ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН

Предложение относится к технике бурения скважин и может быть использовано для перепуска потока жидкости в бурильной колонне.
Известен переливной клапан для забойных механизмов (авторское свидетельство SU №898028 МПК 7 Е 21 В 4/00, опубл. Бюл. №2 от 25.01.82 г.), содержащий полый корпус с радиальными каналами, внутри которого установлен подпружиненный плунжер с тарелкой и седо с перепускными каналами, при этом клапан снабжен установленной над седлом ступенчатой обоймой, внутри которой размещена тарелка плунжера, а в нижней части плунжер выполнен заглушенным и с кольцевым выступом для взаимодействия с седлом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является перепускной клапан (авторское свидетельство SU №1469094 МПК 7 Е 21 21/10, опубл. Бюл. №12 от 30.03.1989 г.), включающий корпус с радиальными отверстиями, верхним и нижними внутренним кольцевыми выступами, седло, тарелку с осевым сквозным каналом и уплотнительными элементами на рабочей и наружной боковой поверхностях, упругий элемент и установленный в корпусе клапана соосно с радиальными отверстиями фильтр, при этом седло клапана установлено с возможностью возвратно-поступательного ограниченного движения относительно корпуса клапана, причем упругий элемент установлен над тарелкой клапана и упором верхним своим концом в верхний внутренний кольцевой выступ корпуса, а нижним - в верхний торец тарелки, при этом в нижней части седла клапана, выступающей из корпуса, выполнена ступень, диаметр которой больше диаметра седла.
Как аналогу, так и прототипу в той или иной степени присущи общие недостатки, связанные с тем, что:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством деталей, конструктивные размеры которых зависят друг от друга;
- во-вторых, в процессе спуска устройства в скважину из-за контакта долота со стенкой скважины возможна посадка седла на тарелку клапана, в связи с чем, нарушается
равномерное заполнение буровым раствором внутренней полости элементов бурильной колонны, поступающего туда из кольцевого пространства через фильтр и радиальные отверстия;
- в-третьих, весьма малая площадь контакта рабочих поверхностей седла и тарелки, при этом уплотнительный элемент, установленный на рабочей поверхности постоянно подвергается динамической нагрузке, связанной с пульсацией бурового раствора и вибрацией бурильной колонны в процессе бурения скважины, в результате чего упомянутый уплотнительный элемент выдавливается и перепускной клапан теряет герметичность, в связи с чем снижается надежность его в работе.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности его работы за счет предотвращения потери герметичности клапана в процессе бурения.
Техническая задача решается перепускным клапаном, включающим корпус с радиальными отверстиями, верхним и нижним внутренними кольцевыми выступами, тарелку с осевым сквозным каналом, седло фиксированное от проворота шпонкой и установленное с возможность возвратно-поступательного ограниченного движения относительно корпуса, при этом тарелка и седло снабжены рабочими поверхностями, уплотнительные элементы и установленный в корпусе клапана соосно с радиальными отверстиями фильтр.
Новым является то, что тарелка установлена жестко между верхним и нижним внутренними кольцевыми выступами корпуса, при этом в транспортном положении седло соединено с корпусом срезным элементом, а в рабочем - герметично перекрывает радиальные отверстия корпуса, при этом тарелка снабжена наружной цилиндрической рабочей поверхностью, а седло внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, которые выполнены с возможностью взаимного перекрытия и должны соответствовать следующей зависимости:
1
2
L≥L,
1
где L - величина возвратно-поступательного ограниченного движения седла относительно корпуса, м;
2
L - величина осевого удаления верхнего торца седла, при его нахождении в крайнем нижнем положении и до упора его в торец тарелки, м.
На фигуре изображен перепускной клапан в продольном разрезе. Перепускной клапан состоит из корпуса 1 с верхним 2 и нижним 3 внутренними кольцевыми выступами и радиальными отверстиями 4, с расположенными в них фильтрами 5, установленную жестко между верхним 2 и нижним 3 внутренними кольцевыми выступами корпуса 1 тарелку 6 с осевым сквозным каналом 7 и наружной цилиндрической рабочей поверхностью 8. Седло 9 снабжено внутренней цилиндрической рабочей поверхностью 10 и установлено с возможность возвратно-поступательного ограниченного движения относительно корпуса 1 и зафиксировано от поворота шпонкой
11. Шпонка 11 предназначена для передачи крутящего момента с корпуса 1 на седло 9.
