ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ
CHECK VALVE FOR CASING STRING

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к внутрискважинному эксплуатационному оборудованию, и может быть использовано при добыче нефти, промывке и освоении скважин.
Обратный клапан предназначен прежде всего для предотвращения обратного перетока рабочей среды - тампонажного или бурового раствора, обработанных химическими реагентами, минерализованной пластовой воды, нефти и газа при температуре до 100°C - из заколонного пространства во внутреннее пространство обсадной колонны.
Известен обратный клапан для обсадной колонны, содержащий корпус, размещенные в нем с возможностью осевого перемещения запорный элемент в виде шара, прижимающийся к седлу с помощью пружины, и ограничительный элемент для пружины (RU №95736 U1, МПК(2006.01) E21B 34/00, опубл. 10.07.2010).
Недостатком известной конструкции обратного клапана является недостаточный запирающий эффект, вследствие вероятности смещения запорного элемента от осевого положения и неплотного его прижатия к седлу.
Наиболее близким аналогом заявляемого устройства, выбранным в качестве прототипа, является обратный клапан, содержащий корпус, установленные в нем фильтр, представляющий собой диск с отверстиями, седло с осевым каналом и размещенными в нем уплотнительной манжетой и запорным элементом в виде шара и ограничитель осевого перемещения шара, выполненный в виде закрепленного в седле стакана с радиальными, продольно вытянутыми отверстиями. В стакане размещен подпружиненный в осевом направлении шток, выполненный с возможностью взаимодействия его торцевой поверхности с шаром и прижатия его к манжете. Кроме того, торцевая поверхность верхней части штока, взаимодействующая с шаром, выполнена с ложементом в виде внутренней конусной или сферической поверхности (RU №101489 U1, МПК(2006.01) E21B 34/10, опубл. 20.01.2011). Общими существенными признаками известного и заявляемого устройств являются корпус, установленные в нем фильтр, седло с осевым каналом и закрепленными в нем уплотнительной манжетой и поджимающей ее к седлу втулкой с радиальными отверстиями, в которой установлен с возможностью осевого перемещения взаимодействующий с запорным элементом, выполненным в виде шара, шток-толкатель с осевой пружиной, обеспечивающей прижатие запорного элемента к манжете.
При работе известного обратного клапана наличие штока для пружины и уплотнительной манжеты повышает запорный эффект.
Однако недостатками известного клапана являются ненадежность его работы и большая трудоемкость его изготовления.
Это обусловлено следующими причинами:
- выполнение запорного элемента в виде шара, взаимодействующего со штоком с сохранением нескольких степеней свободы, приводит к возможности смещения шара от осевого положения и прижиму его к седлу с некоторым осевым смещением, не обеспечивая необходимый запирающий эффект. Это смещение шара усиливается еще и за счет того, что шток-толкатель закреплен только в донной части стакана. В процессе промывки обсадной колонны, особенно в горизонтальном стволе скважины, за счет того, что длина штока в несколько раз превышает его диаметр, существует возможность его заклинивания в открытом положении;
- выполнение торцевой поверхности верхней части штока-толкателя с ложементом в виде внутренней конусной или сферической поверхности приводит к существенному повышению трудоемкости изготовления клапана.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования обратного клапана для обсадной колонны, в котором путем конструктивных изменений обеспечивается достижение необходимого запирающего эффекта, что приводит к повышению надежности работы клапана и уменьшению трудоемкости его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в обратном клапане для обсадной колонны, содержащем корпус, установленные в нем фильтр, седло с осевым каналом и закрепленные в нем уплотнительной манжетой и поджимающей ее к седлу втулкой с радиальными отверстиями, в которой установлен с возможностью осевого перемещения взаимодействующий с запорным элементом, выполненным в виде шара, шток-толкатель с осевой пружиной, обеспечивающей прижатие запорного элемента к манжете торцевой поверхностью штока-толкателя в верхней его части, новым является то, что торцевая поверхность штока-толкателя, в верхней его части, имеет форму диска, диаметр которого близкий к внутреннему диаметру втулки и выполнен с возможностью центрирования штока-толкателя при его перемещениях в осевом направлении стенками втулки, а в нижней части закреплена гайка с отверстиями по кругу и осевым отверстием, выполненная с возможностью центрирования штока-толкателя посредством осевого отверстия.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено продольное сечение обратного клапана для обсадной колонны.
