Циркуляционный переводник бурильной колонны

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к циркуляционным переводникам бурильной колонны, позволяющим многократно переключать поток промывочной жидкости, включающей кольматанты, кислоты или другие технологические материалы, из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубное, с гидравлической изоляцией нижележащего оборудования.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны бурильной колонны по патенту RU №2599120 (опубл. 05.06.2015), содержащий корпус с циркуляционными портами, гильзу, неподвижно установленную в корпус, поршень с радиальными отверстиями и центральным каналом с возможностью перемещения вдоль оси гильзы, пружину, поджимающую поршень, гильза имеет наружные неподвижные уплотнения для обеспечения герметичности портов, поршень имеет наружные подвижные уплотнения для обеспечения герметичности портов, устройство для улавливания шаров - шароуловитель, в состав циркуляционного переводника бурильной колонны входят забрасываемые на поверхности в бурильные трубы шары активации и шары деактивации.
В работе циркуляционного переводника бурильной колонны самой ответственной частью является переключение направления подачи промывочной жидкости межу внутритрубным и затрубным пространством. Управление направлением потока через циркуляционный переводник бурильной колонны производится при помощи забрасываемых на поверхности управляющих шаров (шар активации, шар деактивации, шар блокирования), после доставки к циркуляционному переводнику бурильной колонны, приводящих к изменению положения поршня и состояния циркуляционного переводника бурильной колонны. Изменение состояния циркуляционного переводника бурильной колонны достигается строгим соблюдением последовательности доставляемых к нему управляющих шаров. Шары, в зависимости от назначения, имеют определенные физико-механические свойства и размер. Так, шар активации выполняется деформируемым, шар деактивации не деформируемым. Диаметр шара активации является наибольшим.
Циркуляционный переводник бурильной колонны может переключаться между не активированным - исходным состоянием, при котором оно не препятствует протоку жидкости по бурильной колонне в ходе нормального процесса бурения, и активированным состоянием, когда прерывается процесс бурения, для проведения технологических или аварийных мероприятий, когда вся прокачиваемая жидкость поступает в затрубье.
Активация циркуляционного переводника бурильной колонны осуществляется забросом на поверхности в бурильную колонну шара активации, который потоком промывочной жидкости перемещается по бурильным трубам и самоустанавливается в поршень, закрывая центральный канал и вызывая изменение давления действующего на поршень, который под действием давления жидкости смещается и открывает циркуляционные порты, соединяющиеся с затрубьем. Материал и диаметр шара активации, совместно с сечением проходного канала, определяют требуемое давление промывочной жидкости для его деформации и продавливания через поршень. Значение давления, необходимого для деформации шара активации является регламентируемым.
Благодаря наличию пружины циркуляционные порты активированного циркуляционного переводника бурильной колонны закрываются при остановке циркуляции, например, при смене прокачиваемой жидкости, наращивании бурильной колонны, предотвращая обратный переток жидкости из кольцевого затрубного пространства внутрь бурильной колонны.
Деактивация циркуляционного переводника бурильной колонны и перевод его в исходное состояние осуществляется забросом в бурильную колонну двух металлических шаров деактивации, которые потоком промывочной жидкости доставляются в порты и закрывают их, проводя к росту давления промывочной жидкости внутри бурильной колонны, возникшим давлением шар активации продавливается через седло, открывая проток по центральному каналу и улавливается шароуловителем, шары деактивации также перемещаются в шароуловитель. Поршень под действием пружины возвращается в первоначальное положение, закрывая порты. Шароуловитель рассчитан на размещение определенного количества шаров, определяющее количество циклов активации-деактивации.
Недостатком данного циркуляционного переводника бурильной колонны является то, что после активации, удержание шара активации вблизи седла, от его обратного движения не предусмотрена. Это снижает надежность срабатывания циркуляционного переводника бурильной колонны, например, при выключении циркуляции промывочной жидкости на горизонтальных участках скважины или при возникновении обратного течения. Возможен унос шар активации, удерживаемого на седле только силами трения, в бурильные трубы. В такой ситуации, при смене режима работы циркуляционного переводника бурильной колонны, требующего доставку шаров деактивации, возможно опережение ими шара активации на участке где внутренний диаметр бурильной трубы позволяет это сделать. При нарушении последовательности доставки шаров текущее состояние циркуляционного переводника бурильной колонны может стать незапланированным или неуправляемым, что приведет к необходимости выполнения дополнительных работ по исправлению ситуации с потерей производительного времени.
