ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ПЕРЕВОДНИК БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к устройствам выборочной подачи текучей среды в ствол скважины, а именно к циркуляционным переводникам бурильной колонны с гидравлическим забойным двигателем.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на изобретение №2440482. 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 необходимость учитывать количество изменений циркуляции, для определения текущего состояния делительного механизма и направления подачи текучей среды.
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 необходимость учитывать количество изменений циркуляции, для определения текущего состояния делительного механизма и направления подачи текучей среды.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №155225 (прототип). 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.
Задачами полезной модели являются повышение надежности, многократное использование сбросовых шаров, снижение гидравлических потерь и абразивного износа деталей циркуляционного переводника бурильной колонны.
Поставленная задача решается за счет того, что циркуляционный переводник бурильной колонны включает пустотелый корпус, с внешними радиальными отверстиями, в которых установлены промывочные насадки, ступенчатый золотник с радиальными отверстиями, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе, золотник подпружинен относительно внутреннего выступа корпуса и внешнего выступа, выполненного на золотнике пружиной, ход золотника ограничен гайкой, в золотнике выполнено центральное отверстие, в котором установлено седло для сбросовых шаров активации, снизу к корпусу прикреплена труба с закрепленной корзиной для приема сбросовых шаров активации и шаров дезактивации после переключения режимов, причем для переключения режимов используются не разрушаемые жесткие сбросовые шары активации, а седло выполнено из эластичного материала и зафиксировано в расточке золотника кольцевым выступом, выполняющем функции защелки. На кольцевом выступе выполнен заходной конус. Проходной диаметр седла, меньше диаметра сбросового шара активации и подобран таким образом, чтобы он проходил через проходной диаметр седла при необходимом давлении. Для совмещения внешних радиальных отверстий, выполненных в корпусе с радиальными отверстиями золотника, на золотнике выполнен боковой паз, в который входит штифт, закрепленный в корпусе. С двух сторон радиальных отверстий золотника установлены уплотнительные кольца. Внешние радиальные отверстия выходят в кольцевую расточку с заходными конусными поверхностями, выполненную внутри корпуса. Седло выполнено из маслобензостойкой резины или полиуретана. Седло может быть армировано металлическим кольцом.
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 циркуляционного переводника бурильной колонны применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…5, где:
На фиг. 1 показан циркуляционный переводник бурильной колонны в положении, когда буровой раствор поступает к долоту.
На фиг. 2 показан циркуляционный переводник бурильной колонны в положении, когда сбросовый шар активации сброшен и скважина промывается через открытые радиальные отверстия корпуса и золотника.
На фиг. 3 показан циркуляционный переводник бурильной колонны в положении, когда сброшены шары дезактивации и радиальные отверстия в корпусе и золотнике перекрыты.
На фиг. 4 показан циркуляционный переводник бурильной колонны в положении, когда сбросовый шар активации и шары дезактивации перемещены в корзину и устройство возвращено в исходное положение.
На фиг. 5 показан увеличенный вид А.
1
Циркуляционный переводник бурильной колонны состоит из пустотелого корпуса 1, с внешними радиальными отверстиями 2, в которых установлены промывочные насадки 3, ступенчатый золотник 4 с радиальными отверстиями 5, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе 1, золотник 4 подпружинен относительно внутреннего выступа 6 корпуса 1 и внешнего выступа 7, выполненного на золотнике 4 пружиной 8, ход золотника 4 ограничен гайкой 9, в золотнике 4 выполнено центральное отверстие 10, в котором установлено седло 11 для сбросовых шаров активации 12, снизу к корпусу 1 прикреплена труба 13 с закрепленной корзиной 14 для приема сбросовых шаров активации 12 и шаров дезактивации 15 после переключения режимов, причем для переключения режимов используются не разрушаемые жесткие сбросовые шары активации 12, а седло 11 выполнено из эластичного материала и зафиксировано в расточке 16 золотника 4 кольцевым выступом 17, выполняющем функции защелки. На кольцевом выступе 17 выполнен заходной конус 18. Проходной диаметр D седла 11, меньше диаметра D сбросового шара активации 12 и подобран таким образом, чтобы он проходил через проходной диаметр D седла 11 при необходимом давлении. Для совмещения внешних радиальных отверстий 2, выполненных в корпусе 1 с радиальными отверстиями золотника 4, на золотнике 4 выполнен боковой паз 19, в который входит штифт 20, закрепленный в корпусе 1. С двух сторон радиальных отверстий 5 золотника 4 установлены уплотнительные кольца 21. Внешние радиальные отверстия 2 выходят в кольцевую расточку 22 с заходными конусными поверхностями 23, выполненную внутри корпуса 1. Седло 11 выполнено из маслобензостойкой резины или полиуретана. Седло 11 может быть армировано металлическим кольцом.
Циркуляционный переводник бурильной колонны работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с колонной буровых труб. В положении, показанном на фиг. 1 промывочная жидкость через центральное отверстие 10 золотника 4 поступает к забойному двигателю и долоту. В случае необходимости интенсивной промывки скважины, в скважину бросают сбросовый шар активации 12. Шар активации 12 задерживается седлом 11. Давление выше шара активации увеличивается, золотник 4 сжимая пружину 8, двигается до упора вниз, радиальные отверстия 5 совмещаются с внешними радиальными отверстиями 2. Точную ориентацию радиальных отверстий 5 с внешними радиальными отверстиями 2 обеспечивает штифт 20, закрепленный в корпусе 1 и входящий в паз 19, выполненный на боковой поверхности золотника. Поток промывочной жидкости направляется в затрубное пространство. Уплотнительные кольца 21 снижают гидравлические потери и абразивный износ, связанный с перетоком промывочной жидкости через кольцевой зазор между корпусом 1 и золотником 4. Для предохранения уплотнительных колец от повреждения, при прохождении острых краев радиальных отверстий 2 внутри корпуса 1, выполнена кольцевая расточка 22 с заходными конусными поверхностями 23. В положении, показанном на фиг. 1, осуществляется также подъем сухой колонны. При необходимости снова направить поток промывочной жидкости к забойному двигателю и долоту, в скважину сбрасывают два шара дезактивации 15. Шары дезактивации 15 перекрывают радиальные отверстия 5, давление повышается, седло 11 выполненное из эластичного материала сжимается, и сбросовый шар активации 12 вместе с шарами дезактивации 15 продавливается в корзину 14, закрепленную в трубе 13. После подъема сбросовые шары активации 12 могут использоваться многократно. За счет кольцевого выступа 17 с заходным конусом 18 обеспечивается установка и надежная фиксация седла 11 в расточке 16 золотника 4.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность устройства.
2. Снизить гидравлические потери и абразивный износ.
3. Использовать сбросовые шары многократно.
4. Повысить качество очистки ствола скважины.
5. Увеличить объем прокачиваемой промывочной жидкости.
6. Увеличить скорость восходящего потока промывочной жидкости.