Клапан-отсекатель

Клапан-отсекатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам внутрискважинного оборудования, используемых на завершающей стадии бурения, а также при эксплуатации нефтяных и газовых скважин под давлением.

Известен клапан-отсекатель (Справочник по нефтепромысловому оборудованию, М., Недра, 1983 г., с.33, рис.15 «а»), включающий трубчатый корпус, подпружиненный полый поршень, подпружиненный тарельчатый клапан (хлопушка) с седлом и трубку управления клапан - устье скважины.

Этот клапан имеет недостатки:

- малый диаметр внутреннего канала относительно наружного диаметра корпуса, что определяется геометрией взаимодействия хлопушки с корпусом;

- сложная и дорогая система управления.

Известен стационарный проходной клапан-отсекатель (патент на изобретение RU 2250354 С2, Е21В 34/06, 05.05.2003 г.), включающий также трубчатый корпус с полым дифференциальным плунжером с захватной муфтой, образующими герметичную полость, подпружиненную хлопушку с седлом, пружинный фиксатор, управляющий цанговый захват и шарик.

В этом клапане внутренний канал имеет большие размеры, т.к. располагается эксцентрично относительно корпуса, а управление осуществляется изменением давления в скважине и в буровой колонне.

Этот клапан также имеет недостатки:

- полый дифференциальный плунжер не надежен, т.к. выполняет несколько функций: дифференциального гидропривода и управляющего наконечника для хлопушки;

- эксцентричность внутреннего клапана относительно обсадной трубы препятствует прохождению компоновки низа бурильной колонны (КНБК), что также снижает его надежность;

- нахождение шара в цанговом захвате после закрытия клапана осложняет подъем бурильной колонны из-за перелива находящейся в ней жидкости;

- клапан может быть использован только в процессе бурения, при эксплуатации он утрачивается.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности и расширение функциональности клапана.

Эта цель достигается тем, что:

1) к дифференциальному плунжеру присоединен шарнирно наконечник, взаимодействующий с седлом, тарельчатым клапаном и пружинным кольцевым фиксатором, а внутренние каналы эксцентричного полого корпуса и цилиндра с переводником выполнены соосно;

2) тарельчатый клапан оснащен дополнительной стартовой пружиной, установленной с тыльной стороны тарельчатого клапана, угол конусности которого составляет α≥10°;

3) клапан оснащен пакер-захватом с цанговым упором, взаимодействующим с захватной муфтой, переводником и установленной внутри переводника защитной гильзой с дополнительным пружинным кольцевым фиксатором;

4) цанговые упоры выполнены в виде «беличьего колеса» с конусным буртом по середине и установлены шарнирно на переводнике-захвате и пакер-захвате;

5) пружинные кольцевые фиксаторы выполнены неразрезными равноосного треугольного и более угольного профиля.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 изображен клапан в режиме бурения в положении «открыто» и «закрыто»;

на фиг.2 - клапан во время эксплуатации также в положении «открыто» и «закрыто»;

на фиг.3 - сечение А-А;

на фиг.4 - сечение Б-Б.

Клапан состоит из соединенных последовательно эксцентричного полого корпуса 1, цилиндра 2, переводника 3 и несоединенных с ними переводника-захвата 4 и пакера-захвата 5.

В корпусе 1 размещен с возможностью поворота вокруг оси 6 подпружиненный запирающей пружиной 7 и стартовой 8 тарельчатый клапан (хлопушка) 9 в форме усеченного конуса, взаимодействующий с седлом 10, также в форме усеченного конуса, с углом α≥10°, а полость «a» герметизируется кожухом 11, при этом полость «а» смещена относительно внутреннего канала на величину е.

В цилиндре 2 размещены с возможностью осевого перемещения дифференциальный плунжер 12, образуя герметичную полость «б» и полость «в», оснащенный сверху захватной муфтой 13, а снизу - шарнирно наконечником 14 и пружинными кольцевыми фиксаторами 15 (фиг.3 и 4), взаимодействующими с расточками «г» и «д» цилиндра 2, при этом наконечник взаимодействует с седлом 10 и уплотнительным кольцом 16 в корпусе 1.

Размеры сопряжений цилиндра 2 с плунжером 12 связаны соотношением D>D₁, где:

D - диаметр верхнего сопряжения;

D₁ - диаметр нижнего сопряжения.

В переводнике 3 размещены с возможностью осевого перемещения гильза 17 с пружинным кольцевым фиксатором 18, блокированным кольцом 19.

На переводнике-захвате 4 размещен шарнирно блокированный гайкой 20 цанговый упор 21, оснащенный конусным буртом «ж» с углами конусов β>40° и соотношением размеров d=d₁-h-δ, где:

d - диаметр цилиндрических участков упора 21;

d₁ - диаметр внутренний клапана;

h - высота упорного бурта "ж";

δ - зазор между диаметром d и внутренним диаметром муфты 13.