Другим недостатком данного циркуляционного переводника бурильной колонны является то, что в корпусе установлена гильза с дополнительными наружными уплотнениями портов корпуса, что снижает надежность устройства в плане присутствия дополнительных уплотнительных элементов конструкции, испытывающих высокие перепады давления.
Другим недостатком данного циркуляционного переводника бурильной колонны является то, что поршень выполнен цельным. Технологически сложно одновременно обеспечить все необходимые технические требования к внутренней поверхности поршня, внутри которой устанавливается, уплотняется и продавливается активации шар, по шероховатости, коррозионной стойкости, износостойкости и прочности. Изготавливать поршень из нержавеющих сплавов и сталей или упрочнять зону установки активационного шара методом наплавки твердых сплавов экономически нецелесообразно.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является циркуляционное устройство (устройство) для установки в составе бурильной колонны, известное по патенту US №7347288 (опубл. 2006.06.01), содержащее корпус с циркуляционными портами, поршень с центральным каналом и радиальными отверстиями с возможностью осевого перемещения вдоль оси корпуса, внутри которого размещено седло, гайку во входной части корпуса, возвратную пружину, поджимающую поршень к гайке и два закрепленных в корпусе циркуляционных порта. Клапан также содержит забрасываемый шар активации, выполненный с возможностью деформации и прохождения через участок сужения проходного сечения седла под действием давления промывочной жидкости в бурильной колонне, шары деактивации, забрасываемые последовательно и взаимодействующие с радиальными отверстиями в поршне для блокирования потока промывочной жидкости через циркуляционные порты и шар блокирования, улавливаемый сужением в циркуляционном порту и механически препятствующий возвращению поршня в исходное положение при отсутствии циркуляции, шар блокирования выполнен также с возможностью деформации и прохождения через участок сужения проходного сечения циркуляционного порта под действием давления промывочной жидкости в бурильной колонне. Циркуляционный переводник бурильной колонны также содержит, скрепленное по корпусу, устройство для улавливания шаров активации и деактивации, прошедших через седло. Данное циркуляционное устройство бурильной колонны выбрано за прототип.
В работе циркуляционного переводника бурильной колонны самой ответственной частью является переключение направления подачи промывочной жидкости межу внутритрубным и затрубным пространством. Управление направлением потока через циркуляционный переводник бурильной колонны производится при помощи забрасываемых на поверхности управляющих шаров (шар активации, шар деактивации, шар блокирования), после доставки к циркуляционному переводнику бурильной колонны, приводящих к изменению положения поршня и состояния циркуляционного переводника бурильной колонны. Изменение состояния циркуляционного переводника бурильной колонны достигается строгим соблюдением последовательности доставляемых к нему управляющих шаров. Шары, в зависимости от назначения, имеют определенные физико-механические свойства и размер. Так, шар активации выполняется деформируемым, шар деактивации не деформируемым. Диаметр шара активации является наибольшим.
Циркуляционный переводник бурильной колонны может переключаться между не активированным - исходным состоянием, при котором оно не препятствует протоку жидкости по бурильной колонне в ходе нормального процесса бурения, и активированным состоянием, когда прерывается процесс бурения, для проведения технологических или аварийных мероприятий, когда вся прокачиваемая жидкость поступает в затрубье. В рассматриваемом прототипе имеется возможность блокирования возвращения поршня в исходное положение, что обеспечит не только выход жидкости в затрубье но и ее поступление внутрь бурильных труб, что применяется при спуско-подъемных операциях бурильных труб для их заполнения и опорожнения, а также снижает риск попадания в нижележащие компоненты бурильной колонны опадающих с ее стенок посторонних частиц (цементной корки, ржавчины, наледи и пр.).
Перевод устройства в активированное состояние осуществляется забросом на поверхности в бурильную колонну шара активации, который потоком промывочной жидкости продвигается по бурильным трубам и самоустанавливается в седле поршня, закрывая центральный канал для протока жидкости и вызывая изменение давления действующего на поршень, что смещает его, открывая проход промывочной жидкости к циркуляционным портам через радиальные отверстия в нем. Материал и диаметр шара активации, совместно с сечением проходного сечения седла, определяют требуемое давление промывочной жидкости для его деформации и продавливания через него. Значение давления, необходимого для деформации шара активации является регламентируемым.
