ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН
CIRCULATING VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обеспечения гидравлической связи межтрубного пространства, с осевым каналом труб лифтовой колонны, при проведении различных технологических операций.
Известна конструкция циркуляционного клапана (см. «Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин». Ю.В. Зайцев, Р.А. Максутов, О.В. Чубанов и др. - M.; «Недра», 1984 г. с.88-89).
Клапан состоит из корпуса, в осевом канале которого перемещается золотник, на наружной поверхности которого выполнены фигурные пазы, в которые входят фиксатор. В осевом канале золотника выполнено посадочное место под седло шарового клапана. Золотник подпружинен относительно корпуса. При подаче избыточного давления, золотник с седлом шарового клапана перемещается вниз, с открытием гидравлической связи осевого канала с межтрубным пространством.
Для закрытия клапана необходимо сбросить новое седло с шариком и повторить операцию, путем подачи избыточного давления.
Недостатки:
- необходимость применения сбросного седла с шариком для управления открытием, закрытием циркуляционного клапана, причем проблематично освободить осевой канал золотника от седла с шариком при первом сбросе, что препятствует проведения работ по закрытию клапана с использованием повторно-сбрасываемого седла с шариком;
- освобождение осевого канала золотника происходит при избыточном давлении, превосходящим давление при котором смещается золотник, что приводит к возникновению гидравлического канала, с негативным воздействием на конструкцию;
- при открытии, закрытии циркуляционного клапана с перемещением золотника внутри корпуса, уплотнительные кольца проходят мимо перепускных окон, что негативно влияет на их целостность и долговечность.
Известен циркуляционный клапан (см. «Строительство газовых и газокон-денсатных скважин», Сб. научных тр. АНИИ газ, Москва, 1997 г., с.18-21).
Клапан состоит из ствола, связанного с лифтовой колонной труб. Корпус охватывает ствол, с образованием кольцевой камеры, связанной циркуляционными отверстиями с осевым каналом ствола, оснащенного кольцевым поршнем, образующим подвижное с корпусом. Кольцевая камера снизу перекрыта ввертыщем и содержит упорную втулку. В теле корпуса выполнены циркуляционные отверстия на уровне расположения втулки. Корпус поджат к кольцевому поршню на стволе, за счет усилия пружины.
При подаче рабочей жидкости в межтрубное пространство, корпус перемещается вверх относительно ствола, с расположением циркуляционных отверстий в корпусе, на уровне расположения циркуляционных отверстий ствола.
После сброса давления усилием сжатой пружины корпус возвращается в исходное положение.
Известна конструкция устройства для циркуляции жидкости в скважине (см. а.с. №1.509.514, М кл E21B 36/06, опубл. 23.09.89 г., бюлл. №35), принятая за прототип. Устройство включает корпус с радиальными каналами, подпружиненный полый ступенчатый шток, образующий с корпусом камеру низкого давления. На нижнем конце корпуса установлена гильза, с перепускным клапаном и насечкой на внешней стороне, образующей тормозной гидравлический канал. В корпусе между ступенчатым штоком и корпусом установлен полый поршень с уплотнениями, перекрывающий в исходном положении радиальные каналы в теле корпуса.
На верхнем конце ступенчатого штока установлена гайка. Ступенчатый шток нижним концом образует подвижное соединение с гильзой и опирается на пружину.
При создании избыточного давления в осевом канале устройства, последнее воспринимается полым поршнем и ступенчатым штоком, что приводит к их перемещению относительно корпуса и образованию гидравлической связи осевого канала корпуса, с межтрубным пространством скважины через радиальные каналы в корпусе.
При перемещении ступенчатого штока происходит сжатие пружины и выдавливание жидкости через перепускной клапан в теле гильзы. При подаче избыточного давления в межтрубное пространство скважины, рабочая жидкость через тормозные канала проходит в камеру низкого давления. При этом усилием пружины и воздействием избыточного давления на ступенчатый шток, последний перемещается вверх, с возвратом полого поршня в исходное положение.
Недостаток:
- при открытии циркуляционного клапана, полый поршень с уплотнениями проходит мимо циркуляционных отверстий, что снижает долговечность и надежность работы;
- наличие постоянной гидравлической связи камеры низкого давления, через резьбовое соединение тормозного канала, в ряде случаев может привести к его забиванию и попаданию мех примесей внутрь.
Технический результат, который может быть получен при реализации предполагаемого изобретения заключается в возможности образования гидравлической связи межтрубного пространства с внутритрубным, через устройство при его открытии, с сохранением целостности уплотнителя в момент открытия, за счет ввода во взаимодействие с ним кольцевого выступа золотника.
