КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ
CUTOFF VALVE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для изоляции продуктивного пласта от устья скважины, при его проявлении.
Известна конструкция клапана-отсекателя (см пат. РФ №2533394, кл. Мкл Е21В 34/06), предназначенного для проведения ремонтных работ в скважине, размещенного в составе колонны насосно-компрессорных труб.
Устройство состоит из разъемного корпуса с полым плунжером в осевом канале, снабженным кольцевым выступом и опирающимся на пружину. В осевом канале полого плунжера выполнен упор, на который опирается втулка с радиальными отверстиями, чередующимися с осевыми отверстиями, соединяющими полость под полым плунжером, с осевым каналом насосно-компрессорных труб над седлом.
В осевом канале полого плунжера размещена втулка с полой трубкой, с тарельчатым клапаном на конце, поджимаемым к седлу пружиной. Между полым плунжером и разъемным корпусом образована кольцевая камера, гидравлически связанная радиальными отверстиями с осевым каналом втулки и полой трубы. Втулка снабжена донышком с центральным осевым каналом, в исходном положении перекрывает перепускные отверстия в донышке.
Устройство обеспечивает герметизацию осевого канала колонны насосно-компрессорных трубки, от полости скважины при поджиме пружиной тарельчатого клапана к седлу, с изоляцией осевого канала трубки от осевого канала разъемного корпуса под полым плунжером.
При подаче рабочей жидкости под избыточным давлением торцевой клапан с трубкой перемещаются вниз, с сжатием пружины и открытием гидравлической связи для подачи рабочей жидкости в полость скважины.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- сложность в изготовлении деталей, монтаже и эксплуатации. Взаимодействие торцевого клапана с телом седла не всегда может обеспечить герметичность соединения, например, из-за попадания мехпримесей в зазор.
- При использовании устройства в составе бурильной колонны труб, где в качестве рабочей жидкости выступает буровой раствор, возможно попадание составляющих реагентов внутрь кольцевой полости, с забиванием радиальных каналов и потерей работоспособности;
- Наличие деталей в осевом канале разъемного корпуса, резко увеличивает гидравлическое сопротивление потоку;
- При работе устройства в составе бурильной колонны труб, в буровом растворе постоянно находятся магнитные металлические частицы, негативно влияющие на работу наземного насосного оборудования и бурового инструмента на забое скважины, типа шарошечных долот.
Известна конструкция клапана для обсадных колонн (см а.с. №1213166 Мкл Е21В 17/00; 34/06, опубл. Блог №7 - 1986 г.).
Клапан состоит из корпуса с седлом, конусного клапана в виде тарелки, установленной с возможностью осевого перемещения, дроссель с радиальными каналами, втулки, зафиксированной срезным элементом в исходном положении. Тарелка снабжена уплотнительной манжетой, с предохранительным кольцом на верхней части, установленной с возможностью осевого перемещения относительно корпуса под конусной тарелкой, снабженной седлом под бросовый шар.
При подаче избыточного давления в осевой канал обсадной колонны труб тарельчатый клапан отрывается от седла, с разрушением срезных элементов.
По радиальным каналам в тарелке рабочая жидкость поступает к поверхности предохранительного кольца, что приводит к совместному перемещению последнего с уплотнительной манжетой до упора в ограничительное кольцо. Одновременно рабочая жидкость подается к дросселю и далее через перфорационные каналы в решетке, в полость скважины.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- невозможно обеспечить повторную посадку уплотнительной манжеты на седло;
- попадание механических частиц в виде окалины и стружки в рабочую жидкость, влияет на промывку скважины, в направлении подачи этих частиц на поверхность и взаимодействие с трущимися поверхностями поршней и плунжеров насосов с цилиндрами.
Известен предохранительный клапан (см. а.с. №535413, кл Мкл Е21В 43/00, F16K 17/00, опубликован 15.11.76), принятый за прототип, состоящий из корпуса, нижняя часть которого выполнена в виде кольца, свободно размещенного в нижней части гильзы, и образованного пересечением шара двумя параллельными поверхностями и крышки.
Крышка, расположена в осевом канале рубашки, закрепленной на нижнем конце корпуса и снабженной окнами для подачи пластовой жидкости. На нижнем конце рубашки установлен наконечник, с которым связана пружина растяжения, верхний конец которой закреплен на крышке, что позволяет удерживать затвор в открытом положении, а в верхней части гильзы расположен штуцер.
Работа предохранительного клапана.
Через окна в теле рубашки, пластовая жидкость поступает в осевой канал гильзы и через штуцер подается в осевой канал труб муфтовой колонны.
Далее отмечается что при превышении дебита, от расчетного, задаваемого штуцером и характеристикой пружины растяжения, на штуцере возрастает перепад давления, что приводит к перемещению гильзы вместе с затвором вверх, преодолевая сопротивление пружины. При этом затвор, в виде кольца садится на седло в теле корпуса, с перекрытием поступления пластового флюида из полости скважины в осевой канал труб лифтовой колонны.
