ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области эксплуатации нефтегазовых скважин, а именно к клапанным устройствам, реагирующим на давление рабочей среды, и предназначена для работы в пакерных компоновках подземного оборудования при проведении скважинных работ, связанных с прокачкой жидких или газообразных сред для сообщения затрубного и внутритрубного пространств по заданному давлению.
Циркуляционный клапан (клапан) является клапаном разового действия и открывается при избыточном давлении в затрубном пространстве.
Известен циркуляционный клапан разового действия КЦГ, содержащий верхний и нижний переходники, ствол, на который надеты втулка и золотник со срезным винтом. Клапан открывается при подаче затрубного давления за счет разности уплотняемых диаметров втулки, ствола и золотника. При этом золотник, срезая винт, спускается по стволу и открывает перепускной канал. При подаче внутритрубного давления золотник спускается по стволу вместе с втулкой после среза винта за счет разности уплотняемых диаметров ствола и открывает перепускной канал. (Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин / Ю.В.Зайцев, Р.А.Максутов, О.В.Чубанов и др. - М.: Недра, 1984, стр.88).
К недостатку известного устройства следует отнести незащищенность клапана (как имеющую деталь с посадочными поверхностями) к внешним ударным нагрузкам, приводящим к его деформации во время спуско-подъемных операций.
Известен циркуляционный клапан, содержащий установленный на резьбе верхнего и нижнего концов бурильных труб корпус с радиальными и осевыми гидравлическими каналами, размещенный в корпусе подпружиненный дифференциальный полый поршень, узел выравнивания давления, срезные шпильки. (Патент РФ №309115, пр. 28.05.1962 г., опубл. 09.07.1971 г.).
Для открытия клапана создают избыточное давление на такую величину, на которую рассчитаны срезные шпильки. Под действием давления шпильки срезаются, и поршень опускается вниз, соединяя кольцевое пространство с полостью бурильных труб.
Недостаток известного клапана заключается в низкой надежности из-за преждевременного его срабатывания, кроме того, конструкция обладает узлом выравнивания давления в виде пружины, установленной под поршнем, что увеличивает габариты клапана.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности в работе, уменьшение габаритов и упрощение конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в циркуляционном клапане (по первому варианту), содержащем верхний и нижний переходники насосно-компрессорных труб (НКТ), в которых на резьбе установлен корпус с радиальными гидравлическими каналами, с размещенным в нем полым поршнем (поршень) с канавками под уплотнительные элементы, срезные винты, согласно заявляемой полезной модели, поршень установлен с возможностью перемещения в стакане верхнего переходника и снабжен выступом, который с одной стороны, посредством кольцевой камеры, соединенной радиальным гидравлическим каналом с затрубным пространством, воспринимает действие затрубного давления, а с другой стороны, ограничивает образованную между корпусом и поршнем, находящуюся под атмосферным давлением герметичную полость, перекрытую торцом верхнего переходника, при этом верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы, а корпус в соединениях с верхним и нижним переходниками застопорен от произвольного раскручивания крепежными винтами.
В циркуляционном клапане (по второму варианту), содержащем верхний и нижний переходники НКТ, в которых на резьбе установлен корпус с радиальными гидравлическими каналами, с размещенным в нем поршнем с канавками под уплотнительные элементы, срезные винты, согласно заявляемой полезной модели, поршень установлен с возможностью перемещения в стакане верхнего переходника и снабжен выступом, который с одной стороны, посредством кольцевой камеры, соединенной радиальным гидравлическим каналом с затрубным пространством, воспринимает действие затрубного давления, а с другой стороны, ограничивает образованную между корпусом и поршнем, находящуюся под действием внутритрубного давления полость, перекрытую торцом верхнего переходника, при этом верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы, а корпус в соединениях с верхним и нижним переходниками застопорен от произвольного раскручивания крепежными винтами.
На фиг.1 представлен заявляемый клапан (по первому варианту) в закрытом состоянии.
