Циркуляционный клапан

 

1. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ЮШПАН, управляемьй спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности его работы и долговечности путем предотвращения контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида, он снабжен размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, именл ими уплотнительные кольца, последняя из которых оканчивается 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, a в открытом положении клапана - с проточкой и упорным буртиком , вьшолненными в золотнике, и с внутренней поверхностью корпуса. 2.Клапан по п. 1, отлич.акгщ и и с я тем, что на внутренней поверхности корпуса ниже расточки вьтолнена канавка для размещения в ней в открытом положении клапана, подпружиненного в сторону корпуса внешнего конусного буртика цанги, a диаметр внутреннего конусного буртика цанги меньше диаметра наружноТо диаметра втулки. 3.Клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутри корпуса выше расточки вьтолнена выточка и установлена аксиально подвижная дополнительная защитная СО :втулка, имеющая уступ для взаимою действия с захватом и фиксатор, усэо .тановленный с возможностью взаимо- ; .действия с выточкой в корпусе ввт крытом положении клапана.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) F. 21 В 34/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3606512/22-03., (22) 28.04.83 (46} 15.02.85. Бюл. Н- 6 (72) В.А.Киреев,.F.,Ã. Мясковский и В.П.Пирогов (53) 622.276.5(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2933819/02, кл. Е 21 В 43/00, 1980.

2. Оборудование для раздельной эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Каталог ЦИНТИХИМНЕФТЕИАР!, N., 1975, с. 141 (прототип).. (54)(57) 1. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛИГМАН, управляемый спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уп" . лотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности его работы и долговечности путем предотвращения контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида, ан снабжен размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, имеющими уплотнительные кольца, последняя из которых оканчивается цангой, зажимные кулачки которой имеют внеш,.Я0„„1139828 А ний и внутренний конусные буртики, причем эажимные 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.

2, Клапан по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что на внутренней поверхности корпуса ниже расточки выполнена канавка для размещения в ней в открытом положении клапана, подпружиненного в сторону корпуса внешнего конусного буртика цанги, е а диаметр внутреннего конусного буртика цанги меньше диаметра наружно. го диаметра втулки.

3. Клапан по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что внутри корпуса выше расточки выполнена вы- точка и установлена акснально .под; вижная дополнительная защитная втулка, имеющая уступ для взаимодействия с захватом и фиксатор, ус,тановленный с возможностью взаимоL действия с выточкой в корпусе в ЬТ крытом положении клапана.

1 1139828 2

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышпенности, B частности к циркуляционным клапанам для регупирования расхода потока флюида из скважины. 5

Известен циркуляционный клапан для регулирования расхода флюида иэ скважины, выполненный из расположенной в трубе запорной втулки, имеющей проходные отверстия и перемещающейся возвратно-поступательно в этой трубе (1 .

Недостатком этого клапана является то, что посадочные уплотнительные поверхности втулки и трубы выполнены незащищенными от воздействия фтюида и имеющегося в нем песка.

Это особенно сказывается в газовых

30 скважинах, где пескосодержание достаточно высоко и скорость движения .газа имеет большие значения.

Наиболее близким к предлагаемому является циркуляционный клапан, управляемый спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник $2).

Недостатком известного клапана является сравнительно малая долговечность и надежность его работы из-за постоянного контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида, особенно в условиях повышенного пескосодержания и агрессивности рабочих сред..

Цель изобретения — повышение надежности его работы и долговечнос-. ти путем предотвращения контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида.

Поставленная цель достигается тем, что циркуляционный клапан, управляемый спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, снабжен размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, имеющими уплотнительные кольца, последняя из которьгх оканчивается цангой, эажимные кулачки которой имеют внешний и внутренний конусные буртики, причем эажимные кулачки цанги в закрытом положении клапана взаимодействуют с расточкой, выполненной в корпусе, и наружной поверхностью золотника, а ..в откры- . том положении клапана - с проточкой!

О

50 и упорным буртиком, выполненными в золотнике, и с внутренней поверхностью корпуса.

