Клапан для обсадной колонны
CASING VALVE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к цементированию обсадных колонн.
Известен клапан для обсадной колонны (патент на полезную модель RU № 38193, МПК Е21В 34/10, 33/08, опубл. 27.05.2004, Бюл. № 15), содержащий корпус, ограничитель с осевым и боковыми каналами, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах сверху с возможностью герметичного перекрытия боковых каналов. Ограничитель установлен в корпус с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом втулка снабжена соответствующими боковым каналам ограничителя радиальными отверстиями с частичным взаимным перекрытием и оснащена снизу заглушкой, а сверху – кольцевым выступом с каналами, причем кольцевой выступ зафиксирован в корпусе.
Недостатками данной конструкции клапана являются:
- во-первых, проходные каналы для заполнения колонны во время спуска имеют маленькую площадь, что может вызвать эффект «поршневания». Также они могут забиться шламом в процессе спуска;
- во-вторых, есть вероятность того, что ограничитель после сброса давления внутри колонны не полностью поднимется вверх до кольцевого выступа. В результате чего боковые каналы могут остаться частично открыты и цемент из затрубного пространства опять попадет внутрь обсадной колонны, что приведет к некачественному цементированию обсадной колонны, либо придется на время операции затвердевания цемента держать колонну под давлением.
Наиболее близким по технической сущности является клапан для обсадных колонн (патент RU № 2335619, МПК Е21В 34/06, 33/14, опубл. 10.10.2008, Бюл. № 28), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя. Ограничитель заглушен снизу и соединен с обсадной колонной. Обсадная колонна оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами. Втулка жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении с верхней плоскостью седла ограничителя и герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя снаружи. Для герметичного перекрытия изнутри боковых каналов ограничителя применена продавочная пробка с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборкой, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя. Кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия нижнего торца герметизирующей головки продавочной пробки с заглушкой ограничителя.
Недостатками данной конструкции клапана являются:
- во-первых, ненадежная посадка продавочной пробки в ограничитель, что может привести к срыву пробки из ограничителя после сброса давления внутри обсадной колонны и заполнению низа колонны цементом из затрубного пространства;
- во-вторых, ненадежное крепление хвостовика на срезных штифтах, выполняющего роль направляющего башмака всей обсадной колонны, с вероятностью преждевременного среза штифтов при спуске обсадной колонны в скважину, при встрече всевозможных уступов и каверн, что может привести к проблеме заполнения колонны во время спуска.
Технической задачей является создание надежной и простой конструкции клапана для обсадной колонны, позволяющей гарантированно заполнять обсадную колонну внутрискважинной жидкостью во время спуска, эффективно производить операцию цементирования и герметично перекрывать низ колонны после цементирования.
Техническая задача решается клапаном для обсадной колонны, включающим корпус с осевым каналом, седло с осевым и боковыми каналами и ограничительную втулку.
Новым является то, что боковые каналы седла выполнены радиальными, внутренняя полость корпуса оснащена кольцевой выборкой, сообщающей верхнюю и нижнюю внутренние полости клапана через радиальные каналы седла, и кольцевой проточкой, при этом седло снабжено выступами на нижнем торце, оснащено стопорным кольцом и зафиксировано срезными штифтами с возможностью ограниченного продольного перемещения вниз при посадке продавочной пробки и фиксации в кольцевой проточке, а в нижней части седла установлены уплотнительные элементы, имеющие возможность герметичного перекрытия радиальных каналов седла, причем ограничительная втулка снабжена впадинами и оснащена кольцевым уступом, ограничивающим перемещение седла вниз.
На фиг.1 изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в транспортном положении с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 изображен вид снизу.
На фиг. 3 изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в рабочем положении с частичным продольным разрезом.
Клапан для обсадной колонны включает корпус 1 (фиг. 1, 2) с осевым каналом 2, седло 3 с осевым 4 и боковыми каналами 5 и ограничительную втулку 6.