После активации также возможно заблокировать поршень от возвращения его в исходное положение после прекращения циркуляции, для чего забрасывается в бурильную колонну шар блокирования, который улавливается сужением одного из циркуляционных портов, таким образом, что выступающая из порта часть шара блокирования входит в специальное углубление поршня и механически препятствует его возврату в исходное положение. Материал и диаметр шара блокирования, совместно с сечением проходного канала циркуляционных портов, определяют требуемое давление промывочной жидкости для его деформации и продавливания через него в затрубье. Значение давления, необходимого для деформации шара блокирования является регламентируемым и выбирается менее давления необходимого для деформации шара активации для его первого прохода через циркуляционный порт.
Перевод в не активированное состояние - деактивация устройства осуществляется аналогичным способом, описанным выше.
Прошедшие через седло шары активации и деактивации задерживаются устройством для улавливания шаров, исключая их влияние на нижележащие элементы бурильной колонны. Шароуловитель рассчитан на размещение определенного количества шаров, определяющее количество циклов активации-деактивации без поднятия на поверхность для его очистки.
Недостатком данного циркуляционного переводника бурильной колонны также является то, что после активации, удержание шара активации вблизи седла, от его обратного движения не предусмотрено. Это снижает надежность срабатывания циркуляционного переводника бурильной колонны, например, при отсутствии циркуляции промывочной жидкости при нахождении устройства на горизонтальном участке скважины или при возникновении обратного течения через него. Шар активации, после посадки в седло, удерживается в нем только силами трения, поэтому возможен унос шар активации в бурильные трубы. В такой ситуации, при смене состояния устройства, требующее доставку шаров деактивации, возможно опережение ими шара активации на участке где внутренний диаметр бурильной трубы позволяет это сделать. При нарушении последовательности доставки шаров текущее состояние устройства может стать незапланированным или неуправляемым, что приведет к необходимости выполнения дополнительных работ по исправлению ситуации с потерей производительного времени.
При описании происходящих процессов в циркуляционном переводнике бурильной колонны используются термины выше и ниже, которые связаны с направлением 100 течения промывочной жидкости от устья к забою скважины. Так к элементам циркуляционного переводника бурильной колонны, мимо которых промывочная жидкостью проходит или они омываются ею ранее, применяется термин выше, позже-ниже.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности работы циркуляционного переводника бурильной колонны и повышения показателей бурения скважин при его использовании.
Технический результат достигается за счет того, что циркуляционный переводник бурильной колонны, содержащий корпус с циркуляционными портами, поршень с центральным каналом и радиальными отверстиями с возможностью продольного перемещения, седло, соединенное с поршнем и улавливающее выступающей в центральный канал поршня частью шар активации, когда последний приводится в движение потоком промывочной жидкости по направлению от поверхности к нижней части бурильной колонны, гайку, скрепленную с корпусом в его верхней части, возвратную пружину, поджимающую поршень к гайке, устройство для улавливания управляющих шаров, забрасываемые в бурильные трубы управляющие шары (активации, деактивации и блокирования), дополнительно содержит в верхней части циркуляционного переводника бурильной колонны, выше седла, ограниченно подвижный в продольном направлении шароудержатель, охватываемый внутренней поверхностью гайки с радиальным зазором, удерживающий от обратного движения шар активации, после его прохождения через него.