Обратный клапан для обсадной колонны содержит корпус 1, в котором выполнены передняя внутренняя и задняя наружная присоединительные резьбы, служащие для встраивания клапана в колонну труб. В корпусе 1 закреплено с помощью резьбового соединения седло 2 с осевым каналом 3. Герметичность соединения седла 2 с корпусом 1 обеспечивается уплотнительным кольцом 4. В седле 2 установлена уплотнительная манжета 5, выполненная из упругого материала, например из резины. Манжету 5 поджимает к седлу 2 втулка 6 с радиальными отверстиями, закрепленная в седле 2 с помощью резьбового соединения, в которой установлен шток-толкатель 7 с осевой пружиной 8. Торцевая поверхность штока-толкателя 7 в верхней его части (по ходу движения потока), имеющая форму диска 9, может взаимодействовать с запорным элементом, выполненным в виде шара 10. В нижней части втулки 6 закреплена гайка 11 (например, с помощью резьбы) с отверстиями 12 по кругу и осевым отверстием. В осевое отверстие гайки 11 установлен шток-толкатель 7, на который надета осевая пружина 8, упирающаяся, с одной стороны, в диск 9, а с другой стороны, в гайку 11. В верхней части втулки выполнены радиальные отверстия 13. В корпусе 1 перед седлом 2 установлен фильтр 14.
Выполнение штока-толкателя, торцевая поверхность которого в верхней его части имеет форму диска, обеспечивает центрирование штока-толкателя при его осевых перемещениях, чем достигается необходимый запирающий эффект при воздействиях торцевой поверхности штока-толкателя на запорный элемент (шар), что приводит к повышению надежности работы клапана.
Расположение в нижней части втулки гайки с отверстиями по кругу обеспечивает, во-первых, свободный проход рабочей среды из пространства, находящегося под диском штока-толкателя, что обеспечивает его перемещение в направлении к гайке, а во-вторых, прохождение нижней части штока-толкателя через осевое отверстие гайки улучшает центрирование штока-толкателя, что повышает надежность работы клапана.
Выполнение торцевой поверхности штока-толкателя, в верхней его части, в форме диска, позволяет уменьшить трудоемкость его изготовления.
Обратный клапан для обсадной колонны работает следующим образом. При прямой промывке поток рабочей среды проходит сквозь отверстия фильтра 14, осевой канал 3 седла 2, очищаясь от посторонних предметов и механических примесей. Очищенный поток создает давление на запорный элемент 10, выполненный в виде шара, который давит на диск 9 штока-толкателя 7, смещая его строго в осевом направлении, независимо от расположения клапана в пространстве. При перемещении штока-толкателя 7 в нижнюю часть втулки 6 сжимается осевая пружина 8, которая расположена между диском 9 и гайкой 11. При смещении под действием потока шара 10 в нижнюю часть втулки 6 образуется зазор между ним и уплотнительной манжетой 5, через который проходит поток рабочей среды и далее выходит из клапана через радиальные отверстия 13 и расположенные по кругу отверстия 12 в гайке 11. При прекращении промывки осевая пружина 8 разжимается и перемещает шток-толкатель 7 и шар 10, плотно и надежно придавливая шар 10 к уплотнительной манжете 5, предотвращая обратный переток рабочей среды из заколонного пространства во внутриколонное. Перемещаясь, шток-толкатель 7 своей верхней частью, имеющей форму диска 9, центрируется стенками втулки 6, а нижней частью - стенками осевого отверстия гайки 11.
Таким образом, конструкция заявляемого клапана для обсадной колонны обеспечивает повышение надежности работы клапана и уменьшение трудоемкости его изготовления.