ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам переливных клапанов бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем (далее ГЗД). Переливной клапан бурильной колонны с ГЗД предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спускоподъемных операциях с целью заполнения и опорожнения бурильной колонны буровым раствором.
Известна конструкция переливного клапана забойного двигателя (Патент RU №2407876, МПК Е21В 4/02, опубл. 27.12.2010), включающая соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит патрубок с каналами, гидравлически сообщающими полость внутри корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана, ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным каналом, переключатель клапана с перепускными каналами для сообщения центрального канала с кольцевой полостью, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень с переключателем в верхнем положении. Пружина сжатия расположена по направлению потока ниже перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана.
Недостатком известной конструкции является нахождение пружины и ограничителя хода поршня в открытой полости, что при их разрушении приведет к попаданию частей разрушенных деталей в нижележащую компоновку, что не допустимо.
Известен переливной клапан бурильной колонны с гидравлическим героторным двигателем (Патент RU №2204688, МКИ: Е21В 21/10, Е21В 34/06, опубл. 20.05.2003), который принят за прототип, содержащий корпус с осевым и радиальными каналами, резьбами на его краях, размещенный с возможностью скольжения поршень, а также втулку и пружину между ними, поршень размещеный внутри втулки и образующий с ним клапанную ступенчатую пару, причем верхний торец втулки и верхняя часть поршня ограничены от перемещения вверх закрепленным в корпусе направляющим кольцом, втулка содержит уменьшенный пояс скольжения с нижней частью поршня по сравнению с увеличенным поясом скольжения с верхней частью поршня, периметр пояса скольжения втулки с нижней частью поршня составляет 0,33…0,77 от периметра пояса скольжения втулки с верхней частью поршня, а пружина размещена в полости между верхней частью поршня и нижней частью втулки, при этом поршень выполнен с рядом радиальных каналов, расположенных ниже от радиальных отверстий в корпусе, а корпус образует с втулкой тупиковую кольцевую щель, которая сообщена с полостью между втулкой и поршнем радиальными окнами.
Недостатком известной конструкции является отсутствие ограничения движения поршня вниз, что приводит к полному сжатию пружины, приводящее, как известно, к снижению ее ресурса, поломке и неработоспособности переливного клапана.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности и увеличении ресурса переливного клапана в составе бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством, заполнения и опорожнения колонны буровым раствором.
Технический результат достигается за счет того, что переливной клапан бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем, содержащий корпус с осевым и радиальными отверстиями, присоединительные резьбы на его краях, ступенчатую втулку с осевым и радиальными каналами, ступенчатый поршень с осевым и радиальными каналами с возможностью скольжения внутри ступенчатой втулки, пружину, гайку, увеличенный пояс скольжения в верхней части, уменьшенный пояс скольжения в нижней части ступенчатой втулки со ступенчатым поршнем, согласно полезной модели, в корпусе, ниже радиальных каналов ступенчатого поршня, установлена упорная втулка, с проходным диаметром меньшим, чем диаметр поршня в уменьшенном поясе скольжения.
Кроме того, согласно полезной модели, наружная поверхность поршня под пружиной может быть выполнена без выступающих участков над диаметром поршня в уменьшенном поясе скольжения.
Кроме того, согласно полезной модели, проходное сечение упорной втулки может быть выполнено с профильными вырезами.
В отличие от прототипа, в предлагаемой полезной модели, в корпусе, ниже радиальных каналов ступенчатого поршня, установлена упорная втулка, с проходным диаметром меньшим, чем диаметр поршня в уменьшенном поясе скольжения, образуя упорный торец, ограничивающий перемещение поршня вниз и сжатие пружины. Кроме того, наружная поверхность поршня под пружиной может быть выполнена без выступающих участков над диаметром поршня в уменьшенном поясе скольжения, что в случае поломки пружины не даст возможность ее фрагментам препятствовать закрытию клапана, и позволит провести работы связанные с доведением расхода буровой жидкости до нижележащей компоновки. Кроме того, проходное сечение упорной втулки может быть выполнено с профильными вырезами для снижения оседания шлама на упорном торце.
Преимуществом предлагаемой полезной модели является повышение надежности и увеличении ресурса переливного клапана в составе бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством, заполнения и опорожнения колонны буровым раствором.
На фиг. 1 показан продольный разрез переливного клапана бурильной колонны с ГЗД в открытом положении.
На фиг. 2 показан продольный разрез переливного клапана бурильной колонны с ГЗД в закрытом положении.
На фиг. 3 показан поперечный разрез варианта выполнения проходного сечения упорной втулки.