Кроме того, на внутренней поверх- ности корпуса ниже расточки выполнена канавка для размещения в ней в открытом положении клапана подпружи) ненного в сторону корпуса внешнего конусного буртика цанги, а диаметр внутреннего конусного буртика цанги меньше диаметра наружного диаметра втулки.

Кроме того, внутри корпуса выше расточки выполнена выточка и установлена аксиально подвижная дополнительная защитная втулка, имеющая уступ для взаимодействия с захватом и фиксатор, установленный с возможностью взаимодействия с выточкой в корпусе в открытом положении клапана.

На фиг. 1 изображен циркуляционный клапан в закрытом положении; на фиг. 2 — то же, в открытом положении; на фиг. 3 — с дополнительной защитной втулкой, в закрытом положении; на фиг. 4 — то же, в открытом положении, на фиг. 5 — узел I на фиг. 4 с канавкой на внутренней поверхности корпуса.

Циркуляционный клапан состоит из соединенных корпусом 1 хвостовиков 2 и 3. В корпусе 1 выполнены радиальные проходные отверстия 4 и размещен с возможностью аксиального перемещения золотник 5, зазор между. которым и корпусом герметизиронан в области контакта с верхним хвостовиком 2 уплотнительными кольцами 6. и 7, а в области контакта с корпусом 1 — промежуточной втулкой 8 и расположенными в ней уплотнительными кольцами 9 и 10. Золотник 5 уп- равляется спускаемым сверху захватом (не показан), выполненным любой известной конструкции и взаимодействующим с размещенными в золотнике

5 базовыми расточками 11 (для подъема втулки вверх) и 12 (для опускания ее вниз), предназначенными для введения в них соответствующих деталей захвата.

Между корпусом 1 и золотником 5 размещена защитная втулка 13, гер-. метизированная относительно них при помощи уплотнительньгх колец 14 и 15 и оканчивающаяся цангой 16.

Цанга 1б имеет внешний 17 и ввутрев50

3 1139 ний 18 конусные буртики, выполненные с заходами 19 и 20 (фиг. 5) соответственно. Внешний конусный буртик

17 взаимодействует с внутренней поверхностью корпуса 1 и с выполненной на этой внутренней поверхности расточкой 21. Внутренний буртик 18 взаимодействует с наружной поверхностью (золотника 5 и с выполненными на ней проточкой 22 и упорным буртиком 23. 10

Возможны варианты выполнения циркуляционного клапана. В частности, для повышения надежности фиксации золотника 5 вместе с защитной втулкой 13 и цангой 16 в нижнем положе. нии путем предотвращения ее непроизвольного подъема потоком флюида на внутренней поверхности корпуса

1 ниже расточки 21 может быть вы" полнена (фиг. 5) канавка 24, взаимо- щ действующая с внешним конусным буртиком 17 цанги 16. В этом случае зажимные кулачки цанги нужно выполнить радиально подпружиненными в сторону корпуса 1. .Нодпружиненность 25 может быть обеспечена как за счет собственных сил упругости цанги, так и за счет установки специального разжимного элемента известного типа.(не показан) . При -этом необхо димо, чтобы внутренний диаметр конусного буртика 18 цанги 16 в раз,жатом состоянии был меньше диаметра наружной поверхности золотника 5 в месте ее контакта с буртиком 18.

В варианте исполнения предлагаемого устройства предусмотрена установка внутри корпуса герметиэироваиной и аксиально подвижной относительно него дополнительной защитной

J втулки 25. Герметизация этой втулки 40 относительно хвостовика 2 корпуса осуществлена при помощи уплотнительного кольца 26 (фиг. 3 и 4). Втулка

25 снабжена уступом 27 (для взаимодействия с захватом) и фиксатором

28 положения втулки, выполненным в виде упорного разрезного кольца, взаимодействующего с размещенной в корпусе выточкой 29. с

Золотник 5 имеет верхний торец

30, а защитная втулка — верхний торец 3 1 и нижнюю расточку 32. Хвосто- вик 2, имеющий внутреннюю поверхность 33, и защитная втулка 13 об- у разуют кольцевое пространство 34, а дополнительная защитная втулка имеет нижний торец 35.

