Противовыбросовый клапан скважинного оборудования

 

Предохраняет трубное пространство бурильной колонны от восходящего потока флюида. Уменьшает накопление абразивных частиц при прокачке бурового раствора Содержит корпус, две подвижные цилиндрические втулки. Пружины , поджимающие втулки,расположены в замкнутых полостях и защищены с помощью уплотнений от попадания абразивных частиц бурового раствора Поворотная пробка перемещается вдоль оси корпуса с помощью цапф, контактирующих с наклонными пазами на внутренней поверхности корпуса. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социалистических „, ц 1 778276 А 1

РЕСПУБЛИК («)з Е 21 В 34/06 Р 16 К У06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТ«=.НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4870940/0З (22) 06.09.91 (46} 30.11.92. Бюл. «я 44 (71} Специальное проектно-конструк" ,торское бюро автоматизацйи глубокого разведочного бурения Научно"производ" ственного объединения "Геотехника" (72} Г.Л, Рыбаков, А.А. Александров, А.Н. Денисов и С.R. Андрианов .(56} Патент СНА « 4660596, кл. F 16 К 5/06, 1986. (54) ПРОТИВОВНБРОСОВЫй КЛАПАН СКВАЖИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ. °

Изобретение относится к области бу ровой техники .и может быть использо" вано как устройство, предохраняющее трубное пространство бурильной колонны от фонтанирования нефти и газа через него.

Изобретение может применяться вобластях техники, где происходит пере-. качка жидкостей и газа, в качестве обратного клапана в нагнетательных трубопроводах.

Известен клапан, предназначенный для предотвращения выброса промывочной жидкости и пластовых флюидов и со" держащий корпус, обойму, запорный элемент с цапфами и узлом фиксации, дросселирующий элемент, а корпус вы" полнен с пазом. В зависимости от нап" равления потока жидкости клапан открыт или закрыт. Работа клапана осу" ществляется перемещением обоймы и вза" имодействием при этом хвостовика: с ку" (57) Предохраняет трубное пространст" во бурильной колонны от восходящего потока флюида. Уменьшает накопление абразивных uàcòèö при прокачке бурово" го раствора. Содержит корпус, две подвижные цилиндрические втулки. Пру-" жины, поджимающие втулки, расположены в замкнутых полостях и защищены с по" мощью уплотнений от попадания абразив" ных частиц бурового раствора. Поворот" ная пробка перемещается вдоль оси .корпуса с помощью цапф., контактирующих с наклонными пазами на внутренней поверхности корпуса. 6 ил. нъ лачками, расположенного на цапфе за" порного элемента, и выступа на корпу" се.

Недостатком этого клапана является то, что дросселирующий элемент пере" д крывает "живое" сечение трубного про" странства, если он выполнен не элас" тичным или быстро изнашивается буровым раствором, содержащим абразив в виде кварца,барита и т.д., если он выпол" нен эластичным. Кроме того, паз в кор" пусе снижает грузоподъемность кпапа- ОЪ на, устанавливаемого в верхней части бурильной колонны под ведущей трубой.

1 еаааЪ так как ведущая труба находится в скважине, то паз,ничем не защищенный, забивается породой, что приво" дит к неработоспособности клапана.

Известен внутренний клапан превен" тора (прототип), предназначенный для пропуска жидкости в одном направлении, содержащий верхнюю и нижнюю втулку, 177 ».76 связанные между собой соединитель" ными штоками, а между втулками и што" ками находится шаровой элемент, име" ющий две канавки, в которые входят, два пальца, закрепленные в отверстиях корпуса. Работа клапана сводится к подъему или опусканию втулок вместе с шаровым элементом потоком жидкости и повороту шарового элемента непод" вижным пальцем за канавку, перемещаю" щуюся мимо него.

