УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КЛАПАН БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к обратным клапанам, используемым при бурении скважин для заполнения внутреннего объема колонны буровым раствором и его опорожнения при проведении спускоподъемных операций.
Известен обратный клапан по патенту РФ на изобретение №2232243. Обратный клапан, содержит корпус, состоящий из соединенных резьбовым соединением ниппеля и переводника, установленного между ними седла с упругоэластичным уплотнением и запорного органа, контактирующего с седлом и снабженного пружиной, поджимающей запорный орган к седлу, согласно изобретению запорный орган выполнен в виде полого плунжера, выход которого герметично заглушен лобовым и донным обтекателями, в стенках плунжера выполнены окна, плунжер соединен с возможностью скольжения с седлом, а упруго эластичный элемент ограничен в направлении выхода, по меньшей мере, частью поверхности скольжения седла, при этом лобовой обтекатель выполнен с дроссельным отверстием, а лобовой и донный обтекатели образуют между собой полость, соединенную через дроссельное отверстие с входом обратного клапана. Недостатком обратного клапана является сложность конструкции.
Известен обратный клапан по патенту РФ на изобретение №2213845. В обратном клапане, состоящем из полого корпуса с размещенными в нем коническим седлом, ограничительной решеткой, размещен запорный узел. Сердечник запорного узла имеет хвостовик и коническую упорную поверхность, переходящую в цилиндрический поясок. Эластичная коническая манжета со ступицей закреплена на сердечнике, взаимодействует с коническим седлом и обеспечивает возможность перекрытия раструбом проходного канала, образованного сердечником в полости корпуса. В местах перехода ступицы в раструб выполнены наружный кольцевой паз, образующий с раструбом уплотнительный валик, охватывающий цилиндрический поясок и кольцевая выточка с расходящимися от нее вдоль образующей линии внутренней конической поверхности раструба внутренними канавками. Манжета разделяет проходной канал корпуса на надманжетную и соединительную с закорпусным пространством подманжетную полуполости. Недостатком обратного клапана для бурильной колонны является отсутствие возможности заполнения или освобождения бурильной колонны от промывочной жидкости во время спускоподъемных операций.
Известен обратный клапан по патенту РФ на изобретение №2427702. Обратный клапан содержит корпус с седлом, установленное в расточке поворотное запорное устройство, взаимодействующее с седлом и снабженное упругими элементами в виде двух пластинчатых пружин. Запорное устройство содержит два запорных элемента, выполненных из половин кольцевого цилиндра путем сечения каждой из них двумя взаимно перпендикулярными наклонными плоскостями, верхняя из которых выполнена под углом меньше 90° к плоскости окружности цилиндра, а боковая - под таким же углом к его оси. Верхние торцы запорных элементов, взаимодействующие с седлом, и их боковые поверхности, взаимодействующие между собой, покрыты эластомером. Узел фиксации запорных и упругих элементов в корпусе выполнен в виде закрепленного в расточке корпуса кольца. Недостатком обратного клапана является сложность его конструкции и низкая надежность.
Известен обратный клапан для бурильной колонны по патенту РФ на изобретение №2107805. Корпус обратного клапана состоит из ниппеля и переводника. Между ними установлено составное седло в виде втулки и упругого эластомерного элемента. Со стороны ниппеля расположен и контактирует с седлом тарельчатый запорный орган. Он содержит проходящий по оси переводника шток. В хвостовой части штока установлена пружина. Она поджимает запорный орган к седлу. В проходном канале переводника выполнены ребра. Шток выполнен в виде центрального стержня и обечайки. Ребра связывают их между собой. Пружина размещена в цилиндрической кольцевой полости между обечайкой и переводником. В хвостовой части штока обечайка имеет цилиндрический кольцевой выступ. В пазах кольцевого выступа установлены защелки. На внутренней поверхности переводника для ввода защелок выполнена кольцевая проточка. Каждая из защелок выполнена в виде кулачка, установленного в пазах кольцевого выступа обечайки заподлицо на оси с возможностью отклонения в сторону кольцевой проточки переводника. Кулачок дополнительно подпружинен пружиной от переводника к стенке паза обечайки. Недостатком обратного клапана для бурильной колонны является отсутствие возможности заполнения или освобождения бурильной колонны от промывочной жидкости во время спускоподъемных операций.
