Циркуляционный переводник бурильной колонны

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, позволяющим многократно переключать поток текучей среды - бурового раствора из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубное.
Известен циркуляционный переводник бурильной колонны (патент RU №2599120 С1, МПК Е21В 21/10 (2006.01), опубл. 2016), содержащий корпус с циркуляционными портами, гильзу, неподвижно установленную в корпус, поршень с радиальными отверстиями и центральным каналом с возможностью перемещения вдоль оси гильзы, пружину, поджимающую поршень, гильза имеет наружные неподвижные уплотнения для обеспечения герметичности портов, поршень имеет наружные подвижные уплотнения для обеспечения герметичности портов, устройство для улавливания шаров ниже по потоку бурового раствора, установленное в скрепленный ниже с корпусом переводник, в состав циркуляционного переводника входят сбрасываемые активационные шары и деактивирующие шары.
Недостатком такого циркуляционного переводника является низкая надежность, что объясняется возможностью заклинивания поршня из-за попадания твердых частиц в зазор между корпусом и поршнем, что усиливается при угловом смещении во время работы переводника.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является циркуляционный переводник бурильной колонны (патент RU №155225 U1, МПК Е21В 21/10 (2006.01), опубл. 2015), содержащий корпус, с циркуляционными портами, подпружиненный золотник с радиальными каналами, установленный в корпусе с возможностью продольного перемещения из неактивированного положения в активированное положение, нижний и верхний узлы уплотнения золотника в корпусе.
Такая конструкция позволяет несколько повысить надежность работы циркуляционного переводника, однако возможность заклинивания поршня из-за попадания твердых частиц в зазор между корпусом и золотником снижает надежность работы
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности, за счет устранения углового смещения золотника во время работы переводника.
Указанный технический результат достигается усовершенствованием циркуляционного переводника бурильной колонны, содержащего корпус, с циркуляционными портами, подпружиненный золотник с радиальными каналами, установленный в корпусе с возможностью продольного перемещения из неактивированного положения в активированное положение, нижний и верхний узлы уплотнения золотника в корпусе.
Это усовершенствование состоит в том, что циркуляционный переводника бурильной колонны снабжен узлом радиальной фиксации золотника в неактивированном положении, что позволяет исключить угловое смещение золотника, его вибрации, предотвратить попадание твердых частиц в зазор между корпусом и золотником.
Кроме того, нижний узел уплотнения золотника расположен в неактивированном положении на большем расстоянии от оси циркуляционного порта корпуса, чем верхний узел уплотнения золотника, что исключает угловое смещение золотника в активированном положении и повышает надежность работы переводника.
Кроме того, узел радиальной фиксации золотника выполнен в виде контактирующих конических поверхностей, охватывающая из которых расположена в корпусе, а охватываемая - на золотнике. Такое конструктивное выполнение - простой и надежный вариант узла радиальной фиксации золотника, обеспечивающего исключение углового смещения золотника в неактивированном положении и не препятствующего осевому перемещению золотника при переводе в активированное положение.
Кроме того, угол конусности охватываемой конической поверхности меньше на 1°-2° угла конусности охватывающей конической поверхности, что позволяет повысить надежность фиксации и обеспечить надежный контакт золотника и корпуса по коническим поверхностям, а не по торцам.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображен циркуляционный переводник в неактивированном положении, на фиг. 2 - выносной элемент А на фиг. 1, на фиг. 3 - в активированном положении.
Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит корпус 1, с циркуляционными портами 2, подпружиненный пружиной 3 золотник 4 с радиальными каналами 5, установленный в корпусе 1 с возможностью продольного перемещения из неактивированного положения в активированное положение, нижний 6 и верхний 7 узлы уплотнения золотника 4 в корпусе 1. Циркуляционный переводник снабжен узлом 8 радиальной фиксации золотника 4 в неактивированном положении (этот узел может быть выполнен в виде контактирующих частей поверхности шара). Нижний узел 6 уплотнения золотника 4 расположен в неактивированном положении на большем расстоянии L от оси циркуляционного порта 2 корпуса 1, чем верхний узел 7 уплотнения золотника 4. В приведенном варианте узел 8 радиальной фиксации золотника 4 выполнен в виде контактирующих конических поверхностей 9 и 10, охватывающая 9 из которых расположена в корпусе 1, а охватываемая 10 - на золотнике 4. Угол конусности α охватываемой конической поверхности 10 меньше на 1°-2° угла конусности β охватывающей конической поверхности 9. Позицией 11 обозначена упорная гайка, жестко соединенная с корпусом 1, позицией 12 - осевой канал в золотнике 4 для прохода бурового раствора к долоту (не показано).
Циркуляционный переводник устанавливается в компоновку низа бурильной колонны (КНБК) и предназначен для переключения потока промывочной жидкости из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубное в месте его установки через боковые порты корпуса. Циркуляционный переводник имеет два режима работы: активированный и неактивированный.
В неактивированном режиме работы боковые порты корпуса закрыты, и весь объем прокачиваемой промывочной жидкости проходит через циркуляционный переводник от буровых насосов к долоту.
В активированном состоянии боковые порты корпуса открыты, сообщая кольцевое затрубное пространство с бурильной колонной, центральное отверстие закрыто, бурильная колонна разобщена с элементами КНБК, находящимися ниже переводника, весь объем прокачиваемой промывочной жидкости проходит через боковые порты корпуса в кольцевое затрубное пространство.
При работе циркуляционного переводника в составе КНБК весь объем бурового раствора проходит через циркуляционный переводник. Узел 8 радиальной фиксации золотника 4 за счет надежного контакта конических поверхностей 9 и 10 исключает угловое смещение золотника 4, и его вибрации, предотвращает попадание твердых частиц в зазор между корпусом 1 и золотником 4 в неактивированном положении.
Для активации циркуляционного переводника бросают шар активации. Под действием давления бурового раствора золотник 4 перемещается вниз до совмещения радиальных каналов 5 золотника 4 с портами 2 корпуса 1 для прохождения бурового раствора в затрубное пространство. Циркуляционный переводник активирован, весь объем бурового раствора через порты идет из бурильной колонны в затрубное пространство (фиг. 3). При этом нижний узел 6 уплотнения золотника 4 расположенный в неактивированном положении на большем расстоянии L от оси циркуляционного порта 2 корпуса 1, чем верхний узел 7 уплотнения золотника 4, обеспечивает осевое положение золотника в активированном положении, исключая его угловое смещение в активированном положении. Для деактивации циркуляционного переводника с целью возобновления циркуляции бурового раствора внутри бурильной колонны бросают два металлических шара деактивации. Два металлических шара деактивации устанавливается потоком бурового раствора в порты 2. Давление бурового раствора увеличивается, золотник 4 под действием пружины 3 перемещается вверх, закрывая порты 2.
Таким образом, использование заявляемой конструкции циркуляционного переводника повышает надежность срабатывания циркуляционного переводника за счет устранения углового смещения золотника и его вибраций, предотвращения попадания твердых частиц в зазор между корпусом и золотником во время работы переводника.