ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для гидравлического сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством.
Известен переливной клапан (патент СССР № 1657582 МКИ Е 21 В 4/00, 21/00). Клапан содержит полый корпус с боковыми отверстиями, седло и запорный элемент, установленный внутри корпуса. Запорный элемент выполнен в виде эластичной упругой гильзы, закрепленной одним концом в корпусе, перекрывающей с зазором зоны боковых отверстий части корпуса и седла, и на свободном конце эластичной упругой гильзы в зоне седла выполнен конфузор.
В этом клапане при небольшом перепаде давления жидкость перетекает из затрубного пространства во внутреннюю полость бурильной колоны через боковые отверстия в корпусе и зазор между запорным элементом, корпусом и седлом.
Повышение перепада давления приводит к расширению конфузора и перекрытию зазора в зоне седла, переливной клапан закрывается. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.
Недостатком известного клапана является то, что при закрытии зазора между запорным элементом и седлом происходит увеличение диаметра конфузора. При закрытии клапана упругий материал, из которого выполнен запорный элемент,
воспринимает растягивающие его нагрузки. Для обеспечения устойчивого и прочного закрытия клапана, гильза изготовлена из упругого материала повышенной твердости. Чтобы обеспечить перекрытие зазора между упругой гильзой и седлом, необходимо приложить большие усилия, обеспечивающие растяжение упругого материала гильзы. Поэтому зазор между упругой гильзой и седлом выполнен минимальным и точным.
Минимальный зазор не обеспечивает быстрое перетекание промывочной жидкости из затрубного пространства внутрь бурильных труб и обратно при открытом клапане, а увеличение зазора между упругой гильзой и седлом способствует ненадежному (плохому) перекрытию клапана. Минимальный зазор между упругой гильзой и седлом так же способствует быстрому засорению этого зазора и отказу клапана.
Указанные недостатки частично устранены в переливном клапане фирмы «Dyna-Drill», который является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбран в качестве прототипа (см. книгу Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. «Винтовые забойные двигатели», М., Недра, 1999г., стр. 73, рис. 3.19). Переливной клапан содержит полый корпус с боковыми отверстиями, поршень, перемещающийся в корпусе, пружину, седло, уплотнения и манжету, установленную на наружной поверхности поршня.
При спуско-подъемных операциях перепад давления между затрубным пространством и внутренней полостью бурильных труб небольшой, поэтому поршень, при помощи пружины, удерживается в верхнем положении. Затрубное пространство через отверстия в корпусе и седле сообщается с внутренней
полостью бурильной колонны. Происходит заполнение или опорожнение бурильной колонны. При наличии циркуляции промывочной жидкости внутри бурильной колонны поршень под давлением жидкости перемещается в нижнее положение и закрывает отверстия в седле, разделяя затрубное пространство от внутренней полости бурильных труб. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.
Недостатком известного клапана является то, что манжета установлена на наружной поверхности поршня, а поршень не имеет боковых отверстий. Поэтому при спуско-подъемных операциях манжета не находится в постоянном контакте и подвергается воздействию жидкости (бурового раствора), движущейся со скоростью 10 л/с и содержащей до 5% песка. Тем самым жидкость, перетекая из затрубного пространства во внутрь бурильной колонны и обратно, засоряет посадочные поверхности седла и манжеты. Вследствие этого повышается абразивный износ манжеты, установленной на наружной поверхности поршня, и увеличивается размыв посадочных поверхностей поршня и седла.
Техническая задача, решаемая в данном изобретении, заключается в повышении долговечности и надежности переливного клапана бурильной колонны.
Указанная задача решается тем, что в предлагаемом переливном клапане, включающем полый корпус с боковыми отверстиями, седло, уплотнение, манжету, пружину и поршень, установленные внутри корпуса, согласно изобретению, манжета установлена во внутренней полости седла, а поршень снабжен боковыми отверстиями.
Эти новые признаки переливного клапана - манжета, установленная во внутренней полости седла, и поршень, снабженный боковыми отверстиями, в совокупности с известными обеспечивают постоянный контакт манжеты с поршнем. Благодаря этому песок не попадает на манжету, посадочные поверхности поршня и седла и не выводит его из рабочего состояния преждевременно. Благодаря этому также уменьшается размыв упорных поверхностей клапана.
На фигуре 1 показан общий вид переливного клапана в продольном разрезе. На фигуре 2 показан общий вид переливного клапана в закрытом положении. В корпус 1, с боковыми отверстиями 2, установлено седло 3 с манжетой 4 и закреплено пробками 5. На поршень 6, с боковыми отверстиями 7 и установленный в корпусе, надета пружина 8 и установлено уплотнение 9. Сверху, предохраняя поршень и пружину от выпадения, установлено пружинное кольцо 10.
Клапан работает следующим образом. При небольшой разнице давления между затрубным пространством А и внутренней полостью бурильных труб Б, промывочная жидкость свободно перетекает через боковые отверстия 7 выполненные в поршне 6, седле 3 и корпусе 1 из затрубного пространства А во внутреннюю полость бурильных труб Б и обратно.
При подаче промывочной жидкости в забойный механизм, давление во внутренней полости бурильных труб Б возрастает, а в затрубном пространстве А остается низким. При достижении определенного предела давления пружина 8, а, следовательно, и поршень 6, перемещается до упора в седло 3. При этом боковые
отверстия 7, выполненные в поршне 6, перемещаются за манжету 4, установленную в седле 3, и разделяют внутреннюю полость бурильных труб Б от затрубного пространства А (см. фиг.2). Промывочная жидкость по внутренней полости бурильных труб Б поступает в забойный механизм. При снижении давления во внутренней полости бурильных труб Б поршень 6, под действием пружины 8, перемещается до упора в пружинное кольцо 10 и внутренняя полость бурильных труб Б сообщается с затрубным пространством А, позволяя жидкости свободно перетекать из одной полости в другую.
Основным отличием данного клапана от прототипа является то, что в предлагаемой конструкции переливного клапана манжета, установленная во внутренней полости седла, и поршень снабженный боковыми отверстиями в совокупности с известными признаками обеспечивают постоянный контакт манжеты 4 с поршнем 6, что способствует предохранению ее от износа абразивными частицами, находящимися в промывочной жидкости и движущихся с большой скоростью.
Таким образом, предложенная конструкция клапана позволяет увеличить долговечность и надежность его работы.