Вместо шпоночного соединения корпуса 1 с седлом 9 может быть использовано любое другое соединение, обеспечивающее возвратно-поступательное движение седла 9 и передачу крутящего момента с корпуса 1 на седло 9.
Наружная цилиндрическая рабочая поверхность 8 тарелки 6 и внутренняя цилиндрическая рабочая поверхность 10 седла 9 взаимообращены относительно друг к другу и с целью полного взаимного перекрытия должны соответствовать следующей зависимости:
1
1
L≥L,
1
где L- величина возвратно-поступательного ограниченного движения седла 9 относительно корпуса 1, м;
2
L - величина осевого удаления верхнего торца седла, при его нахождении в крайнем нижнем положении и до упора его в торец тарелки, м. В транспортном положении седло 9 соединено с корпусом 1 срезным элементом 12, а в рабочем положении седло 9 герметично посредством уплотнительных элементов 13 перекрывает радиальные отверстия 4 корпуса 1.
Перепускной клапан работает следующим образом.
Перепускной клапан устанавливают выше бурового долота (на фиг. не показано) в любой технологически обоснованной части компоновки низа бурильной колонны (непосредственно над долотом, между утяжеленными бурильными трубами и т.д.). При спуске долота в скважину седло 9, соединенное с корпусом 1 срезным элементом 12 находится в транспортном положении (см. фигуру), благодаря чему между тарелкой 6 и седлом 9 имеется достаточно большой зазор.
Буровой раствор из кольцевого пространства (на фиг. не показано) через фильтры 5 и радиальные отверстия 4 и указанный зазор перетекает внутрь перепускного клапана и заполняет внутреннюю полость всех элементов бурильной колонны. Долото спускают до забоя и включают буровой насос. Буровой раствор от насоса поступает в бурильную колонну и выходит в кольцевое пространство через радиальные отверстия 4 и фильтр 5 и насадки долота.
Далее разгружают колонну бурильных труб на забой скважины, в результате чего под весом колонны бурильных труб срезной элемент 12 разрушается и седло 9, вместе с находящейся ниже бурильной компоновкой перемещаются вверх. При этом взаимообращенные навстречу друг к другу наружная цилиндрическая рабочая поверхность 8 тарелки 6 и внутренняя цилиндрическая рабочая поверхность 10 седла 9 вступают в контакт друг с другом и взаимно перекрываются. При этом седло 9 проходит расстояние, соответствующее величине L2 (см. фиг.) и благодаря уплотнительным элементам 13 герметично перекрывает радиальные отверстия 4 корпуса 1, чем предотвращает утечки бурового раствора из внутренней полости перепускного клапана в кольцевое пространство.
В результате буровой раствор от насоса поступает в кольцевое пространство только через насадки долота (на фиг. не показано). При вращении корпуса 1 крутящий момент на буровое долото передается через шпонку 11.
Для осуществления промывки скважины (например, перед подъемом инструмента для смены отработанного долота) долото приподнимают над забоем на некоторую высоту, при этом наружная цилиндрическая рабочая поверхность 8 тарелки 6 и внутренняя цилиндрическая рабочая поверхность 10 седла 9 выходят из контакта друг с другом и седло 9 занимает крайнее нижнее положения, образуя первоначальный зазор с тарелкой 6, через который буровой раствор направляется в кольцевое пространство через радиальные отверстия 4 и фильтр 5.
При этом промывка осуществляется при небольшом значении перепада давлений на насадках долота. Если перепускной клапан стоит над гидравлическим забойным двигателем, то это практически предотвращает работу этого двигателя вхолостую при промывке.
При подъеме инструмента на поверхность элементы перепускного клапана находятся в том же положении, что и при промывке. При этом обеспечивается быстрое опорожнение верхней части бурильной колонны за счет беспрепятственного интенсивного перетока бурового раствора из колонны бурильных труб через зазор между тарелкой 6 и седлом 9, радиальные отверстия 4 и фильтр 5 в кольцевое пространство, предотвращая потери бурового раствора и загрязнение пола буровой после отвинчивания ведущей трубы или верхней свечи колонны бурильных труб.
Предлагаемый перепускной клапан имеет простую конструкцию и обладает достаточной надежностью в работе за счет предотвращения потери герметичности клапана, в связи с чем сокращаются потери бурового раствора в системе буровой насос-долото, а это несомненно повышает эффективность процесса бурения.