обратный клапан для скважины

Формула изобретения

1. Обратный клапан для скважины, включающий корпус с кольцевым карманом на его внутренней поверхности, втулку с посадочным седлом, зафиксированную в корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, стакан, связанный с втулкой и выполненный с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым снаружи эластичным чехлом, и осевым отверстием в днище, перекрытым запорным элементом, палец, по меньшей мере один, для ограничения осевого перемещения запорного элемента, размещенный между запорным элементом и посадочным седлом и радиально выступающий внутрь стакана, при этом втулка и стакан имеют возможность совместного перемещения при разрушении срезного элемента в их крайнее нижнее положение с размещением против кольцевого кармана пальца, который имеет возможность перемещения в упомянутый карман под действием запорного элемента при приведении устройства в рабочее положение.

2. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен составным - из двух частей разного диаметра, телескопически входящих друг в друга, при этом кольцевой карман образован между частями корпуса.

3. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что посадочное седло выполнено в виде эластичной диафрагмы.

4. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что на входе в обратный клапан установлен фильтр.

5. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что срезной элемент выполнен в виде втулки со срезным буртом.

6. Обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что его элементы, помещенные в корпусе, выполнены из разбуриваемого материала.

7. Обратный клапан по п.6, отличающийся тем, что в качестве разбуриваемого материала принят один материал или их сочетания из группы: алюминий, чугун, бакелит.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к обратным клапанам, устанавливаемым на колонне труб, например обсадных.

Известен обратный клапан для скважины, включающий корпус, подпружиненный шток, тарелку и седло [1].

Недостаток данного устройства заключается в трудоемкости разбуривания его элементов, а также в абразивном износе пары «тарелка-седло», что приводит к нарушению герметичности клапана и вероятности поступления тампонажного раствора в колонну.

Также известен обратный клапан для скважины, включающий корпус, набор стальных разрезных шайб, резиновую диафрагму, шар, опорное и ограничительное кольцо [2].

Общим недостатком данных устройств является ограничение скорости спуска колонны, оборудованной таким клапаном, из-за перекрытия этим клапаном проходного сечения колонны. Необходимо периодически приостанавливать спуск колонны или ограничивать скорость спуска. Кроме того, отмечается трудоемкость разбуривания стальных элементов клапана, вероятность попадания в клапан посторонних предметов, а также ненадежная работа клапана при горизонтальном положении колонны.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы клапана и расширение его технологических возможностей.

Необходимый технический результат достигается тем, что обратный клапан для скважины включает корпус с кольцевым карманом на его внутренней поверхности, втулку с посадочным седлом, зафиксированную в корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, стакан, связанный со втулкой и выполненный с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, перекрытым снаружи эластичным чехлом, и осевым отверстием в днище стакана, перекрытым запорным элементом, палец, по меньшей мере один, для ограничения осевого перемещения запорного элемента, размещенный между запорным элементом и посадочным седлом и радиально выступающий внутрь стакана, при этом втулка и стакан имеют возможность совместного осевого перемещения, при разрушении срезного элемента, в их крайнее нижнее положение с размещением против кольцевого кармана пальца, который имеет возможность перемещения в упомянутый карман под действием запорного элемента при приведении устройства в рабочее положение.

Кроме того:

корпус выполнен составным - из двух частей разного диаметра, телескопически входящих друг в друга, при этом кольцевой карман образован между частями корпуса;

посадочное седло имеет эластичную диафрагму;

на входе в обратный клапан установлен фильтр;

срезной элемент выполнен в виде втулки со срезным буртом;

элементы обратного клапана, помещенные в корпусе, выполнены из разбуриваемого материала;

в качестве разбуриваемого материала принят один материал или их сочетания из группы: алюминий, чугун, бакелит.

На чертеже изображен обратный клапан для скважины.

Обратный клапан для скважины включает корпус 1 с кольцевым карманом 2 на его внутренней поверхности, втулку 3 с посадочным седлом 4, зафиксированную в корпусе 1 срезным элементом 5, по меньшей мере одним, стакан 6, связанный со втулкой 3 и выполненный с радиальным отверстием 7 в его боковой стенке, по меньшей мере одним перекрытым снаружи эластичным чехлом 8 и осевым отверстием 9 в его днище, перекрытым запорным элементом 10, палец 11, по меньшей мере один, для ограничения осевого перемещения запорного элемента 10, размещенный между запорным элементом 10 и посадочным седлом 4 и радиально выступающий внутрь стакана 6. Втулка 3 и стакан 6 имеют возможность совместного осевого перемещения при разрушении срезного элемента в их крайнее нижнее положение. В этом положении обеспечена возможность размещения пальца 11 против кольцевого кармана 2 корпуса 1. В последующем обеспечена возможность перемещения пальца в упомянутый кольцевой карман 2 под действием запорного элемента 10 при приведении устройства в рабочее положение - при посадке запорного элемента 10 на посадочное седло 4.