На фиг.2 изображен заявляемый клапан (по первому варианту) в открытом состоянии.
На фиг.3 представлен заявляемый клапан (по второму варианту) в закрытом состоянии.
На фиг.4 изображен заявляемый клапан (по второму варианту) в открытом состоянии.
Клапан содержит верхний 1 и нижний 2 переходники. К переходникам 1 и 2 при помощи крепежных винтов 3, 4 и резьбы 5, 6 крепится корпус 7 с радиальными гидравлическими каналами 8, 9. Верхний переходник 1 изготовлен со стаканом 10, в котором с возможностью перемещения установлен полый поршень 11, выполненный с выступом 12, на который (по первому варианту) со стороны радиального гидравлического канала 8 и посредством кольцевой камеры «А» действует затрубное давление, а с другой стороны, выступ ограничивает находящуюся под атмосферным давлением герметичную полость «Б», образованную между корпусом 7 и поршнем 11, и, перекрытую торцом верхнего переходника 1. Полый поршень 11 содержит канавки под уплотнительные элементы 13, 14, 15. При этом уплотнительный элемент 13 отсекает внутритрубное давление от герметичной полости «Б». Верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы 16, 17. Срезные винты 18 и 19 находятся между корпусом 7 и выступом 12.
По второму варианту поршень 11, выполнен с выступом 12, на который со стороны радиального гидравлического канала 8 и посредством кольцевой камеры «А» действует затрубное давление, а с другой стороны, выступ ограничивает находящуюся под действием внутритрубного давления полость «Б», образованную между корпусом 7 и поршнем 11 и перекрытую торцом верхнего переходника 1. Полый поршень 11 содержит канавки под уплотнительные элементы 14, 15. При этом отсутствие уплотнительного элемента 13 позволяет проникать внутритрубному давлению в полость «Б». Верхний и нижний переходники выполнены с канавками под уплотнительные элементы 16, 17. Срезные винты 18 и 19 находятся между корпусом 7 и выступом 12.
Циркуляционный клапан работает следующим образом.
С помощью резьбы 5 и 6 клапан при помощи верхнего 1 и нижнего 2 переходников монтируется в колонну НКТ, соединяющей его с пакерной компоновкой (на фигуре не показано). Корпус 7 с переходниками 1 и 2 застопорен от произвольного раскручивания крепежными винтами 3 и 4.
Для открытия клапана (по первому варианту), в затрубное пространство подается повышенное давление, которое через радиальный гидравлический канал 8 поступает в кольцевую камеру «А» и действует на выступ 12 поршня 11. Усилие, возникающее в поршне 11, срезает винты 18 и 19, вследствие чего поршень перемещается вверх до упора в стакане 10 верхнего переходника 1, сообщая затрубное пространство через радиальный гидравлический канал 9 с внутритрубным пространством клапана. В данном варианте клапан срабатывает за счет разницы давления затрубного пространства и атмосферного давления в полости «Б», загерметизированной уплотнительным элементом 13.
Такая конструкция клапана позволяет контролировать давление в кольцевом пространстве эксплуатационной колонны и при достижении критических значений открывать проход в полость насосно-компрессорных труб, при этом давление открытия клапана не зависит от внутритрубного давления.
По второму варианту для открытия клапана, в затрубное пространство подается повышенное давление, которое через радиальный гидравлический канал 8 поступает в кольцевую камеру «А» и действует на выступ 12 поршня 11. Усилие, возникающее в поршне, срезает винты 18 и 19, вследствие чего поршень перемещается вверх до упора в стакане 10 верхнего переходника 1, сообщая затрубное пространство через радиальный гидравлический канал 9 с внутритрубным пространством клапана. При этом внутритрубное давление через негерметичный зазор между полым поршнем и верхним переходником, (ввиду отсутствия уплотнительного элемента 13), попадает в полость «Б» и действует на выступ 12 поршня 11. В данном варианте клапан срабатывает за счет перепада внутритрубного в полости «Б» и затрубного давлений.