828 4

Циркуляционный клапан работает следующим образом.

Спуск клапана в скважину осуществляют преимущественно в закрытом положении. Для его открытия в скважину спускают захват, который приводят во взаимодействие с расточкой 12 (фиг. 1 и 2) золотника 5.

Воздействием сверху золотник 5 продвигают вниз. Это движение вниз происходит сравнительно свободно до тех пор, пока конусный упорный буртик 23 золотника 5 не дойдет до верхнего торца внутреннего конусного буртика 18 цанги 16 и внешний конусный буртик 17 золотник 5 не упрется в нижнюю коническуюповерхность расточкй 21, при этом проточка

22 подходит на уровень расположения буртика 18. Дальнейшее продвижение золотника 5 вниз потребует большего усилия для преодоления сопротивления упругости цанги 16.

После приложения такого усилия коническая поверхность расточки 21, воздействуя на внешний буртик 17 цанги 16, заставляет цангу сжаться в радиальном направлении, в результате чего внутренний конусный буртик 18 входит в проточку 22, а внешний буртик 17 может войти во взаимодействие с внутренней поверхностью корпуса. Благодаря этому золотник 5 имеет возможность продвигаться дальше вниз до тех пор, пока нижняя поверхность цанги 16 не упрется в верхнюю поверхность промежуточной втул"-и 8 и золотник 5 остановится, обеспечив при этом расположение верхнего торца 30 ниже проходного отверстия 4, т.е. открытое положение циркуляционного клапана. Следует отметить, что золотник 5 в начале своего продвижения вниз двигается один без защитной втулки 13, а после отжатия внешнего буртика 17 из расточки 21 он движется вместе с защитной втулкой

13 и связанной с ней цангой 16, в результате чего к моменту, когда золотник 5 займет нижнее возможное полажение, верхний торец 3 1 защитной втулки 13 тоже будет находиться на одном уровне с торцом 30 золотника 5 (фиг. 2). После этого захват извлекают из скважины.

В другом варианте исполнения клапана (фиг. 5) канавка 24 спужнт

9828

tS о

3 113 для фиксации положения цанги и защитной втулки 13 в нижнем положении.

Благодаря радиальной подлружиненности цанги 16 в сторону корпуса внешний конусный буртик 17 цанги при попадании его в канавку 24 расходится, и теперь, чтобы поднять цангу вверх, нужно приложить определенное усилие, что предотвращает случайное движение цанги 16, защитной втулки 13 и золотника 5 вверх, лод действием потока флюида.

При необходимости закрыть циркуляционный клапан с поверхности опускают захват, который приводят во взаимодействие с расточкой 11 золотника 5 и, преодолевая удерживающее усилие верхнего конуса канавки 24, приподнимают золотник 5. Конусный буртик 18 утапливается в проточку

22, и золотник 5 вместе с цангой 16 и защитной втулкой 13 начинает двигаться вверх, перекрывая проходные отверстия 4. Это движение вверх .сравнительно свободно происходит до тех лор, пока верхний торец защитной втулки 13 не упрется в нижний торец хвостовика 2. К этому времени внешний конусный буртик 17 цанги 16 выходит иэ контакта с внутренней поверхностью корпуса 1 и входит в расточку-21, зажимные кулачки цанги расправляются и внутренний конусный буртик 18 выходит из проточки 22, в результате чего золотник 5 двигается дальше вверх.

Это движение будет происходить до тех пор, пока упорный буртик 23 золотника 5 не упрется в нижнюю расточку 32 защитной втулки 13. К этому времени верхняя часть золотника е

5 вступает во взаимодействие с внутренней поверхностью 33 хвостовика

2. и перекрывает ее, предотвратив ее контакт с потоком флюида, идущим из нижележащих лролластков.

В результате этого, лри открытии проходных отверстий 4 верхняя уплотнительная поверхность золотника 5 и расположенные на ней уллотнительwe кольца 6 не подвергаются воз- действию потока флюида и имеющихся в нем пескообразных абразивных включений,что приводит к повышению герметичности и связанной с нею надежности, а также к существенному продлению срока службы, во-вторых, при движении флюида из нижних пластов и нропластков внутренняя поверхность хвостовика 2, являющаяся уплотнительной поверхностью, оказывается прикрытой от воздействия флюида.