Боковые каналы 5 седла 3 выполнены радиальными (далее – радиальные каналы). Внутренняя поверхность корпуса 1 оснащена кольцевой выборкой 7, сообщающей верхнюю и нижнюю внутренние полости клапана через радиальные каналы 5 седла 3 в процессе спуска обсадной колонны, и кольцевой проточкой 8. При этом седло 3 снабжено выступами 9 на нижнем торце, оснащено стопорным кольцом 10 и зафиксировано срезными штифтами 11 (фиг. 1) с возможностью ограниченного продольного перемещения седла 3 (фиг. 1, 2) вниз при посадке продавочной пробки 12 (фиг. 2) и фиксации в кольцевой проточке 8 (фиг. 1, 2) корпуса 1 стопорным кольцом 10. Таким образом после посадки продавочной пробки 12 (фиг. 2) и среза штифтов 11 (фиг. 1)  седло 3 (фиг. 1, 2) перемещается вниз и фиксируется (стопорится) в кольцевой проточке 8 корпуса 1, надежно фиксируя седло 3 в этом положении. В нижней части седла 3 установлены уплотнительные элементы 13 (фиг. 1-3), имеющие возможность герметичного перекрытия радиальных каналов 5 (фиг. 1, 2) седла 3. При этом за счет уплотнительных элементов 13, например, изготовленных из маслобензостойкой резины, (фиг. 1-3) обеспечивается герметичность перекрытия верхней и нижней внутренней полости клапана. Исключается осевое вращение седла 3 (фиг. 1, 2). Причем ограничительная втулка 6 снабжена впадинами 14 и оснащена кольцевым уступом 15, ограничивающим перемещение седла 3 вниз. При движении вниз седло 3 с выступами 9 нижним торцом упирается во впадины 14, которые при разбуривании седла 3 предотвращают его осевое вращение.
Клапан для обсадной колонны работает следующим образом.
Клапан для обсадной колонны в составе обсадной колонны (на фиг. 1-3 не показана) спускается в скважину. В процессе спуска обсадная колонна заполняется внутрискважинной жидкостью через осевой канал 2 (фиг. 1, 2) корпуса 1, далее попадает в кольцевую выборку 7 и через радиальные каналы 5 седла 3. По достижении заданного интервала скважины начинают операцию цементирования по известной технологии. Закачивают расчетное количество цементного раствора, затем сбрасывают продавочную пробку 12 (фиг. 2) и начинают продавку цементного раствора в затрубное пространство. По достижении продавочной пробкой 12 седла 3 она попадает в осевой канал 4 седла 3, перекрывает боковые каналы 5, при этом происходит увеличение гидравлического давления внутри обсадной колонны и при определенном (расчетном) давлении происходит срез штифтов 11 (фиг. 1). Седло 3 с продавочной пробкой 12 (фиг. 2) при этом перемещаются вниз до упора седла 3 в кольцевой уступ 15 ограничительной втулки 6. Кроме того происходит герметичное перекрытие радиальных каналов 5 от осевого канала 2 корпуса 1 уплотнительными элементами 13 (фиг. 3). А стопорное кольцо 10 (фиг. 2) седла 3 стопорится в соответствующей кольцевой проточке 8 корпуса 1, надежно фиксируя при этом седло 3 от осевого перемещения. Таким образом получают давление «стоп». После этого сбрасывают давление внутри обсадной колонны и проверяют, держит ли седло 3 давление, создаваемое цементным раствором в затрубном пространстве. После этого колонну оставляют на операцию застывания цементного раствора.
Если по технологии требуется разбурить клапан, то на колонне бурильных труб спускают долото и разбуривают клапан (для этого он должен быть изготовлен из легкоразбуриваемого материала). Прокручивание седла 3 вокруг своей оси исключается благодаря тому, что седло 3 снабжено на нижнем торце выступами 9 (фиг. 1), которые попадают в соответствующие впадины 14 ограничительной втулки 6.
Предлагаемый клапан для обсадной колонны имеет простую и надежную конструкцию, позволяет гарантированно заполнять обсадную колонну внутрискважинной жидкостью во время спуска, эффективно производить операцию цементирования и герметично перекрывать низ колонны после цементирования.