клапан для обсадных колонн

Формула изобретения

КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающий корпус с седлом под обратный клапан, осевым и периферийными аксиальными каналами, в которых установлены подпружиненные направляющие болты, и аксиальными дроссельными периферийными каналами, установленное на подпружиненных направляющих болтах траверсное кольцо с периферийными аксиальными каналами, образующее с дроссельными периферийными каналами корпуса, регулируемый канал и обратный клапан, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и точности регулирования заполнения колонны скважинной жидкостью, он снабжен пальцами, жестко связанными с траверсным кольцом, размещенными в его периферийных аксиальных каналах с возможностью осевого перемещения и размещения в аксиальных дроссельных каналах корпуса, и шпильками со скосами на торцах и насечками, корпус и траверсное кольцо выполнены соответственно с глухими и сквозными отверствиями для размещения шпилек, траверсное кольцо размещено над корпусом, а в положении их сопряжения торцы шпилек со скосом размещены выше траверсного кольца, насечки размещены на уровне или выше траверсного кольца, при этом обратный клапан выполнен тарельчатым, шарнирно поворотным и установлен под корпусом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оснастке обсадных колонн, т.е. к устройствам, предназначенным для заполнения обсадных колонн скважинной жидкостью при спуске в скважину и цементирования обсадных колонн, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где необходимо бурение скважин и спуск в них труб с последующей изоляцией их от вышележащих пластов.

В настоящее время для этих целей применяется обратный клапан типа 02 (ТУ 26-02-238-20) или типа ЦКОД, состоящий из корпуса с двумя резьбами для крепления в обсадной колонне, тарельчатого клапана, закрепленного на оси, пружины и седла [1].

Недостатком этих клапанов является то, что клапан типа 02 требует ряда остановок спуска колонны для ее залива скважинной жидкостью, а клапан типа ЦКОД при спуске обеспечивает самозаполнение спускаемой колонны скважинной жидкостью, но одновременно образует перелив и потерю скважинной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является клапан, включающий корпус, седло, шаровой затвор, дроссель с центральным и периферийными каналами и расположенную под ним перекрывающую каналы дросселя эластичную перегородку, имеющую радиальные каналы и осевой канал, части эластичной перегородки подпружинены [2].

Недостаток этого устройства заключается в том, что конструкция имеет большую металлоемкость; большую себестоимость; клапан не исключает переток цементного раствора из затрубного пространства после цементирования, подъема цементированной пробки в колонне и поступления цементного раствора в колонну.

Целью изобретения является повышение точности регулирования заполнения колонны скважинной жидкостью в зависимости от скорости спуска.

Достигается это тем, что клапан для обсадных колонн, включающий корпус с седлом под обратный клапан, осевыми и периферийными аксиальными каналами, в которых установлены подпружиненные направляющие болты, и аксиальными дроссельными периферийными каналами, установленное на подпружиненных направляющих болтах траверсное кольцо с периферийными аксиальными каналами, образующее с дроссельными периферийными каналами корпуса регулируемый канал и обратный клапан. Новым является то, что он снабжен пальцами, жестко связанными с траверсным кольцом, размещенным в его периферийных аксиальных каналах с возможностью осевого перемещения и размещения в аксиальных дроссельных каналах корпуса, и шпильками со скосами на торцах и насечками, а корпус и траверсное кольцо выполнены соответственно с глухими и сквозными отверстиями для размещения шпилек, при этом траверсное кольцо размещено над корпусом, а в положении их сопряжения торцы шпилек со скосом выступают выше траверсного кольца, а насечки размещены на уровне или выше траверсного кольца. Наряду с изложенным клапан отличается еще и тем, что обратный клапан выполнен тарельчатым, шарнирно-поворотным и установлен под корпусом.

На фиг. 1 изображен общий вид компоновки низа обсадной колонны; на фиг. 2 - клапан, разрез; на фиг. 3 - тоже, во время спуска колонны; на фиг. 4 - клапан, вид сверху; на фиг. 5 - корпус, вид сверху (болты условно не показаны); на фиг. 6 - запорная шпилька, общий вид; на фиг. 7 - клапан во время промывки, разрез; на фиг. 8 - то же, после цементирования.

Обсадная колонна в принципе компонуется (фиг. 1) из обсадных труб 1, муфт 2, башмачного кольца 3, направляющей пробки 4 и клапана обсадных труб 5. Клапан для обсадных труб 5 (фиг. 2 ) устанавливается в муфте 2 между торцами обсадных труб 1 и состоит из корпуса 6, выполненного в виде диска, имеющего в центре циркуляционный канал 7 с седлом, а на периферии три технологических отверстия 8 и три отверстия 9. Три отверстия 8 выполнены двумя диаметрами. В отверстии малого диаметра располагается и перемещается болт 10, а в отверстии большого диаметра располагаются пружина 11, гайка 12 и регулировочная шайба 13. Толщина шайбы 13 зависит от диаметра трубы обсадной колонны, скорости ее спуска и подбирается для каждой колонны индивидуально. Три отверстия 9 также выполнены двумя диаметрами. В отверстие большого диаметра также запрессовывается насадка 14 с отверстием, диаметр которого меньше отверстия 9. Помимо перечисленного в корпусе 6 выполнено несколько гнезд 15 с резьбой, куда ввернуты запорные шпильки 16. На шпильке 16 (фиг. 6) сверху выполнены скос 17, в средней части - насечка 18, а внизу - резьба 19.

