Патент на изобретение №2179623
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН
(57) Реферат: Изобретение относится к подземному скважинному оборудованию и может быть использовано при освоении, глушении и промывке вертикальных, наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин. Циркуляционный клапан содержит корпус с перепускными и циркуляционными отверстиями. Ступенчатая втулка установлена соосно с корпусом с возможностью осевого перемещения и перекрытия циркуляционных отверстий корпуса. Камера высокого давления образована ступенчатой втулкой и корпусом. Уплотнения установлены в пазах корпуса. Подпружиненная втулка установлена соосно на ступенчатой втулке. Кольцевая камера выполнена в подвижной втулке. По крайней мере один подпружиненный скошенный штырь установлен в корпусе и фиксирует ступенчатую втулку после ее осевого перемещения. Ступенчатая втулка установлена внутри корпуса. Камера высокого давления сообщается гидравлически с внутритрубным и затрубным пространствами. Подпружиненная втулка установлена с возможностью ее осевого перемещения и перекрытия гидравлической связи кольцевой камеры с внутритрубным пространством. Поверхности нижней части подпружиненной втулки сопрягаются с краями кольцевой камеры. Повышается надежность в работе, расширяются функциональные возможности. 4 з. п. ф-лы, 9 ил. Изобретение относится к области подземного скважинного оборудования и может быть использовано при освоении, глушении и промывке вертикальных, наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин. Известен циркуляционный клапан, управляемый спускаемым в скважину на тросе захватом, состоящий из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, имеющими уплотнительные кольца, последняя из которых заканчивается цангой, зажимные кулачки которой имеют внешний и внутренний конусные буртики, причем зажимные кулачки цанги в закрытом положении клапана взаимодействуют с расточкой, выполненной в корпусе, и наружной поверхностью золотника, а в открытом положении клапана – с проточкой и упорным буртиком, выполненными в золотнике, и с внутренней поверхностью корпуса [1] . Недостатком известного циркуляционного клапана является необходимость применения тросовой теxники для его переключения. В этом случае требуется дополнительное оборудование (лебедка, трос, скважинное устройство и т. д. ) и затрачивается много времени. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому циркуляционному клапану является циркуляционный клапан, содержащий корпус с перепускными и циркуляционными отверстиями, подпружиненную ступенчатую втулку, концентрично размещенную относительно корпуса и образующую с ним камеру высокого давления, которая сообщается через отверстие в корпусе с внутритрубным пространством, и дополнительную камеру, которая сообщается с помощью канавки с камерой высокого давления, упор, связанный с корпусом и поршнем, установленным в камере высокого давления между отверстием в корпусе, сообщающим камеру высокого давления с внутритрубным пространством, и упором, причем камера высокого давления и дополнительная камера заполнены смазочной жидкостью, а размеры клапана выполнены в соответствии с приведенным соотношением [2] . К недостаткам прототипа следует отнести следующие: 1. Циркуляционный клапан открывается при создании избыточного давления внутри циркуляционного клапана. Это ограничивает его применение, в частности при эксплуатации газовых скважин при спущенной компоновке, включающей пакер, циркуляционный клапан и другое оборудование. При решении проблемы установки внутрискважинного оборудования – уменьшение перепадов давления на эксплуатационную колонну должно обеспечиваться условием поддержания давления внутри компоновки большим, чем снаружи. В этом случае давление внутри труб должно поддерживаться большим, чем в затрубном пространстве, с целью исключения воздействия высоких давлений на эксплуатационную колонну. В прототипе, наоборот, при создании перепада давления внутри компоновки клапан открывается, что свидетельствует о невозможности применения данного клапана в эксплуатационной компоновке. Поэтому прототип имеет ограниченное применение. 2. При открытии циркуляционного клапана происходит перемещение ступенчатой втулки относительно корпуса, открываются циркуляционные отверстия и освобождаются уплотнения, расположенные в корпусе. В этом случае зачастую происходит вырыв уплотнений из их пазов под действием давления и последующее их повреждение (разрушение). Это свидетельствует о низкой надежности прототипа. 