ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к обратным клапанам, устанавливаемым в колонне обсадных труб.
Известен «Клапан для обсадных колонн» (патент RU №2250355, 7Е21В 34/06, 33/14 опубл. Бюл. №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором. взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, при этом наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, причем седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жестко соединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, из которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, при этом наружная плоскость цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, причем эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной.
Недостатками этого клапана являются:
- высокие затраты на изготовление, обусловленные большим количеством сопрягаемых деталей, точностью их изготовления и подгонки;
- большое гидравлическое сопротивление при закачке цементного раствора, т.к. выполнение боковых каналов для заполнения обсадной колонны скважинной жидкостью и сопрягаемые в радиальном направлении ограничитель и втулка увеличивают поперечные размеры клапана и одновременно уменьшают диаметр его осевого отверстия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Обратный клапан для обсадной колонны» (патент RU №2232871, 7Е21В 34/06, 33/14 опубл. Бюл. №20 от 20.07.2004 г.), включающий цилиндрический корпус с осевым каналом, шарнирно прикрепленный снизу к корпусу подпружиненный запорный элемент, втулку с дроссельными отверстиями в нижней части, установленную в осевом канале корпуса и фиксированную срезными элементами, и сбрасываемую управляющую пробку, при этом втулка выполнена с радиальными дроссельными отверстиями, открытыми для заполнения через них скважинной жидкостью обсадных труб при их спуске, при этом осевой канал втулки закрыт снизу запорным элементом.
Недостатками этого клапана являются:
- высокие затраты на изготовление, обусловленные большим количеством сопрягаемых деталей, точностью их изготовления и подгонки;
- низкая надежность, т.к. сбрасываемый сверху шар может не достичь посадочного седла втулки клапана из-за изгибов или выступов обсадной колонны, особенно в наклонных и искривленных скважинах;
- большое гидравлическое сопротивление, обусловленное громоздкостью запорного элемента клапана и недостаточно большим диаметром осевого отверстия, что увеличивает время и усилие закачки в скважину тампонажного раствора.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной и дешевой конструкции обратного клапана для обсадной колонны, позволяющей производить закачку тампонажного раствора с минимальными гидравлическими сопротивлениями и без дополнительных операций по приведению запорного элемента клапана в рабочее положение.
Техническая задача решается обратным клапаном для обсадной колонны, включающим цилиндрический корпус с осевым каналом, оснащенным снизу седлом, шарнирно прикрепленным снизу подпружиненным запорным элементом, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с седлом, и дроссельными отверстиями для заполнения скважинной жидкостью через них обсадной колонны при спуске.
Новым является то, что запорный элемент выполнен изогнутой формы, позволяющей плотно прилегать к стенке обсадной колонны в открытом состоянии, а седло выполнено сложной формы под запорный элемент, при этом дроссельные отверстия выполнены в запорном элементе и перекрыты обратным клапаном.
На фиг.1 показан обратный клапан для обсадной колонны в исходном положении при спуске обсадной колонны в скважину (разрез), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.2, на фиг.4 - клапан при заполнении затрубного пространства тампонажным раствором, на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.
Обратный клапан для обсадной колонны содержит цилиндрический корпус 1 (фиг.1) с осевым каналом 2, оснащенным снизу седлом 3, шарнирно прикрепленным снизу с помощью оси 4 с применением возвратной пружины 5 запорным элементом 6. Запорный элемент 6 выполнен с возможностью герметичного, благодаря эластичному уплотнителю 7, взаимодействия с седлом 3 корпуса 1 и имеет дроссельные отверстия 8, сообщающиеся с осевым каналом 2 корпуса 1 и предназначенные для заполнения скважинной жидкостью обсадной колонны 9 при спуске в скважину (на фиг. не показана).
При этом запорный элемент 6 (фиг.4, 5) с целью уменьшения гидравлического сопротивления при закачке тампонажного раствора выполнен изогнутой формы, позволяющей плотно прилегать к стенке обсадной колонны 9 в открытом состоянии, а седло 3 (фиг.2) корпуса 1 выполнено сложной формы, соответствующей изгибу запорного элемента 6, и может быть наклонено по отношению к оси канала 2 (фиг.1) для уменьшения рабочего хода запорного элемента 6. Дроссельные отверстия 8, выполненные в запорном элементе 6, перекрыты обратным, например, лепестковым клапаном 10. При этом площадь дроссельных отверстий 8 и толщину лепестков 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) рассчитывают, исходя из внутреннего диаметра обсадной колонны 9 и скорости ее спуска в скважину, что позволяет исключить переливы промывочной жидкости па устье скважины, а также недолив обсадной колонны 9 и ее смятие.
Обратный клапан для обсадной колонны работает следующим образом.
Перед спуском в скважину клапан герметично, благодаря упорному 12 и уплотнительному 13 кольцам, устанавливают между трубами обсадной колонны 9 в требуемом интервале. Затем клапан в составе обсадной колонны 9 спускают в скважину. При этом с увеличением скорости спуска обсадной колонны 9 увеличивается перепад давлений под клапаном и над ним, благодаря чему лепестки 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) «раскрываются» (приподнимаются вверх), освобождая дроссельные отверстия 8 и обеспечивая заполнение через них обсадной колонны 9 скважинной жидкостью. При выравнивании давления в момент остановок обсадной колонны 9 лепестки 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) закрываются, плотно прижимаясь к запорному элементу 6 и перекрывая дроссельные отверстия 8. При необходимости промывки скважины запорный элемент 6 под воздействием потока промывочной жидкости повернется вокруг оси 4, не препятствуя проведению указанной операции.
После спуска обсадной колонны 9 до проектной глубины производят закачку тампонажного раствора в скважину. Запорный элемент 6 (фиг.4) при этом, поворачиваясь вокруг оси 4 и преодолевая сопротивление пружины 5, прижмется к стенке обсадной колонны 9, максимально открывая осевой канал 2. После завершения процесса закачки давление в верхней части обсадной колонны 9 снижают до атмосферного. При этом запорный элемент 6 (фиг.1) под действием пружины 5 плотно, благодаря эластичному уплотнителю 7, прижимается к седлу 3 корпуса 1 и закрывает осевой канал 2. Ввиду большой вязкости тампонажното раствора и постепенного его обезвоживания, а также за счет малой величины отклонения лепестков 11 обратного клапана 10 от его первоначального положения происходит «зашламление» (заполнение) дроссельных отверстий 8 запорного элемента 6 и лепестков 11 клапана 10 вязкой составляющей тампонажного раствора, что исключает несанкционированное проникновение раствора из затрубья обсадной колонны 9 внутрь.
Преимущество предлагаемого обратного клапана для обсадной колонны заключается в том, что его конструкция благодаря минимальной металлоемкости и изогнутой поперечной форме запорного элемента позволяет производить закачку тампонажного раствора с минимальным гидравлическим сопротивлением, а присутствие дополнительного обратного клапана на запорном элементе исключает проведение дополнительных операций по приведению запорного элемента клапана в рабочее положение, что позволяет сэкономить время и средства на цементирование обсадной колонны.