Переливной клапан бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем (фиг. 1, фиг. 2) содержит корпус 1, с присоединительными резьбами 13 и 14 на его краях, ступенчатую втулку 2, ступенчатый поршень 3 с возможностью скольжения внутри ступенчатой втулки 2. В полости 22 между верхней частью 16 ступенчатого поршня 3 и нижней частью 17 ступенчатой втулки 2 размещена пружина 4. Ступенчатая втулка 2 и ступенчатый поршень 3 ограничены от перемещения вверх закрепленной по резьбе 5 в корпусе гайкой 6. Ступенчатая втулка 2 со ступенчатым поршнем 3, в нижней части имеют уменьшенный пояс скольжения 29, по сравнению с увеличенным поясом скольжения 28 в верхней части. Ступенчатый поршень 3 выполнен со сквозным осевым каналом 8 и рядом радиальных каналов 9, расположенных ниже от радиальных отверстий 12 в корпусе 1 и совместно с уменьшенным поясом скольжения 29 ступенчатой втулки 2 образуют золотниковую пару. В корпусе 1, ниже радиальных каналов 9 ступенчатого поршня 3, установлена упорная втулка 7 с проходным сечением 30, диаметром Б меньшим, чем диаметр В ступенчатого поршня 3 в уменьшенном поясе скольжения 29. Переход к диаметру Б упорной втулки 7, образует упорный торец 21 для нижнего торца 20 ступенчатого поршня 3, ограничивая сжатие пружины 4 при перемещении поршня 3 вниз величиной хода А, который выбирается исходя из максимально допустимого сжатия пружины 4, с учетом перехода радиальных каналов 9 в ступенчатом поршне 3 за уплотнение 25 уменьшенного пояса скольжения 29. Корпус 1 образует со ступенчатой втулкой 2 тупиковую кольцевую щель 10, которая сообщена с полостью 22 между ступенчатой втулкой 2 и ступенчатым поршнем 3 радиальными каналами 11 в ступенчатой втулке 2, а с затрубьем 23 радиальными отверстиями 12 в корпусе 1.
Радиальные отверстия 12 снабжены пробками 15, с регламентированными сквозными отверстиями, для защиты от попадания крупных инородных частиц из затрубья 23 во внутренние полости клапана.
Входная часть внутренней поверхности 18 гайки 6 и верхней части 19 ступенчатого поршня 3 имеет выполненный конфузором вниз профиль, таким образом, что образующая конфузорной внутренней поверхности 18 гайки 6 расположена над верхней частью поверхности 19 ступенчатого поршня 3 для снижения гидроабразивного воздействия бурового раствора. Для обеспечения герметичности в поясах скольжения, в соответствующие проточки деталей установлены уплотнения 25 и 26. Для обеспечения герметичности тупиковой кольцевой щели 10 по обе стороны от нее установлены уплотнения 24 и 27. Кроме того, наружная поверхность ступенчатого поршня 3 под пружиной 4 выполнена без выступающих участков над диаметром В ступенчатого поршня 3 в уменьшенном поясе скольжения 29. Проходное сечение 30 упорной втулки 7 может быть выполнено с профильными вырезами 31 (фиг. 3) для снижения оседания шлама на упорном торце 21.
Переливной клапан бурильной колонны с ГЗД работает следующим образом. Для устранения сифона бурового раствора при подъеме и обеспечении заполнения бурильной колонны (не показано) при спуске в компоновку ГЗД (не показано) включается переливной клапан. Преимущественно применяется компоновка низа бурильной колонны: долото - ГЗД - шламоуловитель - переливной клапан. Перед каждой спускоподъемной операцией проверяется работоспособность переливного клапана. При спуске колонны, давление в затрубном пространстве 23 (фиг. 1) превышает давление внутри бурильной колонны (не показано), в состав которой входит переливной клапан. Поток буровой жидкости поступает через пробки 15 в радиальные отверстия 12 в корпусе 1, тупиковую кольцевую щель 10, попадая через радиальные каналы 11 ступенчатой втулки 2 в полость 22, прижимая давлением, совместно с усилием предварительно сжатой пружины 4, ступенчатый поршень 3 к гайке 6 (клапан открыт). Далее буровая жидкость проходит из полости 22 через ряд радиальных каналов 9 ступенчатого поршня 3 к осевому каналу 8, сообщаясь с внутренней полостью бурильных труб. Заполнение бурильной колонны обеспечено, холостое вращение ГЗД при этом отсутствует. При подаче бурового раствора в колонну бурильных труб ступенчатый поршень 3 перемещается вниз под действием положительной разницы давлений в колонне бурильных труб и затрубном пространстве 23 до соприкосновения нижнего торца 20 ступенчатого поршня 3 с упорным торцом 21 упорной втулки 7. При этом происходит разобщение радиальных каналов 9 в ступенчатом поршне 3 и полости 22, соответственно и разобщение внутренней полости бурильной колонны и затрубного пространства 23 (клапан закрыт) (фиг. 2). Клапан остается закрытым при наличии положительной разницы давления в бурильной колонне и затрубном пространстве 23. Поступление всего объема бурового раствора в нижележащую компоновку обеспечено. При подъеме колонны бурильных труб, давление внутри бурильной колонны и затрубным пространством 23 выравнивается, ступенчатый поршень 3, под действием ранее сжатой 4 пружины, перемещается вверх до упора в гайку 6 (клапан открыт). Радиальные каналы 9 в ступенчатом поршне 3 и полость 22 сообщаются, далее через радиальные окна 11 ступенчатой втулки 2, кольцевую щель 10, радиальные отверстия 12 и пробки 15 буровая жидкость из внутренней полости бурильных труб протекает в затрубье 23. Опорожнение бурильной колонны обеспечено, розлива бурового раствора на поверхности, при расстыковке бурильных труб не происходит.
В открытом положении клапана проникновение частиц твердой фазы раствора в пояс скольжения в верхней части ступенчатого поршня 3 предотвращается прижимом предварительно сжатой пружины 4, нижнего торца гайки 6 и верхнего торца ступенчатого поршня 3.
Твердые частицы раствора и песка дросселируются в полости 22 между верхней частью 16 ступенчатого поршня 3 и нижней частью 17 ступенчатой втулки 2, где очищаются кромками золотниковой пары ступенчатого поршня 3 и ступенчатой втулки 2, а также уплотнением 25 между ними.
Выполнение полезной модели с указанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками позволяет повысить надежность и увеличить ресурс переливного клапана бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством, заполнения и опорожнения колонны буровым раствором.