клапан для обсадной колонны

Формула изобретения

Клапан для обсадной колонны, содержащий упорное кольцо с осевыми отверстиями, тарелку с рабочей поверхностью, размещенную под седлом клапана, подпружиненную шпильку со сквозным отверстием, соединенную вверху с упорным кольцом, а внизу - с тарелкой, и срезной фиксатор, размещенный в сквозном отверстии шпильки, отличающийся тем, что клапан снабжен цилиндрическим корпусом, в верхней части внутренней полости корпуса выполнена коническая расточка с образованием кольцевой площадки для взаимодействия с упорным кольцом, в нижней части внутренней полости корпуса выполнена цилиндрическая расточка, снабженная резьбой, седло клапана выполнено в виде полой ступенчатой втулки, на наружной поверхности седла размещена резьба, в верхней части седло снабжено внутренней расточкой, в нижней части на наружной поверхности седла выполнена выемка под фильтр, сообщающаяся с внутренней полостью клапана посредствам ряда сквозных отверстий, внутри корпуса размещена перегородка, она снабжена осевыми гладкостенными отверстиями, а по центру - резьбовым отверстием, в резьбовом отверстии установлена полая пробка, на боковых поверхностях которой выполнены два овальных отверстия для возможности перемещения срезного фиксатора, на верхнем торце полой пробки выполнено углубление с конической поверхностью для установки уплотнения, поджатого пружиной через шайбу, а между нижним торцом полой пробки и перегородкой установлено кольцевое уплотнение, тарелка выполнена с двусторонней клиновидной канавкой, в которой размещено уплотнение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению, в частности для цементирования обсадных колонн, способствующего повышению герметизации башмаков колонн после окончания цементирования и ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ).

Известно устройство для цементирования обсадных колонн, включающее упорное кольцо, клапанное седло, продавочную пробку, обратный клапан со шпилькой, диафрагмы, фильтрующие элементы, защитный кожух, штыри (а.с. №625023).

Недостатком этого устройства является низкая надежность, связанная с необходимостью дозалива колонны раствором во время спуска ее в скважину, закупорка осевых каналов фрагментами диафрагмы после ее разрушения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является клапан для обсадных колонн, включающий упорное кольцо с отверстиями, клапанное седло с осевыми отверстиями, продавочную пробку, тарелку с рабочей конической поверхностью и эластичным кольцом, подпружиненный шток со сквозным отверстием, жестко связанный с тарелкой, фильтр (а.с. №1812304).

Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная возможностью перекоса шпильки при боковом ударе по упорному кольцу, ее заклинивание и размыв фильтра.

Задача, поставленная при создании изобретения, - повышение герметизации башмака обсадной колонны после окончания цементирования и ожидания затвердевания цемента.

Технический результат - повышение надежности работы устройства.

Технический результат достигается тем, что клапан для обсадной колонны, содержащий упорное кольцо с осевыми отверстиями, тарелку с рабочей поверхностью, расположенную под седлом клапана, подпружиненную шпильку со сквозным отверстием, соединенную вверху с упорным кольцом, а внизу с тарелкой, и срезной фиксатор, размещенный в сквозном отверстии шпильки, в отличие от прототипа, клапан снабжен цилиндрическим корпусом, в верхней части внутренней полости корпуса выполнена коническая расточка с образованием кольцевой площадки для взаимодействия с упорным кольцом, в нижней части внутренней полости корпуса выполнена цилиндрическая расточка, снабженная резьбой, седло клапана выполнено в виде полой ступенчатой втулки, на наружной поверхности седла размещена резьба, в верхней части седло снабжено внутренней расточкой, в нижней части на наружной поверхности седла выполнена выемка под фильтр, сообщающаяся с внутренней полостью клапана посредствам ряда сквозных отверстий, внутри корпуса размещена перегородка, она снабжена осевыми гладкостенными отверстиями, а по центру - резьбовым отверстием, в резьбовом отверстии установлена полая пробка, на боковых поверхностях которой выполнены два овальных отверстия для возможности перемещения срезного фиксатора, на верхнем торце полой пробки выполнено углубление с конической поверхностью для установки уплотнения, поджатого пружиной через шайбу, а между нижним торцом полой пробки и перегородкой установлено кольцевое уплотнение, тарелка выполнена с двусторонней клиновидной канавкой, в которой размещено уплотнение.