К недостаткам конструкции следует отнести:
- после закрытия затвора, путем посадки на седло перепад давления воспринимается телом крышки, с передачей этого усилия на создание необходимых контактных напряжений между затвором и седлом. Однако, герметичность этого соединения в условиях скважины может быть нарушена из-за наличия мехпримесей в добываемой продукции;
- наличие механических частиц, обладающих магнитными свойствами, может привести к их накоплению на посадочных поверхностях седла и затвора, что резко снизит герметизирующую способность соединения;
В конструкции не предусмотрен механизм удержания механических частиц за пределами посадочных поверхностей седла и затвора, с накоплением в шламоуловителе.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- оптимизация контактных напряжений на уплотнительных поверхностях седла и затвора;
- поддержание оптимальных напряжений на уплотнительной манжете в закрытом состоянии, при снижении последних в момент отрыва от седла;
- обеспечение выделения и удержания механических частиц, обладающих магнитными свойствами за счет установки на нижнем конце рубашки кольцевого магнита;
- выполнение в наконечнике специальных карманов - шламоуловителей для механических частиц.
Технический результат достигается тем, что клапан отсекатель содержит корпус, с седлом в осевом канале, рубашку, наконечник, подпружиненный затвор.
Рубашка снабжена кольцевым магнитом и установлена в осевом канале корпуса, затвор снабжен внутренним кольцевым выступом в осевом отверстии и уплотнительной манжетой с фигурной грундбуксой, охватывающей тягу, снабженную проточкой на верхнем корпусе, выполненную с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом затвора.
Тяга снабжена упорным кольцом в средней, части и пропущена через осевое отверстие в наконечнике. Фигурная грундбукса подпружинена относительно упорного кольца, которое в свою очередь опирается на пружину, контактирующую с наконечником.
Конструкция устройства показана в разрезе где,
- на фиг. 1 общий вид клапан отсекателя в разрезе в открытом положении;
- на фиг. 2 общий вид клапан-отсекателя в разрезе в открытом положении;
- на фиг. 3 показан вид сверху наконечника.
Клапан-отсекатель состоит из корпуса 1, в осевом канале 2 которого расположена рубашка 3, опирающаяся на наконечник 4, и поджатая к его торцу 5 гайкой 6, на внутренней поверхности которой выполнено седло 7.
На нижнем конце рубашки 3 установлен кольцевой магнит 8, поджимаемый гайкой 9. В осевом канале седла 7, выполненного ступенчатым, с уплотнительной манжетой 11, поджимаемой фигурной грундбуксой 12.
В осевом канале затвора 10 введена тяга 13 с выступом 14, на который опирается ответный выступ 15 затвора 10.
На верхнем конце тяги 13 установлена регулировочная гайка 16. Нижний конец тяги 13 пропущен через отверстие 17 в теле наконечника 4 и снабжен в средней части упорным кольцом 18, связанным жестко с тягой 13 штифтом 19.
Фигурная грундбукса 12 установлена на тяге 13 и поджимается к уплотнительной манжете 11, пружиной 20, опирающейся на упорное кольцо 18. Между упорным кольцом 18 и торцом 5 наконечника 4 расположена пружина сжатия 21.
В теле наконечника 4 выполнен ряд продольных отверстий 22, соединяющих осевой канал 2 рубашки 3 с полостью ниже расположенных труб. На торцевой поверхности 5 наконечника 4, обращенной к кольцевому магниту 8 выполнены камеры шламонакопителя 23. (см. фиг. 3)
Клапан-отсекатель работает следующим образом:
Устройство включается в состав бурильной колонны труб и вводится в скважину.
При подаче рабочей жидкости в осевой канал труб бурильной колонны затвор 10 вместе с тягой 13 перемещается вниз, с образованием гидравлической связи полости труб с осевым каналом 2 корпуса 1. При этом тяга 13 смещается вниз, с ослаблением усилия от пружины 20 на фигурную грундбуксу 12, что снижает контактные напряжения на уплотнительной манжете 11 и одновременно происходит сжатие пружины 21 при взаимодействии с упорным кольцом 18.
Рабочая жидкость движется в осевом канале 2 корпуса 1 с прохождением потока в магнитном поле кольцевого магнита 8. Металлические частицы, обладающие магнитными свойствами, притягиваются к кольцевому магниту 8, что обеспечивает очищение от них рабочей жидкости и предотвращает их попадание в трущиеся поверхности шарошечных долот при бурении скважины. Часть механических частиц может оседать в камере - шламонакопителе 23, выполненной в торцовой части 5 наконечника 4.
При превышении давления рабочей жидкости в бурильной колонне, ниже места расположения устройства, усилием сжатой пружины 21 тяга 13 перемещается вверх с воздействием на выступ 15 затвора 10.
Затвор 10 перемещается вверх, под воздействием перепада давления и усилия пружины 21, с посадкой на седло 7 и перекрытием гидравлической связи полости скважины с осевым каналом труб бурильной колонны выше места расположения устройства. При расположении уплотнительной манжеты 11 внутри седла 7 и контакта с ней затвора 10 фигурная грундбукса 12 усилием пружины 20, поджимается к уплотнительной манжете 11, с ее деформацией к уплотнительной поверхности седла 7, что повышает надежность перекрытия гидравлической связи полости скважины от осевого канала труб бурильной колонны.