Гидравлический переключатель для забойных двигателей

 

Использование: бурение скважин на нефть и газ забойными двигателями. Сущность изобретения, переключатель содержит корпус с осевым проточным каналом , разделенным поперечной перегородкой с отверстием под шток клапана . В корпусе под перегородкой выполнен боковой канал, который перекрывается клапаном , срабатывающим от перепада давления К перегородке с двух сторон прикреплены эластичные маслонаполненные камеры, помещенные в защитные кожухи . Через нижнюю камеру пропущен шток клапана. В отверстии перегородки под шток установлены калиброванные насадки для перетока масла. На штоке клапана установлен фиксатор положения штока. 1 з.п.флы, 6 ил

ГОК > ОО11е тских сс)I <иллис ти 1FcKMx

РЕС11УЕ )11ИК

1511 Е 21 В 4/00, 34/08

lт1СУдЛР С ГВЕ1И!01 11Л1 Еll!11ОЕ ! з1-ЛОмсте10 сГсР (ГЕ)СllA1ЕНТ ГССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 48 1 7679/03 (22) 23.04.90 (46) 23.07.93. Бюл. N. 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский .институт буровой техники (72) Ю.С.Васильев, Б.А.Васильев, В.А.Кальдибеков, А.Н,Кокорев и В.А.Даценко (56) Патент США N. 3661218, кл. 175-107, 197.2.

Патент США N". 4470464, кл. 175 — 107, 1984, (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (57) Использование: бурение скважин на нефть и газ забойными двигателями. СущИзобретение относится к буровой технике, а именно к средствам, обеспечивающим воэможность промывки ствола скважины беэ извлечения бурового инструмента на поверхность.

Целью изобретения является обеспечение возможности промывки скважины на любых режимах в течение любого времени с одновременным повышением надежности его работы и срока службы.

На фиг. 1 изображен общий вид гидравлического переключателя; на фиг. 2 — 6 — два варианта фиксатора положения запорного элемента в различных рабочих положениях.

Г1ереключатель состоит иэ корпуса 1 с осевым проточным каналом 2 для прохода текучей среды (фиг. 1). К корпусу переключателя подсоединяются бурильная колонна со стороны входа в проточный канал и забой„„>IJ «, 1828893. А1 ность изобретения; переключатель содержит корпус с осевым проточным каналом, разделенным поперечной перегородкой с отверстием под шток клапана. В корпусе под перегородкой выполнен боковой канал, который перекрывается клапаном, срабатывающим от перепада давления. К перегородке с двух сторон п рик реплен ы эластичн ые маслонаполненные камеры, помещенные в защитные кожухи. Через нижнюю камеру пропущен шток клапана. В отверстии перегородки под шток установлены калиброванные насадки для перетока масла. На штоке клапана установлен фиксатор положения штока. 1 з.п,флы, 6 ил. ный гидравлический двигатель с противопОложной стороны, которые гидравлически соединяются между собой проточным каналом 2 переключателя, Проточный канал разделен поперечной перегородкой 3, в которой имеются проточные отверстия 4 с кай либрованными насадками 5. создающими перепад давления. Под перегородкой в Ю стенке корпуса переключателя выполнен Э боковой канал б для сообщения проточного Q0 канала с затрубным пространством. Канал 6 Q0 изнутри перекрывается клапаном 7 для раз- () общения в процессе бурения полости корпуса 1 от затрубного пространства. Клапан 7 установлен с возможностью перемещения в осевом .направлении от перепада давления и имеет шток 8. Для прохода штока 8 через перегородку 3 в последней в ее середине выполнено сквозное отверстие 9. К перегородке

1828893 сверху и снизу оТ штокового отверстия прикреплены эластичные камеры 10 и 11, помещенные в защитные кожухи 12 и 13 и зяаполненные смазывающей средой. Камеры 11 и 10 сообщаются между собой через штоковое отверстие 9, которое для доэированного перетока масла из камеры в камеру имеет калиброванную насадку 14. Через нижнюю камеру 11 пропущен шток 8 клапана, на штоке закреплен поршень 15, являющийся дном камеры 11. Кроме того, шток клапана снабжен фиксатора поло>кения 16.