На фиг.1-2 изображен клапан для обсадной колонны.

Клапан для обсадной колонны состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного кольцевой площадкой 2 и перегородкой 3.

В перегородке 3 выполнены осевые гладкостенные отверстия 4 и по центру - резьбовое отверстие 5.

Седло 6 клапана выполнено в виде полой ступенчатой втулки и соединено резьбой с корпусом 1.

Седло 6 снабжено выемкой, в которой размещен фильтр 7.

В выемке седла 6 выполнен ряд сквозных отверстий 8.

В состав клапана входит подпружиненная шпилька 9 с размещенным в ней срезным фиксатором 10, а на верхнем торце подпружиненной шпильки 9 установлено упорное кольцо 11 с осевыми отверстиями 12.

Пружина 13 верхним торцом взаимодействует с упорным кольцом 11, а нижним - с полой пробкой 14.

На боковых поверхностях полой пробки 14 выполнены два овальных отверстия 15.

На верхнем торце полой пробки 14, поджатом пружиной 13 через шайбу 16, размещено уплотнение 17, а между нижним торцом полой пробки 14 и перегородкой 3 установлено кольцевое уплотнение 18.

На нижнем торце подпружиненной шпильки 9 установлена тарелка 19 с рабочей поверхностью, представляющей двустороннюю клиновидную канавку 20 с размещенным в ней уплотнением 21.

Тарелка 19 дополнительно фиксируется контргайкой 22.

Клапан работает следующим образом.

Клапан для обсадных колонн устанавливают в нижней части обсадной колонны между трубами в муфтовом соединении. Во время спуска колонны раствор, находящийся в скважине, через зазор 23, осевые гладкостенные отверстия 4, осевые отверстия 12, зазор 24 перетекает во внутреннюю полость обсадной колонны. В зависимости от скорости спуска колонны в скважину и во избежание перелива раствора на устье зазор 23 регулируется завинчиванием тарелки 19 по резьбе подпружиненной шпильки 9 и фиксируется контргайкой 22. При промывке скважины и прокачке тампонажного раствора под воздействием давления внутри колонны зазор 23 автоматически увеличивается за счет возможности свободного перемещения срезаемого фиксатора 10 вниз по овальным отверстиям 15. Наличие уплотнения 17 под шайбой 16 полностью исключает попадание жидкостей в зазор между подпружиненной шпилькой 9 и внутренней поверхностью полой пробки 14, а кольцевое уплотнение 18 предохраняет зазор от попадания жидкостей снизу, что исключает возможность заклинивания подпружиненной шпильки 9 во внутренней полости полой пробки 14. После окончания прокачки раствора пружина 13 возвращает тарелку 19 в исходное положение.

При цементировании скважины после удара продавочной пробки по упорному кольцу 11 оно упирается в кольцевую площадку 2, предохраняя подпружиненную шпильку 9 от перекосов и изгибов. Срезной фиксатор 10, помещенный в отверстии подпружиненной шпильки 9, срезается. Давление внутри колонны резко повышается, получаем момент "стоп". После получения момента "стоп" давление закачки жидкости снижается до 0 в один прием, так как плотность продавочной жидкости в колонне в два раза меньше плотности цементного раствора в затрубном пространстве. Цементный раствор из затрубного пространства стремится попасть в колонну. Освободившись от удерживающего срезного фиксатора 10 под воздействием пружины 13 и потока цементного раствора, тарелка 19 прижимается уплотнением 21 к нижнему торцу седла 6. Через фильтр 7, ряд сквозных отверстий 8 происходит отбор избыточной воды из цементного раствора. Внизу клапана для обсадных колонн происходит накопление массы обезвоженного цементного раствора, что ведет к дополнительной герметизации зоны башмака колонны. У обезвоженного цементного раствора практически сразу наступает конец схватывания, а через два часа раствор приобретает свойства цементного камня двухсуточного возраста, что ведет к значительному сокращению срока ОЗЦ. При обезвоживании цементного раствора на фильтре 7 наверху колонны наблюдается излив продавочной жидкости в пределах 50, 100 литров, что зависит от водоцементного отношения тампонажного раствора, применяемого для крепления скважины.