Недостатком указанного клапана является то, что в случае применения его в качестве противовыбросового кла- 5 пана, когда через него будет прока" чиваться буровой раствор, содержащий кремний, барит, глину и др., над его верхней втулкой будут скапливаться указанные компоненты. Это явление,бу" gQ дет происходить потому, что после от" крытия клапана, когда верхняя:и ниж" I няя втулка сожмут пружину, между верх" ней втулкой и корпусом образуется застойная кольцевая полость, в кото" 25 рой и будет отстаиваться осадок из бурового раствора. Особенно интенсивно этот осадок будет оседать в углах, т.к. турбулентное движение жидкости будет выносить его из средней части gg полости. Поэтому, когда клапан будет закрываться, этот осадок не даст ему закрьГГься ПОлнОстью и явится клином между втулкой и корпусом. Кроме того, через отверстия, выполненные в резьбо-ь вом кольце, которые служат для перето . ка жидкости из полости, где находитсяг. пружина, будет попадать буровой раст" вор в указанную полость при закрь1тии клапана. Осаждение осадка в этой полости может не позволить осуществиться нормальной работе клапана. Приме" нение пальцев, установленных..;в отвер" стия, выполненные в корпусе, для взаимодействия с шаровым элементом снижают 4 5 прочностную надежность корпуса. Ука", .занные недостатки ведут к. снижению на" дежности клапана как устройства.

Целью изобретения является повыше" ние надежности работы клапана за счет 5О возможности уменьшения накопления абразивных частиц при прокачке бурово" го раствора при одновременном упроще" нии конструкции. Поставленная цель

Достигается тем, что в противовыбросо" вом клапане, содержащем корпус, пово-, ротную пробку, установленную между верхней и нижней подпружиненной втулками, и уплотнительные элементы, каждая цилиндрическая втулка выполнена по всей длине одного диаметра с упорами на наружной поверхности, при этом жесткость пружины верхней втул" ки меньше жесткости пружины. нижней втулки,а корпус выполнен по внутренней поверхности ступенчатым и снабжен кольцевым выступом в нижней части, кроме этого корпус. и втулки образуют герметичные кольцевые канавки, в кото" рых размещены пружины с возможностью взаимодействия с упорами и корпусом, поворотная пробка имеет две цапфы, при этом корпус на внутренней поверхности имеет вкладыши с наклонными нап" равляющими пазами, для размещения в них цапф поворотной пробки.

Рассмотрим существенность отличительных признаков.

Размещение пружин и упорных, поверхностей в изолированных полостях, об- . разованных корпусом и. втулками, позво" лило недопустить попадание осадка из бурового раствора под упорные поверх- ности втулок, тем самым. гарантируется постоянная величина хода поворотной. пробки, а соответственно, .полное от". крытие и закрытие клапана,. Для того, чтобы в полости. при работе клапана не возникало избыточного давления или разряжения, что обеспечивает ее изо" лированность, необходимо входное и выходное отверстие в полости, в кото"., рых установлена цилиндрическая втулка, иметь равного диаметра. Тогда изменения объема полости при перемещении втулки происходить не будет, что облег" чает изоляцию путем. установки уплотнительных колец. Изготовление поворотной пробки с цапфами и корпус на внутренней поверхности имеет вкладыш с наклонными пазами для- размещения в. них цапф. поворотной пробки, позволило усилить корпус, сделав его целиковым (без отверстий под пальцы и резьбовые втулки), и. за счет этого увеличить надежность клапана.

Таким образом, заявленный противовыбросовый клапан по отношению к известным аналогичным устройствам соот". ветствует критерию "новизна". Анализ: известных технических решений в иссле дуемой области позволяет сделать вывод: об отсутствии в них признаков,сходйых с существенными отличительнйми.призна" ками в заявляемом устройстве, а это свидетельствует о том, что отличитель"! ные признаки заявляемого решения соот-

5 177 ветствуют критерию "существенные от" личия".

На Фиг. 1 изображен клапан, раз" рез; на Фиг. 2 - сечение A"À по оси поворотной пробки; на Фиг. 3 " поло" жение поворотной пробки по отношению к двум вкладышам с направляющими па" зами; на Фиг. 4 " разрез Б-F поворотной пробки по отношению к двум вкладышам с направляющими пазами; на

Фиг. 5 - поворотная пробка; на фиг.бвид В на поворотную пробку.

Предлагаемый противовыбросовый кла пан включает корпус 1, в котором ус" тановлены цилиндрические втулки 2 и 3 с возможностью их перемещения на ход

Н, Между корпусом 1 и цилиндрическими втулками 2 и 3 имеются изолирован" ные полости 4 и 5,.которые герметизируются уплотнениями 6. Втулки 2 и 3 подпружинены относительно корпуса 1 пружинами 7 и 8, установленными на упорах 9. и 10. На втулках 2 и 3 имеются упорные поверхности 11 и 12, находящиеся в изолированных полостях

4 и 5. Усилие пружины 8 больше:усилия пружины 7. Поворотная пробка 13 находится между втулками 2 и 3, имеет цапфы !4 и 15 и параллельные между собой плоскости 16 и 17. Между плос" костями 16 и 17 и корпусом 1 установ" лены вкладыши 18 и 19. Вкладыши 18 и