Известен обратный клапан бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №129142. Обратный клапан бурильной колонны включает полый цилиндрический корпус с выполненными на его концах присоединительными замковыми резьбами, подпружиненный плунжер с центральным отверстием, образующим, совместно с выходящими на наружную поверхность плунжера радиальными каналами, проточную часть, седло, контактирующее с плунжером и уплотнения, отличается тем, что корпус устройства выполнен неразъемным, центральное отверстие плунжера выполнено несквозным, а нижняя часть седла выполнена в виде цилиндрической «юбки», при этом внутренняя, профилирующая поток рабочей жидкости поверхность седла, подлежащего замене при достижении критической степени его износа, выполнена с анти эрозионным покрытием. Недостатком обратного клапана для бурильной колонны является отсутствие возможности заполнения или освобождения бурильной колонны от промывочной жидкости во время спускоподъемных операций.
Известен обратный клапан бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №73014. В обратном клапане бурильной колонны, включающем корпус, подпружиненный полый плунжер, содержащий радиальные каналы и заглушку, седло, контактирующее с плунжером и уплотнения, согласно полезной модели, корпус содержит боковые отверстия. Кроме того, боковые отверстия в корпусе выполнены в зоне радиальных каналов плунжера. Таким образом, в предлагаемом обратном клапане бурильной колонны присутствуют возможность сброса бурового раствора в межтрубное пространство при подъеме бурильного устройства и возможность заполнения бурильной колонны буровым раствором из межтрубного пространства при спускоподъемных операциях. Недостатком обратного клапана бурильной колонны является прохождение через радиальные отверстия корпуса внутрь труб промывочной жидкости, содержащей частицы разбуренной породы.
Известен комбинированный клапан бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №113782 (прототип). Комбинированный клапан бурильной колонны, включает корпус с боковыми отверстиями, подпружиненный плунжер с образующим проточную часть отверстием, содержащий радиальные каналы, седло, контактирующее с плунжером и уплотнения, отличающийся тем, что в боковые отверстия корпуса установлены фильтрующие заглушки, отверстие плунжера, образующее проточную часть, выполнено несквозным, а нижняя часть седла выполнена в виде цилиндрической «юбки», при этом внутренняя, профилирующая поток поверхность седла, выполнена с анти эрозионным покрытием. Недостатком комбинированного клапана бурильной колонны является низкая надежность и долговечность работы клапана, связанная с быстрым засорением частицами разбуренной породы фильтрующих заглушек.
Задачами создания полезной модели являются повышение надежности и долговечности работы клапана.
Поставленные задачи решаются за счет того, что универсальный клапан бурильной колонны, включает корпус с боковыми отверстиями, подпружиненный плунжер, с образующим проточную часть несквозным отверстием, в нижней части которого выполнены радиальные каналы, причем плунжер выполнен с наружным кольцевым выступом, входящим в кольцевую расточку корпуса, осевой ход плунжера сверху ограничен гайкой, а снизу упорным внутренним выступом корпуса, пружина установлена в кольцевой расточке корпуса, между кольцевым внутренним выступом корпуса и наружным кольцевым выступом плунжера, а на ступенчатой наружной боковой поверхности корпуса установлен и зафиксирован фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент состоит из перфорированной выходными отверстиями тонкостенной трубы, на которой стопорными кольцами зафиксирован перфорированный входными отверстиями защитный кожух. Между тонкостенной трубой и защитным кожухом, могут быть установлены фильтрующие и дренажные слои, выполненные из металлической сетки. Фильтрующий элемент может быть зафиксирован на корпусе гайкой. Фильтрующий элемент может быть зафиксирован на корпусе сваркой. Под фильтрующим элементом выполнена кольцевая проточка, соединяющая его выходные отверстия.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается приведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении универсального клапана бурильной колонны, применяются известные технологии и оборудование.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…3, где:
на фиг. 1 показан универсальный клапан бурильной колонны в режиме спуска или подъема бурильной колонны, при этом боковые отверстия корпуса совмещены с радиальными каналами плунжера, а промывочная жидкость свободно перемещается наружу или внутрь трубы,
на фиг. 2 показан универсальный клапан бурильной колонны в режиме бурения,
на фиг. 3 показан увеличенный вид А.
