за счет того, что он предусматривает возможность создания лучших условий посадки запорного элемента-шара на посадочное седло. Это обеспечено выполнением цилиндрического контейнера определенной длины - 1,5-3 диаметра шара. При продавке последних порций тампонажного раствора предусмотрены периодические остановки в расчете на многократные срабатывания обратного клапана. При выбранной длине цилиндрического контейнера обеспечена возможность достаточного разгона шара перед его посадкой на посадочное седло. С минискоростными множественными посадками шара на посадочное седло создаются множественные микроудары, которые обеспечивают механическое разрушение осадков, корки на стенках от растворов и гидродинамическую очистку как самого посадочного седла, так и сопредельной зоны от разрушенных осадков. Эластичная втулка на наружной поверхности цилиндрического контейнера, как узел с другой инерцией срабатывания, обеспечивает гидроудары менее жесткими - сглаженными и менее опасными по разрушению посадочного седла. Для этой сдвоенной системы при длине цилиндрического контейнера, меньшей чем 1,5 диаметра шара, величина гидроудара не достаточна для разрушения осадков на посадочном седле. При длине цилиндрического контейнера, большей 3 диаметров шара, величина гидроудара опасна по разрушению посадочного седла. Для непредвиденных случаев, когда шар в любом случае остается на посадочном ограничителе (в крайнем нижнем положении, поскольку, например, он может быть заперт осадками) эластичная втулка выполняет также функцию дублера запорного элемента. В процессе многократных воздействий эластичная втулка испытывает знакопеременные нагрузки. Для снижения их разрушительного действия эластичная втулка в процессе работы должна все время иметь опору либо на наружную поверхность цилиндрического контейнера, либо на внутреннюю поверхность корпуса. Опытным путем подбирают материал эластичной втулки, ее толщину и зазор между наружной поверхностью цилиндрического контейнера и внутренней поверхностью корпуса из условия деформации (усталостной) эластичной манжеты, не превышающей предельно допустимой величины. В случае использования резины подбирают ее твердость по Шору.
На фигуре 1 изображен общий вид обратного клапана.
Обратный клапан для обсадной колонны скважины включает корпус 1, посадочное седло 2 для взаимодействия с запорным элементом в виде шара 3, который размещен в цилиндрическом контейнере 4, один торец которого жестко связан с посадочным седлом 2, другой торец выполнен с осевым каналом 5 и посадочным ограничителем перемещения 6 для шара 3. Боковая поверхность цилиндрического контейнера 4 имеет отверстия 7 и перекрыта снаружи эластичной втулкой 8. Длина цилиндрического контейнера 4 составляет 1,5-3 диаметра шара 3. Зазор между наружным диаметром цилиндрического контейнера 4 и внутренним диаметром корпуса 1 в месте размещения посадочного седла 2, а также эластичная втулка 8 выбраны таковыми, что обеспечивают взаимодействие последней с внутренней стенкой корпуса в процессе промывки скважины, закачки и продавки тампонажного раствора в пространство за обсадной колонной скважины при деформации эластичной манжеты 8, не превышающей ее предельно допустимой величины.
Посадочное седло 2 для взаимодействия с запорным элементом-шаром 3 снабжено уплотнительным эластичным элементом 9, который зафиксирован (поджат) на посадочном седле цилиндрическим контейнером 4. Этот контейнер закреплен на посадочном седле при помощи резьбы 10 и зафиксирован от отворота стопорными винтами 11. Эластичная втулка 8 выполнена с внутренним кольцевым буртом 12, который размещен в кольцевой канавке 13, выполненной по наружной поверхности цилиндрического контейнера 4. Герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 14. Для исключения засорения устройства над посадочным седлом 2 в корпусе 1 может быть установлен фильтрующий узел 15.
Обратный клапан для обсадной колонны работает следующим образом.
При закачке бурового или тампонажного растворов шар 3 перекрывает осевой канал 5 цилиндрического контейнера 4. В результате раствор через отверстия 7 цилиндрического контейнера 4, раздувая эластичную втулку 8, через башмак обсадной колонны (на фигуре башмак и обсадная колонна, связанная с корпусом, не показаны), поступает в пространство за обсадной колонной и корпусом 1.
На конечной стадии тампонирования скважины осуществляют периодические остановки в процессе продавки тампонажного раствора в пространство за обсадной колонной. Это заставляет срабатывать обратный клапан несколько раз с осуществлением микроударов и работы по очистке посадочного седла от осадков и созданию условий надежного окончательного срабатывания. После окончания процесса тампонирования скважины и снятия давления в обсадной колонне и корпусе 1, эластичная втулка 8 возвращается в свое первоначальное положение, перекрывая отверстия 7 цилиндрического контейнера 4. При этом шар 3 потоком тампонажного раствора, поступающего из пространства за обсадной колонной и корпусом 1 через осевой канал 5 цилиндрического контейнера 4, прижимается к посадочному седлу 2.
В целях повышения надежности срабатывания обратного клапана в определенных условиях его запорный элемент-шар может быть выполнен с удельным весом, близким к удельному весу закачиваемого тампонажного раствора, например, из капролона или на основе бакелита.
Заявленное устройство (как показали испытания) надежно в работе, просто в изготовлении, и является, по существу, сдвоенным при малой его длине.