На пакер-захвате 5 размещен аналогично цанговый упор 21 и уплотнительные кольца 22 из упругого материала, например резины.

Клапан работает следующим образом.

Клапан в положении «открыто» (фиг.1), кроме захватов 4 и 5, в составе эксплуатационной обсадной колонны спускается в скважину, при этом тарельчатый клапан 9 заблокирован в полости «а» наконечником 14, пружины 7 и 8 сжаты, фиксатор 15 находится в расточке «г», а полости «а» и «б» заполнены полностью жидкостью, например минеральным маслом.

После этого осуществляется тампонирование скважины, при этом цементный раствор не проникает в полости «а» и «б», т.к. там находится жидкость. Затем переводник-захват 4 устанавливается над долотом (бицентрическим) в составе КНБК и спускается на забой, при этом, проталкиваясь через захватную муфту 13, цанговый упор 21 обжимается на величину δ, а затем разжимается.

Во время бурения при касании стенок скважины цанговый упор 21 имеет возможность вращаться на переводнике 4, что исключает его поломку от касательных ударных нагрузок, а клапан удерживается в положении «открыто» фиксатором 15 и направленной вниз осевой силой дифференциального давления на диаметры D и D₁ плунжера 12 от прокачиваемого бурового раствора, так как полость «б» заполнена воздухом.

После вскрытия продуктивного пласта, когда давление в скважине становится аномальным, при подъеме КНБК цанговый упор 21, воздействуя буртом «ж» на захватную муфту 13, перемещает плунжер 12 с наконечником вверх до упора, преодолевая сопротивление кольцевого фиксатора 15 и осевой силы дифференциального давления, при этом клапан 9 разблокировывается и под воздействием сначала стартовой пружины 8, а затем запирающей 7, поворачиваясь вокруг оси 6, садится на седло 10, а фиксатор 15 переносится в расточку «д», тем самым удерживает плунжер 12 с наконечником 14 от перемещения вниз под воздействием столба жидкости над клапаном.

Открывание клапана при повторном спуске КНБК может осуществляться созданием давления над клапаном, создающим усилие на плунжере 12 большее, чем усилие сдвига фиксатора 15, так и при проталкивании гильзы 17 через захватную муфту 13 плунжера 12.

При эксплуатации скважины (фиг.2) пакер-захват 5 подсоединяется к низу колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и спускается до ввода в клапан, при этом сначала сдвигается защитная гильза 17, преодолев сопротивление кольцевого фиксатора 18, затем стыкуется и герметизируется сопряжение переводника 3 с пакер-захватом 5 при помощи уплотнений 22, и далее гильза 17, сдвигая плунжер 12 вниз, открывает клапан.

При подъеме колонны НКТ, например, при ремонтных работах, закрытие клапана происходит в обратном порядке: сначала тарельчатый клапан 9 садится на седло 10, затем расстыковывается пакер-захват 5 от переводника 3, при этом защитная гильза 17 возвращается в первоначальное положение и удерживается кольцевым фиксатором 18.

1. Клапан-отсекатель, содержащий эксцентричный полый корпус с седлом, цилиндр с переводником, подпружиненный тарельчатый клапан, пружинный кольцевой фиксатор, дифференциальный плунжер с захватной муфтой и присоединенным к нему наконечником, взаимодействующим с седлом, тарельчатым клапаном и пружинным кольцевым фиксатором, эксцентричный полый корпус и цилиндр с переводником, выполненные с внутренними каналами, отличающийся тем, что тарельчатый клапан оснащен дополнительной стартовой пружиной, установленной с его тыльной стороны, при этом угол конусности α тарельчатого клапана составляет α≥10°, а внутренние каналы эксцентричного полого корпуса и цилиндра с переводником выполнены соосно.

2. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что захватная муфта выполнена с возможностью взаимодействия с переводником-захватом с цанговым упором, включенным в состав компоновки низа бурильной колонны.

3. Клапан-отсекатель по п.1, отличающийся тем, что захватная муфта с переводником и установленной внутри переводника защитной гильзой с дополнительным пружинным кольцевым фиксатором выполнены с возможностью взаимодействия с пакер-захватом с упругим цанговым упором, включенным в состав колонны насосно-компрессорных труб.

4. Клапан-отсекатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что цанговые упоры выполнены в виде «беличьего колеса» с буртом по середине и установлены шарнирно на переводнике-захвате и пакер-захвате.

5. Клапан-отсекатель по п.1 или З, отличающийся тем, что пружинные кольцевые фиксаторы выполнены неразрезными треугольного или многоугольного профиля.