3. Наличие силовой пружины над ступенчатой втулкой обуславливает закрытие циркуляционного клапана при случайной остановке промывки скважины, т. е. без создания заданного импульса давления. В этом случае клапан является неуправляемым. Задачей настоящего изобретения является повышение надежности роботы и расширение функциональных возможностей. Сущность настоящего изобретения состоит в том, что известный циркуляционный клапан, включающий корпус с перепускными и циркуляционными отверстиями, ступенчатую втулку, установленную соосно с корпусом с возможностью ее осевого перемещения и перекрытия циркуляционных отверстий корпуса, камеру высокого давления, образованную ступенчатой втулкой и корпусом, и уплотнения, установленные в пазах корпуса, согласно изобретению дополнительно содержит подпружиненную втулку, установленную соосно на ступенчатой втулке, кольцевую камеру, выполненную в подвижной втулке, и, по крайней мере, один подпружиненный скошенный штырь, установленный в корпусе и фиксирующий ступенчатую втулку после ее осевого перемещения, при этом ступенчатая втулка установлена внутри корпуса, камера высокого давления сообщается гидравлически с внутритрубным и затрубным пространствами, причем подпружиненная втулка установлена с возможностью ее осевого перемещения и перекрытия гидравлической связи кольцевой камеры с внутритрубным пространством, при этом поверхности нижней части подпружиненной втулки сопрягаются с краями кольцевой камеры. При этом уплотнения, установленные в пазах корпуса, ограничены фигурными кольцами. Причем подпружиненная втулка снабжена шаровыми элементами. Кроме того, циркуляционные отверстия, выполненные в ступенчатой втулке, снабжены узкими продольными пазами. Причем поверхности нижней части подпружиненной втулки, сопрягаемые с краями кольцевой камеры, выполнены коническими. Признак – циркуляционный клапан содержит подпружиненный скошенный штырь, установленный в корпусе и фиксирующий ступенчатую втулку после ее осевого перемещения, обеспечивает надежное переключение циркуляционного клапана из закрытого положения в открытое и обратно. Так при повышении давления в камере высокого давления в течение некоторого времени ступенчатая втулка остается в неподвижном положении и лишь при превышении давления в камере высокого давления усилием сжатия пружины скошенного штыря ступенчатая втулка быстро перемещается вниз до полного совмещения циркуляционных отверстий корпуса и ступенчатой втулки и полного открытия циркуляционного клапана. В противном случае, когда ступенчатая втулка не зафиксирована подпружиненным скошенным штырем, при повышении давления в камере высокого давления втулка будет медленно перемещаться вниз, что может привести к частичному совмещению циркуляционных отверстий корпуса и ступенчатой втулки и размыву уплотнений циркуляционным агентом. Признаки – подпружиненная втулка установлена в возможностью ее осевого перемещения и снабжена шаровыми элементами, позволяют обеспечить плавное перемещение подпружиненной втулки и исключить ее заклинивание при наклонном и горизонтальном расположении циркуляционного клапана. Признаки – поверхности нижней части подпружиненной втулки, сопрягаемые с краями кольцевой камеры, выполнены коническими, позволяют передавливать глинистые и отталкивать твердые частицы горных пород на границе сопрягаемых поверхностей и обеспечивает герметичное перекрытие кольцевой камеры. Признак – циркуляционные отверстия, выполненные в ступенчатой втулке, снабжены узкими продольными пазами, позволяет плавно выравнивать давление в пазах уплотнений при подходе циркуляционных отверстий втулки 4 к уплотнениям и предотвратить вырывание уплотнительных колец из пазов. На фиг. 1 представлен заявляемый циркуляционный клапан в разрезе. На фиг. 2 представлен в сечении А-А подпружиненный скошенный штырь, фиксирующий подвижную ступенчатую втулку циркуляционного клапана. На фиг. 3 представлен узел 1 в разрезе при закрытом положении циркуляционного клапана. На фиг. 4 представлен узел 1 в разрезе при открытом положении циркуляционного клапана. На фиг. 5 показано взаимное расположение циркуляционного отверстия подвижной ступенчатой втулки и уплотнения, установленного в корпусе, в закрытом положении циркуляционного клапана. На фиг. 6 показан момент переключения циркуляционного клапана и разгрузки давлением через продольный паз, циркуляционного отверстия ступенчатой втулки уплотнения, установленного в корпусе. На фиг. 7 показан момент расположения циркуляционного отверстия ступенчатой втулки с разгруженным от перепада давления уплотнением корпуса. На фиг. 8 показан момент совмещения циркуляционного