В то же время при открытом положении циркуляционного клапана поток флюида через него идет ло проходным отверстиям 4 и кольцевому пространству 34 между нижним торцом хвостовика 2 и верхним торцом защитной втулки 13. При этом уплотнительная поверхность золотника 5 также оказывается прикрытой от воздействия потока защитной втулкой 13, в результате чего и в открытом положении циркуляционного клапана уплотнигельная поверхность и расположенные на ней уплотнительные кольца,6 оказываются защищенными от воздействия потока флюида и имеющегося в нем песка.

Однако в данном варианте исполнения в момент, когда в открытом положении циркуляцнонного клапана внутренняя поверхность 33 хвостовика 2 остается неприкрытой от воздействия

„потока флюида после определенного срока работы клапана в открытом положении при наличии абразивных частиц в потоке она может оказаться несколько изношенной и при закрытии клапана контант поверхности 33 с золотником 5 не обеспечит достаточной герметичности.

Для того, чтобы устранить это и предотвратить контакт с потоком флюида всех уллотняемых поверхностей на всех режимах работы, предназначен еще один вариант циркуляционного клапана, предусматрнвакиций установку дополнительной защитной втулки 25 (фиг. 3 и 4). Работа этого варианта клапана происходит так же, как и основного. Однако имеются отличия, связанные с перемещением дополнительной защитной втулки 25.

Для открытия клапана (фиг. 3) спускают захват, который приводят во взаимодействие с базовым уступом 27 дополнительной защитной втулки 25, и продвигают дополнительную защитную втулку 25 вниз. При этом вместе с ней двигается и золотник 5. Движе» ние вниз сравнительно беспрепятственно происходит до тех пор, пока упорное разрезное кольцо 28 не дойдет до выточки 29 и не зафиксируется в ней. К этому моменту верхний

7 1 торец золотника 5 достигает уровня верхнего торца защитной втулки 13, упорный буртик 23 доходит до верхнего торца внутреннего конусного буртика 18 цанги 1á, проточка 22 располагается напротив внутреннего конусного буртика 18. После этого захват приводят во взаимодействие с расточкой 12 золотника 5, который продвигают вниз. Это продвижение происходит аналогично продвижению по первому варианту. В результате продвижения вниз до упора циркуляцнонный клалан открывается, при этом нижний торец 35 дополнительной защитной втулки 25 оказывается на одном урдвне е- нижним торцом хвостовика 2, а верхний торец 30 золотника 5 совмещается но уровню с верхним торцом 31 защитной втулки 13. Кланан открываетея, и 4иноид по отверстиям

4 и каналу 34 проходит внутрь клапана. При этом при движении флюида в в отрытом состоянии уплотнительная внутренняя поверхность ЗЗ хвостовика 2 оказывается защищенной от его воздействия. При необходимости закрыть цнркуляционный клапан захват

f39828 приводят во взаимодействие с верхней расточкой 11 золотника 5>н последний продвигают вверх. Его продвижение на первой стадии происхо3 унт аналогично основному варианту устройства. После того, как при продвижении вверх верхний торец 30 золотника 5 достигнет нижнего торf0 ца дополнительной защитной втулки

25, продвижение их продолжают. При этом..благодаря коническому скосу наружной поверхности разрезного кольца 28 оно сжимается н не препят15 ствует продвижению вв рх дополнительной защитной втулки 25, которое продолжается до тех пор, пока дополнительная защитная втулка 25 не придет в крайнее верхнее положение.

В этот момент цнркуляционный клапан полностьв закрывается.

Таким образом, предлагаемое изобретение и его варианты позволяют иовысить надежность и долговечность .

25 циркуляциойн ого клапана за счет предотвращения контакта всех уплот; няемых поверхностей и углотнительных колец с потоком 4щюида на всех режимах работы клапана.

1 !39828

1 I 39828

zz

Составитель В.Борискина

Редактор И.Ковальчук Техред М.Надь Корректор О.Тигор

Заказ 244/23 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4