ш
ш
ш
Отличительными признаками предлагаемого циркуляционного переводника бурильной колонны от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что выше седла, ограниченно подвижно в продольном направлении, охватываемый внутренней поверхностью гайки с радиальным зазором, установлен шароудержатель 1 (см. фиг. 2, 6, 7). Шароудержатель представляет собой ступенчатую втулку. Внутренний диаметр ступенчатой втулки имеет пояс сужения диаметром D, выполненным меньше диаметра d шара активации. Ступенчатая втулка выполнена из материала имеющего упругие свойства. Для снижения усилия прохода шара активации через пояс сужения шароудержатель имеет продольные разрезы X, проходящие через пояс сужения D и равнорасположенные по окружности. Разрезы X в продольном направлении выходят на один из торцов ступенчатой втулки, не доходя до противоположного, образуя консольно-закрепленные лепестки длиной L. Лепестки, в пределах свойств материала, упруго подвижны. Пояс сужения расположен на расстоянии S<L/4 от торца, на который выходят продольные разрезы, как место, имеющее наибольшую радиальную подвижность лепестков. Поступающий в циркуляционный переводник бурильной колонны шар активации, толкаемый силой набегающего потока, воздействует на пояс сужения D (см. фиг. 2, 6), раздвигает лепестки в радиальном направлении, увеличивая его диаметр D, пока не пройдет через него. После прохождения шароудержателя 1, шар активации 2 самоустанавливается в седло 6 циркуляционного переводника бурильной колонны 5 (см. фиг. 4), что переводит его в активированное состояние. В силу упругости материала шароудержателя 1, пояс сужения, после прохода через него шара активации, принимает первоначальный диаметр D. Шароудержатель установлен с радиальным зазором А в гайке 4, скрепленной по резьбе с циркуляционным переводником бурильной колонны и имеет продольную подвижность в ней. Зона охвата гайкой шароуловителя Z<L/2. Шароудержатель ориентируется в циркуляционном переводнике бурильной колонны поясом сужения в сторону седла. При выключении циркуляции промывочной жидкости на горизонтальных участках скважины или при возникновении обратного течения 110, возможен сход шара активации с седла (см. фиг. 7), удерживаемого только силами трения, и движение его вверх - в сторону устья. При движении шара активации 2 от седла 6 вверх он воздействует на пояс сужения D с противоположной входу стороне. Силы трения шароудержателя 1 по гайке 4, совместно с его весом (на отличных от горизонтальных участках скважины), менее силы возникающей при раздвигании лепестков при проходе шара активации 2 через пояс сужения D, что приводит к сдвигу шароудержателя 1 вверх по гайке 4 и приближению зоны охвата гайкой 4 шароуловителя Z к поясу сужения на расстояние Т, ограничивая величину раздвигания лепестков значением радиального зазора А. Радиальный зазор А выполнен в соответствии: (1-(T/(L-S)))⋅(d-D)/2≤A<(d-D)/2, что ограничивает увеличение диаметра D пояса сужения при нахождении его на расстоянии Т от зоны охвата гайкой, менее диаметра dш шара активации. Подвижность шароудержателя в продольном направлении ограничена, например, вниз - упором торца K в торец G гайки, вверх - упором торца шароудержателя С в торец W ниппеля элемента бурильной колонны скрепленного с верхней частью циркуляционного переводника бурильной колонны или введением в состав циркуляционного переводника бурильной колонны выше гайки упорного элемента (на поясняющих фигурах отсутствует). Так реализовано удержание шара активации вблизи седла и невозможность выхода его за пределы циркуляционного переводника бурильной колонны, решающее проблему перепутывания последовательности поступления управляющих шаров к циркуляционному переводнику бурильной колонны.
Деактивация и блокирование циркуляционного переводника бурильной колонны производится аналогично прототипу, описанными выше действиями.
Прошедшие через седло шары активации и деактивации задерживаются устройством для улавливания шаров, аналогично прототипу, описанному выше.
Благодаря наличию шароудержателя, предлагаемая конструкция повышает условия применимости циркуляционного переводника бурильной колонны и надежности, при этом шароудержатель состоит всего из одной детали имеющую высокую технологичность.
На прилагаемых фигурах иллюстрируется сущность полезной модели.
На фиг. 1 изображен циркуляционный переводник бурильной колонны в исходном положении, скрепленный в верхней и нижней части с бурильной колонной, в которую вышел шар активации и может обойти шары деактивации, в шароуловителе условно показаны уловленные шар активации и два деактивации, справа представлена увеличенная основная часть.
На фиг. 2 и 3 изображены возможные исполнения шароудержателя.
На фиг. 4 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в активированном положении, шар активации сброшен в скважину и закрыл седло, перепуск промывочной жидкости осуществляется через отверстия циркуляционных портов.
На фиг. 5 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны, в процессе деактивациии, шар активации и деактивации сброшены в скважину, шар активации закрыл седло, шары деактивации закрыли радиальные отверстия в поршне, пропуск промывочной жидкости через циркуляционный переводник бурильной колонны отсутствует, идет рост давления.
На фиг. 6 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем в момент прохождения через него шара активации.
На фиг. 7 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем, при движении шара активации от седла к устью.