отверстия корпуса с циркуляционным отверстием ступенчатой втулки. На фиг. 9 представлено циркуляционное отверстие с продольным пазом ступенчатой втулки. Циркуляционный клапан включает корпус 1, в нижней части которого выполнены перепускные отверстия 2, а в средней – циркуляционные отверстия 3, ступенчатую втулку 4, установленную внутри корпуса 1 соосно с ним, в верхней части которой установлена подвижная втулка 5, подпружиненная пружиной 6 и снабженная шаровыми элементами 7, кольцевую камеру 8, выполненную во втулке 4 и сообщающуюся верхней частью с внутритрубным пространством скважины, а через продольные каналы 9, циркуляционные отверстия 10, выполненные во втулке 4, циркуляционные отверстия 3 – с затрубным пространством, скошенный штырь 11, подпружиненный пружиной 12, установленный в корпусе 1 и фиксирующий втулку 4 после ее осевого перемещения, уплотнения 13, выполненные в виде уплотнительных колец 14, установленных в пазах корпуса 1 и ограниченных фигурными кольцами 15, проточку 16, с верхней 17 и нижней 18 канавками под штырь 11, выполненную во втулке 4 камеру высокого давления 19, образованную корпусом 1 и втулкой 4 и сообщающуюся через перепускные отверстия 2 с затрубным пространством, при этом втулка 5 установлена с возможностью осевого перемещения и перекрытия верхней части камеры 8, циркуляционные отверстия 10 снабжены узкими продольными пазами 20, а поверхности нижней части втулки 5, соприкасающиеся с краями кольцевой камеры 8, выполнены коническими. Кроме того, ширина узкого продольного паза, выполненного во втулке 4, составляет не более 1/2 ширины паза уплотнения 13, а длина – менее 1,5 ширины паза уплотнения 13. Циркуляционный клапан работает следующим образом. На колонне труб спускают в скважину компоновку, включающую пакер, циркуляционный клапан и другое необходимое оборудование. После установки пакера для открытия циркуляционного клапана в затрубном пространстве создают перепад давления относительно давления во внутритрубном пространстве путем закачки в него циркуляционного агента, который через отверстие 3 поступает в камеру высокого давления 19. По мере закачки в затрубное пространство циркуляционного агента давление в камере 19 повышается. Когда давление, действующее в камере 19 на втулку 4, превысит усилие сжатия пружины 12, штырь 11 выходит из канавки 18 и втулка 4 перемещается вниз. Узкие продольные пазы 20 циркуляционных отверстий 10 подходят к уплотнениям 13 и происходит выравнивание давления в пазах уплотнений 13, что предотвращает выброс уплотнительных колец 14 из пазов под действием давления. Когда циркуляционные отверстия 10 будут располагаться напротив циркуляционных отверстий 3, штырь 11 входит в канавку 17, фиксируя втулку 4 в неподвижном состоянии относительно корпуса 1, при этом циркуляционный агент из затрубного пространства через циркуляционные отверстия 3, 10, продольные каналы 9 поступает в камеру 8. Когда усилие, создаваемое давлением циркуляционного агента в камере 8 и действующее на нижний торец втулки 5, превысит усилие сжатия пружины 6, втулка 5 плавно на шаровых элементах 7 переместится вверх, освобождая верхнюю часть камеры 8 для прохождения циркуляционного агента во внутритрубное пространство скважины. При этом обеспечивается прохождение циркуляционного агента из затрубного пространства во внутритрубное. Для закрытия циркуляционного клапана прекращают подачу циркуляционного агента в затрубное пространство, при этом втулка 5 перемещается вниз и перекрывает верхнюю часть камеры 8. Затем повышают давление во внутритрубном пространстве. Когда давление во внутритрубном пространстве превысит давление в затрубном пространстве и в камере 19, а усилие, действующее на нижний торец втулки 4, превысит усилие давления в затрубном пространстве, действующее на втулку 4 в камере 19, и усилие пружины 12 через скошенный штырь 11, который вытесняется из канавки 17, втулка 4 быстро переместится вверх до упора ее в корпус 1, перекрывая при этом циркуляционные отверстия 3, штырь 11 входит в канавку 18, фиксируя втулку 4 в неподвижном положении относительно корпуса 1. При этом циркуляционные отверстия 3 перекрываются втулкой 4. Заявляемый циркуляционный клапан по сравнению с прототипом более надежен в работе и может быть использован не только в вертикальных, но и в наклонных и горизонтальных скважинах. Источники информации 1. Авт. свид. SU 1139828, 1985. 2. Авт. свид. SU 1266968, 1986. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за
Дата прекращения действия патента: 15.12.2008
Дата публикации: 10.05.2011
|
||||||||||||||||||||||||||
