Клапан для обсадной колонны
CASING STRING VALVE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к цементированию обсадных колонн.
Известен клапан для обсадной колонны (авторское свидетельство SU № 1654547, МПК Е21В 34/10, 33/14 опубл. 07.06.1991 г.), содержащий корпус, во внутренней полости которого размещена втулка с седлом, установленная с возможностью ограниченного осевого перемещения. Под втулкой размещен запорный орган со штоком, который зафиксирован в башмаке срезным элементом. Усилие срезного элемента больше давления опрессовки обсадной колонны, а ход втулки меньше хода штока запорного органа. При закачке цементного раствора в затрубное пространство цементный раствор проходит осевой канал втулки, смещает вниз запорный орган через окна корпуса, выходит в затрубное пространство. После окончания цементирования пружина прижимает запорный орган к седлу втулки и вместе с ней перемещает его вверх до упора втулки в бурт корпуса, предотвращая переток цементного раствора из затрубного пространства внутрь обсадной колонны.
Недостатками данного клапана являются:
- во-первых, наличие пружины, которая подвержена вероятному слому при многократном сжимании и, как следствие, приводящее к заклиниванию работы клапана;
- во-вторых, отсутствие возможности мгновенного перекрытия проходного канала, так как при обратном давлении столба цементного раствора из затрубного пространства часть цементного раствора успевает пройти внутрь колонны, прежде чем клапан сработает на 100%, что в свою очередь приводит к оставлению внутри обсадной колонны над клапанном пространстве остатков цементного раствора, препятствующего в дальнейшем спуску глубинно-насосного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности является клапан для обсадных колонн (патент RU №2335619, МПК Е21В 34/06, опубл. 10.10.2008 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, при этом ограничитель заглушен снизу и соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами, втулка жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении с верхней плоскостью седла ограничителя и герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя снаружи, при этом клапан для обсадных колонн снабжен размещенным сверху обратным клапаном в виде продавочной пробки с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборкой, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя, причем кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия нижнего торца герметизирующей головки продавочной пробки с заглушкой ограничителя.
Недостатками данной конструкции клапана являются:
- во-первых, наличие дополнительной муфты увеличивает количество резьбовых соединений на коротком участке, что может привести к пропускам по резьбовой части, снижению герметичности обсадной колонны;
- во-вторых, ненадежное крепление хвостовика на срезных штифтах, выполняющего роль направляющего башмака всей обсадной колонны, с вероятностью преждевременного среза штифтов при спуске обсадной колонны в скважину, при встрече всевозможных уступов и каверн;
- в-третьих, отсутствие герметизации хвостовика с внутренней частью муфты.
Технической задачей является повышение эффективности работы клапана для обсадной колонны за счет создания надежного и герметичного перекрытия нижней части обсадной колонны от проникновения цемента внутрь обсадной колонны после окончания цементирования, а также упрощение конструкции клапана для обсадной колонны.
Техническая задача решается клапаном для обсадной колонны, включающим жестко установленную втулку и седло.
Новым является то, что втулка установлена в нижней части клапана, оснащена внутренней конусной проточкой в нижней части, промывочными и центральным отверстиями, седло размещено выше втулки, зафиксировано срезными штифтами с возможностью осевого перемещения вниз и оснащено промывочными отверстиями и центральным отверстием с резьбой, в которое установлен запорный герметизирующий элемент, представляющий собой металлический цилиндр с закрепленными на нем расправляющимися пластинами, с наружной стороны которых прикреплена резиновая герметизирующая юбка, и имеет возможность раскрытия и герметичного перекрытия промывочных отверстий втулки при движении седла посредством среза штифтов после посадки в него продавочной пробки.
На фиг.1, фиг. 2 изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в продольном разрезе.
Клапан для обсадной колонны включает жестко установленную (например, посредством резьбового соединения или сварки) втулку 1 (фиг. 1) и седло 2. Корпус 3 клапана имеет внутреннюю резьбу 4 в верхней части для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1, 2 не показано) и резьбу в нижней части 5 для соединения с башмаком (на фиг. 1, 2 не показано).
Втулка 1 (фиг. 1) установлена в нижней части клапана. В нижней части втулка 1 оснащена внутренней конусной проточкой 6, а также промывочными отверстиями 7 и центральным отверстием 8. Седло 2 размещено внутри корпуса 3 выше втулки 1, зафиксировано срезными штифтами 9 с возможностью осевого перемещения вниз. Седло 2 оснащено промывочными отверстиями 10 и центральным отверстием 11 с внутренней резьбой. В центральном отверстии 11 с помощью резьбового соединения установлен запорный герметизирующий элемент 12, представляющий собой металлический цилиндр с закрепленными на нем расправляющимися пластинами 13 из пружинной стали и выполненными таким образом, что в свободном состоянии расправляющиеся пластины 13 стремятся расправиться в разные стороны. При этом с наружной стороны расправляющихся пластин 13 прикреплена (например, заклепана или заклеена) резиновая герметизирующая юбка 14 (фиг. 2).  Запорный герметизирующий элемент 12 (фиг. 1) имеет возможность раскрытия и герметичного перекрытия промывочных отверстий 7 втулки 1 при движении седла 2 после посадки в него продавочной пробки 15 (фиг. 2) посредством среза штифтов 9 (фиг. 1). В транспортном положении (фиг.1) верхняя часть расправляющихся пластин 13 с резиновой юбкой 14 (фиг. 2) находится в сжатом состоянии в центральном отверстии 8 втулки 1.
Клапан для обсадных колонн работает следующим образом.
Нижний конец обсадной колонны перед ее спуском в ствол скважины (на фиг. 1, 2 не показано) оборудуют предлагаемым клапаном для обсадной колонны. В процесс спуска обсадной колонны в скважину находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх сквозь промывочные отверстия 7(фиг. 1) и 10, заполняя внутреннее пространство обсадной колонны. При этом верхняя часть расправляющихся пластин 13 с резиновой юбкой  14 (фиг. 2) снаружи находится внутри центрального отверстия 8 (фиг. 1) втулки 1. Спуск обсадной колонны в скважину продолжают до достижения забоя скважины.
После спуска обсадной колонны в скважину на проектную глубину, осуществляют закачку цементного раствора в обсадную колонну. После закачки цементного раствора и продавки его необходимым количеством продавочной жидкости продавочная пробка 15 (фиг. 2) садится в седло 2 (фиг. 1). При повышении давления до расчетной величины продавочная пробка 15 (фиг. 2), срезая штифты 9 (фиг. 1), сдвигает седло 2 до упора во втулку 1. При этом расправляющиеся пластины 13 с резиновой юбкой 14 (фиг. 2)  выходят из центрального отверстия 8 (фиг. 1) втулки 1, раскрываются и, расправляясь, герметично перекрывают промывочные отверстия 7 втулки 1 и промывочные отверстия 10 седла 2.
Таким образом, в момент получения давления «СТОП» запорный герметизирующий элемент 12 благодаря своей конструкции мгновенно и надежно перекрывает промывочные отверстия 7, 10 и исключает обратное поступление цементного раствора из заколонного пространства скважины внутрь обсадной колонны.
Обеспечивается герметичность устройства, а также недопущение оставления части цементного раствора внутри обсадной колонны над клапаном. Повышается эффективность работы клапана для обсадной колонны.
Предлагаемый клапан для обсадной колонны имеет простую конструкцию, что повышает качество его сборки, является эффективным устройством, позволяет создать герметичную клапанную систему, обеспечивает надежность в работе, позволяет сократить общее время на строительство скважины, а значит сэкономить материальные и финансовые затраты.