Снизу к корпусу 6 на ушках при помощи оси 20 присоединен шарнирно-поворотный клапан 21, который за счет пружины 22 всегда перекрывает циркуляционный канал 7 от обратной циркуляции. Клапан выполнен в виде тарелки. На периферии пригумировано уплотнительное кольцо 23. Сверху корпуса 6 размещено траверсное кольцо 24, которое при помощи подпружиненных болтов 10 всегда прижато к корпусу 6. В траверсном кольце 24 выполнены три отверстия, в которых размещены болты 10, три отверстия с резьбой, куда ввернуты дроссельные пальцы 25 и шесть отверстий 26, в которых ходят запорные шпильки 16. Поток 27 возникает при спуске колонны, поток 28 при осуществлении циркуляции. Пробка 29 состоит из металлического сердечника 30, выполненного в виде стакана и резиновых манжет 31, пригумированных к сердечнику 30. Запорные шпильки 16 в согнутом положении 32 (фиг. 8).

Клапан работает следующим образом. Обсадную колонну 1 с клапаном спускают в скважину. При этом происходит непрерывное регулируемое в зависимости от перепада давления заполнение колонны 1 жидкостью (фиг. 3). Жидкость снизу вверх перетекает через насадки 14 (поток обозначен стрелками 27). Степень раскрытия отверстия B насадки 14 зависит от регулировочной шайбы 13, т.е. от ее толщины. При необходимости ее можно установить несколько большей или меньшей толщины, обеспечивая тем самым перекрытие отверстий насадки 14 при определенном перепаде давления. Например, отверстия насадки 14 полностью перекрываются, когда расстояние от устья до уровня жидкости в обсадной колонне составляет длину одной трубы (порядка 10-12 м), исключая тем самым перелив скважинного раствора из спускаемой колонны обсадных труб на устье.

Площадь открытого отверстия B насадки 14 рассчитывают, исходя из размера внутреннего диаметра обсадной колонны и скорости ее спуска в скважину.

Таким образом, при спуске очередной трубы по мере роста глубины спуска давление под клапаном 5 растет и одновременно растет давление под торцом болта 10 перед насадкой 14 и перед дроссельным пальцем 25. Тогда, когда давление перед ними станет эквивалентным или станет превышать усилие сжатой пружины 11, палец 25, преодолевая усилие пружины 11, начинает перемещаться и открывает кольцеообразное отверстие B насадки 14, через которое вверх и устремляется поток 27, заполняющий спускаемые в скважину обсадные трубы скважинной жидкостью.

При производстве промежуточных промывок поток 28 движется через циркуляционный канал 7, откинув в сторону шарнирно-поворотный клапан 21. При перемещении промывки пружина 22 прижимает клапан 21 к седлу, перекрывая таким образом циркуляционный канал 7. В конце цементирования верхняя цементировочная пробка 29, надвигаясь на клапан обсадных труб 5, наталкивается на скосы 17 запорных шпилек 16. Скос 17 обусловливает направление изгиба шпильки 16, а насечка 18 - место изгиба шпильки 16. Шпилька 16 по мере движения пробки 29 изгибается под углом 90^о (фиг. 8) по насечке 18, которая располагается по отношению к корпусу 6 чуть выше (0,2-1 мм) прижатой к корпусу 6 кольцеобразной траверсы 24. Согнутые шпильки 32 запирают траверсу 24, исключая тем самым открытие отверстий и проникновение скважинной жидкости под пробку 29 и ее подъем, т.е. исключает поступление цементного раствора в колонну.

Таким образом предлагаемый клапан в сравнении с существующими клапанами позволяет:

- автоматически с учетом любой скорости спуска пропорционально заполнять колонну во время ее спуска, исключая тем самым ее смятие, снижение скорости спуска;

- производить прокачку раствора при минимальном гидравлическом сопротивлении;

- запирать проходы для потока раствора через насадки в конце цементирования, исключая его поступление в колонну труб, уменьшая тем самым затраты времени и средств на разбуривание цементного камня в колонне.

В объединении "Грознефть" при цементировании обсадных колонн, при использовании обычных обратных клапанов из-за отсутствия их самозаполнения происходит нерегулируемое вытеснение из затрубного пространства бурового раствора, его перелив на устье и безвозвратная потеря. В среднем на каждой скважине потеря бурового раствора составляет до 20 м³.