На фиг. 8 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем дополненным поясом увеличения диаметра, при движении шара активации от седла к устью.
При описании происходящих процессов в циркуляционном переводнике бурильной колонны используются термины выше и ниже, которые связаны с направлением 100 течения промывочной жидкости от устья к забою скважины. Так к элементам циркуляционного переводника бурильной колонны, мимо которых промывочная жидкостью проходит или они омываются ею ранее, применяется термин выше, позже-ниже.
Циркуляционный переводник бурильной колонны 5, позволяет многократно переключать поток промывочной жидкости, включающей кольматанты, кислоты или другие технологические материалы, из внутреннего пространства 10 бурильной колонны в затрубное 11, с гидравлической изоляцией нижележащего оборудования. Управления траекторией подачи промывочной жидкости межу внутритрубным 10 и затрубным 11 пространством циркуляционным переводником бурильной колонны производится при помощи забрасываемых на поверхности управляющих шаров: шар активации 2, шар деактивации 3, шар блокирования (на фиг. не показан). Шары, в зависимости от назначения, имеют определенные физико-механические свойства и размер. Так, шар активации 2 и блокирования выполняются деформируемыми, шар деактивации 3 не деформируемым. Диаметр шара активации 2 является наибольшим, блокирования - наименьшим. Доставка управляющих шаров к циркуляционному переводнику бурильной колонны производится силой набегающего потока прокачиваемой по трубам промывочной жидкости, совместно с силой тяжести на вертикальных участках скважины. После доставки, шар активации 2 улавливается седлом 6 (см. фиг. 4), шары деактивации 3 блокируют поток промывочной жидкости через радиальные отверстия в поршне активированного циркуляционного переводника бурильной колонны (см. фиг. 5), шар блокирования предотвращает возвращение поршня под действием пружины. Только строгое соблюдением последовательности доставляемых к циркуляционному переводнику бурильной колонны 5 управляющих шаров, гарантирует правильность его работы. Соблюдение последовательности забрасываемых на поверхности в бурильные трубы управляющих шаров еще не гарантирует их правильный порядок после отключения циркуляции промывочной жидкости, ввиду их возможного перемешивания в бурильных трубах 7 (см. фиг. 1), особенно при возникновении обратного течения 110 в бурильных трубах и при работе на горизонтальном участке скважины.
Управляющие шары закладываются внутрь бурильных труб 7 на поверхности и доставляются до циркуляционного переводника бурильной колонны 5 силой набегающего потока прокачиваемой по трубам промывочной жидкости, совместно с силой тяжести на вертикальных участках скважины. После доставки, шар активации 2 улавливается седлом 6, перекрывая центральный канал для протока жидкости и вызывая изменение давления действующего на поршень, что смещает его вдоль оси и переводит инструмент в активированное состояние и сообщению через радиальные отверстия поршне и циркуляционные порты в корпусе внутритрубного пространства 10 с затрубным 11 (см. фиг. 4) для проведения запланированных работ (ликвидация поглощения путем закачки кольматанта или установка кислотных ванн для ликвидации прихвата и т.д.). После прекращения циркуляции, поршень под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение, перекрывая сообщение с затрубьем 11. Удержание шара активации 2 на седле 6 обеспечивается силами трения по нему. При возникновении обратного течения 110 со стороны долота к устью (см. фиг. 7) возможен сход шара активации 2 с седла 6 и унос его в бурильные трубы 7 (см. фиг. 1). В такой ситуации, для смены режима работы циркуляционного переводника бурильной колонны и доставке последующих шаров деактивации 3 или блокирования возможно опережение ими шара активации 2 на участке где внутренний диаметр бурильной трубы 7 позволяет это сделать. При нарушении последовательности доставки шаров текущее состояние циркуляционного переводника бурильной колонны может стать незапланированным или неуправляемым, что приведет к необходимости выполнения дополнительных работ по исправлению ситуации с потерей производительного времени.
Для исключения нарушения последовательности поступления управляющих шаров к циркуляционному переводнику бурильной колонны 5, в его верхней части (см. фиг. 6), выше седла 6, устанавливается шароудержатель 1 (см. фиг. 2, 6, 7), пропускающий шар активации 2 к седлу 6 циркуляционного переводника бурильной колонны 5 (см. фиг. 6) и препятствует выходу его обратно за пределы циркуляционного переводника бурильной колонны 5 (см. фиг. 7), где расточки позволяют шарам деактивации, активации и блокирования перепутаться (см. фиг. 1), изменяя начальную последовательность заброса шаров в бурильные трубы 7 на поверхности.