19 имеют направляющие пазы 20 и 21, в которые цапфами 14 и 15 установлена поворотная пробка 13. Параллельные плоскости 16 и 17 параллельны оси 22 отверстия 23 поворотной пробки 13, а ось 24 цапф 14 и 15 перпендикулярна плоскостям 16 и 17 и от оси 25 пово" ротной пробки 17 находится с эксцент" риситетом Z. под углом у к оси 22 отверстия 73. От величины эксцентриситета Z зависит величина хода Н вту" лок 2 и 3 и поворотной пробки 13. Про" мывочная жидкость и нефтегазопроявле" ние имеет возможность взаимодействовать с поворотной пробкой 13 и торцами 26 и 27 втулок 2 и 3.

Клапан работает следующим образом.

В исходном положении клапан уста" навливается в буровую колонну за до" лотом и в скважине находится в закры том положении, при этом поворотная пробка 13, втулки 2,3 пружиной 8 прижимают к корпусу 1 упорной поверх" ностью 11. В случае подачи промывочной жидкости через клапан она воздей»ствует на поворотную пробку 13 и тоизобретения

Формула

Противовыбросовый клапан скважинного оборудования, содержащий корпус, поворотную пробку, установленную между,вер ней и нижней подпружиненной ц; втулками, и уплотнительные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности клапана путем уменьшения накопления абразивных частиц при перекачке бурового раствора

5О при одновременном упрощении конструкции, верхняя и нижняя втулки выполнены по. всей длине одного диаметра и с упорами по наружной поверхности, верхняя втулка выполнена подпружиненной, 55 причем жесткость ее пружины меньше, чем жесткость пружины нижней втулки, корпус выполнен по внутренней поверхности ступенчатым и снабжен кольцевым выступом в нижней части, при этом кор87.76 6 рец 26 втулки 2. Пробка 13, втулки

2 и 3 переместятся вниз на ход Н, при этом пружина 7 подожмет втулку 2 к по" воротной пробке 13. Перемещение поворотной пробки 13 с втулками 2 и 3 будет происходить до взаимодействия flo верхности 12 втулки 3 с корпусом 1.

Во время перемещения поворотная проб10 а 13 будет вращаться за счет взаимо" действия цапф 14 и !5 с направляющими пазами 20 и 21 вкладышей 18 и 17. В конце хода пробки 13 клапан откроется. Если во время работы клапана, ког"

15 да он открыт, начнется нефтегазопрояв" ление, которое будет передавливать поток промывочной жидкости, то оно будет воздействовать на торец 27 втулки 3 и дополнительно с пружиной 8 (бо20 лее "сильной", чем пружина 7) будет перемещать втулки 2 и 3 вместе с поворотной пробкой 13 вверх до упора по" верхностью 11 в корпус 1. Во время перемещения поворотной пробки 13 она

25 повернется вокруг своей оси 25 за счет взаимодействия цапф 14 и 5 с пазами

20 и 21. Клапан закроется. Будет пре дотврац<ен выброс нефти или газа из скважины. После окончания бурения клаЗО пан удаляется из скважины.

Использование предлагаемого противовыбросового клапана учитывая значительные затраты на ликвидацию фонта" нов, позволит получить экономический

З5 эффект, исходя из средних затрат на ликвидацию аких аварий в СССР

62,5 тыс. руб. в год на одно изделие.

1778276

Проиы0 очная

prudxocmo

Я!

Фие. 2 пус и втулки образуют герметичные кольцевые полости, в которых размещены пружины с возможностью взаимодействия с упорами и корпусом поворотная

Ф 5

Hegme гаапроя5ленце

Фиг.! пробка выполнена с цапфами,а корпус на внутренней поверхности имеет вкла" дыши с наклонными пазами для размещения в них цапф поворотной пробки.

1778 76

Риг. 5 гл

If ф7, Составитель Л. Доценко

Редактор Техред И, Иоргентал КорректорА. Козориз

° веаевевевЕа«aeевевеаввевasевевевеа вееаевЕв ° веаевев ° еаеаеаевеа еваафаеаевааа

° аевевааеаеаеаеаеаеаеаевеаевеаеееаеаеаеаеаеве вевевеаеаеаевеаеаеаеаеаеаевеаеаеаеаеаве Заказ 4170 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101