Технический результат достигается тем, что корпус с радиальными отверстиями снабжен полым ступенчатым штоком с гайкой, кольцевой клапан уплотнения. Полый ступенчатый шток снабжен упором и кольцевым выступом, с продольными отверстиями, перекрытыми в верхней части кольцевым клапаном и установлен с возможностью взаимодействия упором с сужением в корпусе, ниже места выполнения радиальных отверстий, причем под кольцевым выступом выполнен карман, гидравлически связанный через кольцевой клапан между кольцевым выступом и гайкой в корпусе, с его осевым каналом, а диаметр кольцевого выступа принят равным внутреннему диаметру уплотнителя.
Конструкция циркуляционного клапана поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - конструкция циркуляционного клапана в разрезе, в закрытом положении;
- на фиг.2 - конструкция циркуляционного клапана в разрезе, при образовании гидравлической связи межтрубного пространства с внутритрубным. Циркуляционный клапан состоит из корпуса 1, с переходником 2 на нижнем конце, в осевом канале которого установлено ограничительное кольцо 3.
Внутри осевого канала корпуса 1 выполнена ступенчатая расточка 4, в которой установлен полый ступенчатый шток 5, охваченный уплотнителем 6, установленным в осевом канале корпуса 1, зафиксированный гайкой 7. В нижней части ступенчатой расточки 4 корпуса 1, под внутренним выступом 8, установлен комбинированный уплотнитель 9, поджатый стопорной гайкой 10. Полый ступенчатый шток 5 с комбинированным уплотнителем 9, имеет сужение в верхней части и снабжен кольцевым выступом 11, с рядом продольных отверстий 12, перекрытых сверху кольцевым клапаном 13.
Ход кольцевого клапана 13 вверху ограничен гайкой 14. Между наружным диаметром кольцевого выступа 11 и внутренним диаметром гайки 7, образован кольцевой канал 15, гидравлически связанный с карманом 16. Полый ступенчатый шток 5 снабжен упором 17, которым он опирается на посадочное место в сужении 18, в ступенчатой расточке 4 корпуса 1, за счет взаимодействия с пружиной 19. На внешней стороне корпуса 1, выполнена кольцевая расточка 20, в которой выполнен ряд радиальных отверстий 21.
Наружный диаметр кольцевого выступа 11 принят равным по размеру внутреннему диаметру уплотнителя 6. Наружный диаметр комбинированного уплотнителя 9, принят по размеру больше, чем наружный диаметр уплотнителя 6.
Работа циркуляционного клапана
Устройство вводится в состав труб лифтовой колонны и вводится в скважину, с расположением на заданной глубине.
При избыточном давлении, создаваемом в осевом канале труб лифтовой колонны клапан закрыт.В этих условиях полый ступенчатый шток 5 с комбинированным уплотнителем 9 находится в крайнем верхнем положении, с опорой упором 17, на посадочное место в сужении 18, что изолирует межтрубное пространство от внутритрубного.
Для создания гидравлической связи межтрубного пространства с внутритрубным, осуществляют подачу под давлением рабочей жидкости, с воздействием на площадь поперечного сечения полого ступенчатого штока 5, с комбинированным уплотнителем 8, через радиальные отверстия 21 в теле корпуса 1.
Это приводит к перемещению полого ступенчатого штока 5 вниз, до входа кольцевого выступа 11 в контакт с уплотнителем 6, с расположением кармана 16 под радиальным отверстием 21 в теле корпуса 1. Это позволяет жидкости из межтрубного пространства поступать в карман 16, откуда через продольные отверстия 12, в теле кольцевого выступа 11, в осевой канал труб лифтовой колонны, при отрыве кольцевого клапана 13 от кольцевого выступа 11 и переходом его в крайнее верхнее положение к гайке 14.
После сброса давления рабочей жидкости, усилием сжатой пружины 19, полый ступенчатый шток 5, с комбинированный уплотнителем 9, перемещается вверх в осевом канале корпуса 1 до входа упором 17 в посадочное место в сужении 18, с прекращением гидравлической связи межтрубного пространства с внутритрубным и выходом кольцевого выступа 11 из взаимодействия с уплотнителем 6 в осевом канале корпуса 1. Кольцевой клапан 13 садится на кольцевой выступ 11, с перекрытием продольных отверстий 12. В таком положении циркуляционный клапан нормально закрыт.