Универсальный клапан бурильной колонны состоит из корпуса 1 с боковыми отверстиями 2, подпружиненного плунжера 3, с образующим проточную часть несквозным отверстием 4, в нижней части которого выполнены радиальные каналы 5, причем плунжер 3 выполнен с наружным кольцевым выступом 6, входящим в кольцевую расточку 7 корпуса 1, осевой ход плунжера 3 сверху ограничен гайкой 8, а снизу упорным внутренним выступом 9 корпуса 1, пружина 10 установлена в кольцевой расточке 7 корпуса 1, между кольцевым внутренним выступом 11 корпуса 1 и наружным кольцевым выступом 6 плунжера 3, а на ступенчатой наружной боковой поверхности 12 корпуса 1 установлен и зафиксирован фильтрующий элемент 13. Фильтрующий элемент 13 состоит из перфорированной выходными отверстиями 14 тонкостенной трубы 15, на которой стопорными кольцами 16 зафиксирован перфорированный входными отверстиями 17 защитный кожух 18. Между тонкостенной трубой 15 и защитным кожухом 18, могут быть установлены фильтрующие 19 и дренажные 20 слои, выполненные из металлической сетки. Фильтрующий элемент 13 может быть зафиксирован на корпусе гайкой 21. Фильтрующий элемент 13 может быть зафиксирован на корпусе сваркой 22. Под фильтрующим элементом 13 выполнена кольцевая проточка 23, соединяющая его выходные отверстия 14.
Универсальный клапан бурильной колонны работает следующим образом. Устройство на резьбах устанавливается в колонну бурильных труб выше забойного двигателя. При спуске бурильной колонны, клапан находится в исходном положении (фиг. 1). Жидкость из затрубного пространства проходит через фильтрующие зазоры «S» защитного кожуха 18 и проходит через фильтрующую 19 и дренажную 20 сетки, при их наличии, и через выходные отверстия 14 в тонкостенной трубе 15 попадает в кольцевую проточку 23, а из нее через боковые отверстия 2 корпуса 1 и радиальные каналы 5 плунжера 3 в бурильные трубы. При включении буровых насосов, давление в колонне труб увеличивается, возникает перепад давления на плунжере 3. Плунжер 3 перемещается вниз сжимая пружину 10 до внутреннего выступа 9 корпуса 1. Радиальные каналы 5 открываются ниже кольцевого внутреннего выступа 11, одновременно с этим боковые отверстия 2 перекрываются, обеспечивая поступление промывочной жидкости к забойному двигателю. Клапан переключается в рабочее положение (фиг. 2). После выключения буровых насосов, пружина 10 возвращает плунжер 3 в исходное положение, обеспечивающее сухой подъем бурильной колонны. Промывочная жидкость сливается из колонны труб через радиальные каналы 5 плунжера 3 и боковые отверстия 2 корпуса 1. Увеличенная площадь фильтрующего элемента 13 и его низкое гидравлическое сопротивление, позволяет быстрее заполнять бурильную колонну промывочной жидкостью и снизить время спускоподъемных операций. А также снизить возможность кольматации фильтрующего элемента, что повышает ресурс работы клапана. Фильтрующий зазор «S» выбирается исходя из допустимого размера частиц выбуренной породы.
Применение полезной модели позволило:
1. Повысить надежность и долговечность работы клапана.
2. Предохранить компоновку, находящуюся ниже клапана, от попадания из затрубного пространства частиц разбуренной породы.
3. Обеспечить при подъеме бурильной колонны, слив промывочной жидкости.
4. Обеспечить при спуске бурильной колонны ее заполнение.
5. Снизить гидравлическое сопротивление, при прохождении промывочной жидкости через фильтрующий элемент.