ш
ш
ш
ш
Шароудержатель представляет собой ступенчатую втулку. Внутренний диаметр ступенчатой втулки имеет пояс сужения диаметром D, выполненным меньше диаметра d шара активации. Ступенчатая втулка выполнена из материала имеющего упругие свойства. Для снижения усилия прохода шара активации через пояс сужения шароудержатель имеет продольные разрезы X, проходящие через пояс сужения D и равнорасположенные по окружности. Разрезы X в продольном направлении выходят на один из торцов ступенчатой втулки, не доходя до противоположного, образуя консольно-закрепленные лепестки длиной L. Лепестки, в пределах свойств материала, упруго подвижны. Пояс сужения расположен на расстоянии S<L/4 от торца, на который выходят продольные разрезы, как место, имеющее наибольшую радиальную подвижность лепестков. Поступающий в циркуляционный переводник бурильной колонны шар активации, толкаемый силой набегающего потока, воздействует на пояс сужения D (см. фиг. 2, 6), раздвигает лепестки в радиальном направлении, увеличивая его диаметр D, пока не пройдет через него. После прохождения шароудержателя 1, шар активации 2 самоустанавливается в седло 6 циркуляционного переводника бурильной колонны 5 (см. фиг 4), что переводит его в активированное состояние. В силу упругости материала шароудержателя 1, пояс сужения, после прохода через него шара активации, принимает первоначальный диаметр D. Шароудержатель установлен с радиальным зазором А в гайке 4, скрепленной по резьбе с циркуляционным переводником бурильной колонны и имеет продольную подвижность в ней. Зона охвата гайкой шароуловителя Z<L/2. Шароудержатель ориентируется в циркуляционном переводнике бурильной колонны поясом сужения в сторону седла. При выключении циркуляции промывочной жидкости на горизонтальных участках скважины или при возникновении обратного течения 110, возможен сход шара активации с седла (см. фиг. 7), удерживаемого только силами трения, и движение его вверх - в сторону устья. При движении шара активации 2 от седла 6 вверх он воздействует на пояс сужения D с противоположной входу стороне. Силы трения шароудержателя 1 по гайке 4, совместно с его весом (на отличных от горизонтальных участках скважины), менее силы возникающей при раздвигании лепестков при проходе шара активации 2 через пояс сужения D, что приводит к сдвигу шароудержателя 1 вверх по гайке 4 и приближению зоны охвата гайкой 4 шароуловителя Z к поясу сужения на расстояние Т, ограничивая величину раздвигания лепестков значением радиального зазора А. Радиальный зазор А выполнен в соответствии: (1-(T/(L-S)))⋅(d-D)/2≤A<(d-D)/2, что ограничивает увеличение диаметра D пояса сужения при нахождении его на расстоянии Т от зоны охвата гайкой, менее диаметра d шара активации. Подвижность шароудержателя в продольном направлении ограничена, например, вниз-упором торца К в торец G гайки, вверх - упором торца шароудержателя С в торец W ниппеля элемента бурильной колонны скрепленного с верхней частью циркуляционного переводника бурильной колонны или введением в состав циркуляционного переводника бурильной колонны выше гайки упорного элемента (на поясняющих фигурах отсутствует). Так реализовано удержание шара активации вблизи седла и невозможность выхода его за пределы циркуляционного переводника бурильной колонны, решающее проблему перепутывания последовательности поступления управляющих шаров к циркуляционному переводнику бурильной колонны.
