Противовыбросовый клапан

Противовыбросовый клапан
Полезная модель относится к технике бурения скважин на нефть и газ и может быть использована в устройствах для предотвращения выброса промывочной жидкости и пластовых флюидов в трубном пространстве при вскрытии продуктивных пластов с аномально высоким пластовым давлением.
Известен Противовыбросовый клапан, содержащий корпус, обойму в виде цилиндрического разъемного стакана, запорный и дросселирующий элементы (А.С. СССР № 939730).
Однако известное устройство имеет ряд недостатков. Одним из них является наличие кинематики. Под действием обратного потока жидкости, кинематика приводится в движение, при этом запорный элемент должен перекрыть поток жидкости. Для того, чтобы привести в действие запорный элемент, в звеньях кинематики создаются большие сопротивления, поэтому дросселирующий элемент должен быть достаточно жестким, чтобы принять на себя такие усилия. В противном случае, дросселирующий элемент не сможет сжаться и создать необходимый перепад давления восходящего потока жидкости и энергии этого потока будет недостаточно для перемещения обоймы с запорным элементом с тем, чтобы перекрыть поток жидкости. Будучи эластичным, дросселирующий элемент может резко изменить проходное сечение отверстия, появятся повыщенные сопротивления потоку жидкости и дросселирующий элемент просто вывернется вверх, тем самым открывая свободный путь потоку жидкости. Кроме того, температура в скважинах бывает довольно разная по стволу и площади бурения скважины, а это может резко изменить эластичность дросселирующего элемента.
Таким образом, сложность и ненадежность конструкции известного противовыбросового клапана за счет присутствия кинематики, приводящей в действие запорный элемент, недостаточная жесткость дросселирующего элемента приведут к невозможности создать необходимый перепад давления на дросселирующем элементе, чтобы использовать энергию восходящего потока жидкости для перекрытия проходного отверстия трубы запорным элементом и, как
2002101099
1И|«|ИД
МПК Е21В 34/06
следствие, потока жидкости внутри трубного пространства. Поток жидкости при этом станет неуправляемым. Учитывая взрывоопасный характер газопроявления при подъеме сильно газированного промывочного раствора, внутритрубпое проявление остановить невозможно.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является увеличение перепада давления на дросселирующем элементе при упрощении конструкпии противовыбросового клапана.
Поставленная техническая задача рещается за счет того, что в известном противовыбросовом клапане, содержащем корпус с продольным пазом с размещенными внутри корпуса запорным и дросселирующим элементами с возможностью их осевого перемещения относительно корпуса, корпус выполнен разъемным, при этом верхняя часть заканчивается седлом, запорный элемент выполнен в виде щтока, головка которого соответствует профилю седла, щток выполнен с симметрично расположенными по его окружности перпенди1 лярными вертикальной оси штока направляющими в ярусах, равноудаленных друг от друга по длине щтока, каждой направляющей соответствует продольный паз, выполненный в нижней части корпуса на величину, соответствующую величине хода щтока, дросселирующий элемент выполнен в виде жестких пластин, щарнирно закрепленных на концах направляющих последнего нижнего яруса, в верхней части каждого продольного паза установлен гидроамортизатор, а седло и головка щтока армированы резиной.
Устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена конструкция противовыбросового клапана в разрезе.
На фиг. 2 - вид свер запорного устройства.
Заявляемое устройство состоит из разъемного корпуса 1, включающего верхнюю часть 2 и нижнюю часть 3. Верхняя часть 2 корпуса 1 заканчивается седлом 4, армированным резиной. В нижней части 3 корпуса 1 расположен запорный элемент 5, выполненный в виде штока 6 с головкой 7, армированной резиной и соответствующей профилю седла 4. Шток выполнен с симметрично расположенными по его окружности перпендикулярными вертикальной оси щтока 6 направляющими 8 в ярусах, равноудаленных друг от друга по длине щтока 6. В нижней части 3 корпуса 1 выполнены продольные пазы 9 на величину.
- 2 -
соответствующую величине хода штока для каждой направляющей 8. На концах каждой направляющей 8 последнего нижнего яруса шарнирно закреплены жесткие пластины 10, представляющие собой дросселирующий элемент. В верхней части каждого продольного паза 9 нижней части 3 корпуса 1 установлен гидроамортизатор 11, состоящий из корпуса 12, закрепленного в верхней части паза 9 и щтока 13 с порщнем 14, жестко связанных с концом каждой направляющей 8 верхнего яруса. Внутри каждого паза 9 под направляющими верхнего яруса находятся пружины 15.
Устройство работает следующим образом:
Противовыбросовый клапан крепится на нижней свече бурильной колонны. При спуске бурильных свечей возможно захватывание щарнирно закрепленных на направляющих 8 жестких пластин 10 потоком вытесняемого раствора. Тем самым возможно преждевременное закрытие запорным элементом 5 проходного отверстия труб. Для предотвращения этого используется гидроцилиндр 11. В этом случае происходит небольшое перемещение запорного элемента 5 вверх, пружины 15 частично сжимаются, шток 13 гидравлического амортизатора И медленно перемещается вверх только за счет медленного перемещения масла под поршень 14 из верхнего пространства над поршнем. Этого сопротивления (сопротивления пружины и гидравлического сопротивления масла амортизатора) достаточно на спуск одной свечи бурильных труб. Во время наращивания очередной трубы (пауза во времени) щток 13 гидроамортизатора 11 за счет пружин 15 и быстрого перетока масла из-под поршня 14 в верхнее пространство, происходит опускание штока 13 вниз в первоначальное положение. Таким образом достигается спуск бурильных труб без опорожнения последних.
При прямой промывке промывочный раствор без какого-либо гидравлического сопротивления свободно проходит через постоянно раскрытые пластины 10 дросселирующего элемента. Противовыбросовый клапан открыт. Запорный элемент 5 находится в нижнем положении, пластины 10 дросселирующего элемента под собственным весом раскрыты.
При начавшемся газонефтепроявлении пластовый флюид выталкивает промывочную жидкость к устью скважины и в бурильных трубах возникает восходящий поток. При этом он воздействует на пластины 10 дросселирующего
- 3 -
элемента и закрывает их. Этим самым создается сопротивление потоку. На пластинах 10 дросселирующего элемента возникает нерепад давления, достаточный для того, чтобы запорный элемент 5 со штоком 6, головкой 7 и направляющими 8 начал двигаться по пазам 9 вверх. При этом головка 7 щтока 6 садится на седло 4, перекрывая проходное сечение труб и запорный элемент 5 перекрывает восходящий поток жидкости. Давление под запорным элементом 5 больше, чем над ним и клапан удерживается в закрытом состоянии. При ликвидации газонефтепроявления путем закачки в бурильные трубы утяжеленной промывочной жидкости над запорным элементом 5 давление становится больще, чем под ним, запорный элемент перемещается вниз, принимая исходное положение, пластины 9 дросселирующего элемента опускаются вниз, противовыбросовый клапан открыт.
Данное устройство позволяет герметизировать внутритрубное пространство уже на ранней стадии газонефтепроявления. В этом случае не происходит выход критического объема промывочной жидкости, что в дальнейшем значительно облегчает глущение скважины.
Предлагаемое устройство более технологично, надежно в эксплуатации и имеет более простую конструкцию по сравнению с известными.
4