Кроме того:

корпус 1 может быть выполнен составным - из двух частей разного диаметра, телескопически входящих друг в друга и зафиксированных, например, стопорными винтами 12, исключающими развинчивание составного корпуса 1. При этом кольцевой карман 2 образован между частями корпуса. В другом случае корпус 1 может быть выполнен и цельным с расточкой по внутренней боковой поверхности, образующей кольцевой карман 2. Такое выполнение корпуса повышает монтажеспособность устройства;

посадочное седло 4 выполнено в виде эластичной диафрагмы, что обеспечивает необходимую герметичность устройства в его рабочем положении;

на входе в обратный клапан установлен фильтр 13, что обеспечивает необходимую очистку флюида, закачиваемого в скважину, способствует чистоте взаимодействующих посадочных поверхностей и, в конечном итоге, повышению надежности работы устройства;

срезной элемент 5 может быть выполнен в виде срезного бурта, помещенного на фиксирующей втулке 14;

элементы обратного клапана могут быть выполнены из разбуриваемого материала;

в качестве разбуриваемого материала принят один материал или их сочетания из группы: алюминий, чугун, бакелит.

Дополнительно отмечается, что палец 11 помещен в радиальные отверстия 15, 16, соответственно втулки 3 и стакана 6, которые совмещены друг с другом по оси и в которые вставлена гильза 17, связывающая стакан 6 со втулкой 3. Палец 11 оборудован ограничительными кольцами 18 для его фиксации и установлен в гильзе 17.

Палец 11 может быть выполнен дополнительно и таким образом, чтобы была возможность воздействия на поток раствора, например бурового или тампонажного, например, для его турбулизации. Это повысит качество промывки скважины или ее тампонирования (цементирования). Для этого подбирают количество пальцев и его (их) форму. Например, на внешней поверхности пальца или пальцев выполняют различные бороздки, кольцевые и/или спиральные с одним или разными направлениями спиралей на разных пальцах для фокусировки потока к центру стакана или от его центра, его закручивания или обеспечения хаотичной разнонаправленности потока в стакане с выходом в заколонное пространство. Это бывает необходимо для повышения качества цементирования в районе башмака колонны.

Обратный клапан устанавливают в колонне труб скважины. Работает обратный клапан следующим образом.

При спуске колонны труб с обратным клапаном в скважину через осевое отверстие 9 стакана 6 происходит автоматическое заполнение (долив) внутренней полости колонны. Частично выступающий во внутреннюю полость стакана 6 палец 11 исключает возможность перекрытия посадочного седла 4 запорным элементом 10. Этим обеспечена возможность автоматического долива колонны на весь период ее спуска в скважину. После спуска колонны с обратным клапаном на заданную глубину осуществляют окончательную промывку, а затем, при необходимости, и тампонирование (цементирование) скважины. При этом буровой и тампонажный растворы проходят через фильтр 13, проходной канал посадочного седла 3, радиальное отверстие 7 стакана 6 и, деформируя эластичный чехол 8, через башмак (на чертеже не показан) поступают в заколонное пространство.

После окончания процесса цементирования и посадки цементировочной пробки (не показана) на фильтр 13, выполняющий функцию «стоп-кольца», давление в колонне повышают до расчетного. В результате этого цементировочная пробка, фильтр 13 и втулка 3, разрушая срезной элемент (бурт) 5 втулки 14, перемещаются вниз до взаимодействия торцевой поверхности втулки 3 с нижним выступом кольцевого кармана 2 (с торцевой поверхностью нижней части составного корпуса 1).

После снятия избыточного давления в колонне запорный элемент 10, увлекаемый тампонажным раствором, поступающим через осевое отверстие 9 в днище стакана 6 из заколонного пространства, выдавливает в кольцевой карман 2 выступающий палец и плотно (герметично) садится на посадочное седло 4, в частности на эластичную диафрагму, и перекрывает поступление тампонажного (цементного) раствора в колонну. После ожидания затвердевания тампонажного раствора (при необходимости) все детали, находящиеся в корпусе клапана, могут быть легко разбурены.

Источники информации

1. Булатов А. И. и др. Справочник инженера по бурению, кн. 3, М.: Недра, с.130-131, рис.2.52.а.

2. Булатов А. И. и др., Справочник инженера по бурению, кн. 3, М.: Недра, с.130-131, рис.2.52.б.