Дополнительно к описанному выше (см. фиг. 2) конструктивному исполнению шароудержателя, как вариант улучшения эксплуатационной характеристики, при сохранении принципа работы, на наружной поверхности, на расстоянии M<L/2 от торца (см. фиг. 3 и 8), на который выходят продольные разрезы, расположен пояс увеличения диаметра d также разделяемый продольными разрезами. Пояс увеличения диаметра выполняется d>Dr. При движении шара активации в обратном направлении(см. фиг. 8), он упирается в пояс сужения D, вызывая смещение шароудержателя вверх по гайке. Ход шароудержателя вверх конструктивно выполнен так, что контакт пояса увеличения диаметра d с диаметром в гайке Dr наступает ранее чем торцов С и W на величину хода R. Контакт пояса увеличения диаметра d с диаметром в гайке Dr, приводит к упругому сжатию лепестков в радиальном направлении и уменьшению диаметра D пояса сужения, чем дополнительно исключается проход шара активации через пояс сужения в направлении от седла к гайке. Усилие, требуемое для сжатия пояса увеличения диаметра d для прохода через диаметр Dr в гайке также препятствует выпадению, установленного шароудержателя из циркуляционного переводника бурильной колонны при его транспортировке и монтаже в бурильную колонну.
Преобразованию усилия осевого воздействия шара активации в радиальное, воздействующее на пояс сужения D и раздвигающее лепестки, при проходе шара активации сверху вниз, способствует переход к поясу сужения, выполненный под углом F. Практически применимыми значениями угла F можно считать значения от 7 градусов до 89 градусов. Так выполнение перехода с углом F менее 7 градусов значительно увеличит длину перехода и самого шароудержателя в целом, а выполнение более 89 градусов, например под 90 градусов, приведет к образованию острой кромки, способной повредить шар активации, имеющий прочностные параметры ниже металла и затруднит его проход через шароудержатель.
Для исключения заклинивания, прошедшего через шароудержатель, шара активации, при обратном течении, в шароудержателе выполнен переход F1 к образующей пояса сужения под углом от 45 градусов до 90 градусов. Данный диапазон значений угла перехода F1 выбран как превышающий угол самоторможения, определяемый силами трения шар активации -шароуловитель. Шар активации обычно выполняется из пластиков, таких как полиэтилентерефталат, полиамид-имид, имеющих низкий параметр ползучести и высокую устойчивость к раскалыванию при механических воздействиях. Согласно справочным данным, коэффициент трения шар активации - шароуловитель находится в диапазоне 0,15-0,3, что соответствует углу самоторможения 17-33 градусов.
При установке и демонтаже шароудержателя в циркуляционный переводник, преобразование усилия осевого воздействия на него, в усилие сжатия пояса увеличения диаметра d, требуемого для вхождения его в диаметр гайки Dr выполняют переходы к поясу увеличения диаметра d от основной поверхности выполненные под углами F2 и F3. Угол F3 также определяет преобразование осевого усилия при контакте перехода пояса увеличения диаметра с гайкой, при действующем на шароудержатель шаре активации, движущемся в направлении от седла к гайке. Практически применимыми значениями углов перехода F2 и F3 можно считать значения от 7 до 89 градусов. Так выполнение переходов со значениями углов F2 и F3 менее 7 градусов значительно увеличат длину перехода и самого шароудержателя в целом, а выполнение более 89 градусов, например под 90 градусов, не обеспечит преобразование прилагаемого осевого усилия в усилие сжатия пояса увеличения диаметра d при взаимодействии перехода с поверхностью гайки.
Реализация остальных процессов происходящих при активации, деактивации, блокировании и работа устройства для улавливания шаров активации и деактивации аналогичны прототипу.
На прилагаемых фигурах иллюстрируется сущность полезной модели.
На фиг. 1 изображен циркуляционный переводник бурильной колонны в исходном положении, скрепленный в верхней и нижней части с бурильной колонной, в которую вышел шар активации и может обойти шары деактивации, в шароуловителе условно показаны уловленные шар активации и два деактивации, справа представлена увеличенная основная часть.
На фиг. 2 и 3 изображены возможные исполнения шароудержателя.
На фиг. 4 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в активированном положении, шар активации сброшен в скважину и закрыл седло, перепуск промывочной жидкости осуществляется через отверстия циркуляционных портов.
На фиг. 5 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны, в процессе деактивациии, шар активации и деактивации сброшены в скважину, шар активации закрыл седло, шары деактивации закрыли радиальные отверстия в поршне, пропуск промывочной жидкости через циркуляционный переводник бурильной колонны отсутствует, идет рост давления.
На фиг. 6 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем в момент прохождения через него шара активации.
На фиг. 7 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем, при движении шара активации от седла к устью.
На фиг. 8 изображена часть циркуляционного переводника бурильной колонны в исходном положении, с установленным шароудержателем дополненным поясом увеличения диаметра, при движении шара активации от седла к устью.