Конструкция фиксатора положения может быть самой традиционной и разнообразной, например, B виде разновысотных прорезей

17 и 18 (фиг. 2-6) и фиксиру1ощих элементов, fîðèçoHòàëüíûx 19 или вертикальных 34 штырей, входящих в соответствующую нужному положению клапана длинную 17 игпи короткую 18 прорезь и своим зацеплением фиксирующих отключение клапана или включение его в работу. Включенный в работу клапан срабатывает через фиксатор положения под действием перепада давления . нэ насадках 5. 25

Фиксатор, изображенный на фиг. 2 — 3, состоит из двух фигурных втулок 23 и 24, нанизанных на шток 8. Верхняя втулка 23 установлена на штоке свободно и может вращаться на нем и продольно по нему перемещаться. На втулке имеются разнавысотные длинные 17 короткие 18 прорези.

Перегородки 20 между прорезями имеют скосы 21 с торцевой стороны, Нижняя втулка 24 закреплена на штоке и имеет разновысотные зубья 25 и 26 с ответными торцевыми скосами 27. В зоне перемещения втулок в стенке отверстия 9 встроен штырь 19 также с ответным скосом 22, 40

Фиксатор, изображенный на фиг. 4 — 6 состоит из трех фигурных втулок 28, 29 и 30, нанизанных на шток 8(фиг, 4). Нижняя втулка 28 закреплена в стенке отверстия 9 и имеет разновысотные длинные 17 и короткие 18 прорези с перегородками 20 между ними. На торцах перегородок имеются скосы 21. Внутри втулки имеются пазы (на чертеже не показаны), Средняя втулка 29 закреплена на штоке 8, имеет шлицы 32 с торцевыми косыми зубьями 33, Втулка 29 вместе со штоком может перемещаться внутри втулки 28, при этом шлицы 32 входят в пазы втулки 28. Втулка 30 установлена на шток свободно и может вращаться на нем и 55 продольно по нему перемещаться до посадки на втулку 29, На втулке ЗО имеются фиксирующие элементы в виде штырей 34, входящих в прорези 17 и 18 при совмещении втулок 28 и 30. Фиксирующие элементы-штыри 34 имеют скосы 22, ответные скосам 21, Работает гидравлический двигатель следующим образом, Во время спуска колонны бурильных труб с забойным механизмом, например, гидравлическим двигателем, оснащенным гидравлическим перекл очателем, последний находится в транспортном положении (фиг. 1. 3 и 6). Клапан 7 открыт и удерживается пружиной в верхнем положении. При использовании регулятора, изображенного на фиг, 4 — 6 втулки 28-30 в это время находятся в контактном между собой положении (фиг. 6) и втулка 30 зависает на втулках 28 и

29, опираясь своими скосами 22 одновременно на скосы 21 перегородок 20 втулки 28 и косые торцевые зубья 33 втулки 29. В этом случае жидкость из затрубного пространства через канал 6 поступает во внутреннюю полость корпуса 1 (фиг, 1) и затем в бурильную колонну. После включения наземных буровых насосов промывочная жидкость через этот же боковой канал 6 гидравлического переключателя поступает обратно в затрубное пространство и по затрубному пространству на поверхность. Производится промывка скважины без включения в циркуляцианную систему двигателя и долота. При этом в калиброванных насадках 5 перегородки срабатывается давление, которое действуе íà стенки эластичной камеры

10 и вытесняет иэ нее через отверстие 14 смазывающую жидкость в камеру 11. При дости>кении в камере 11 необходимого давления, действием его на поршень 15 перемещается шток 8 вниз, преодолевая усилие возвратнои пружины. Вместе со штоком 8 перемещается вниз втулка 29, скользя своими шлицами 32 по внутренним паэам втулки 28, Втулка 30, оказавшись на перегородках 20 (фиг. 6) и опираясь только на них под собственным весом скатывается по скосам.21 и входит своими штырями 34 в какую-либо из прорезей 17 или 18, в зависимости от, того, на перегородке перед какой прорезью в данное время зависли штыри.

Если штырь скатывается в длинную прорезь

17 (фиг. 5), то шток 8 с клапаном 7 доходит до крайнего нижнего положения и клапан 7 перекрывает канал 6. Время, необходимое для перекрытия канала, задается временем, необходимым для промывки скважины и рассчитывается по диаметру насадки 14, обеспечивающим необходимую скорость перетока для достижения нужного давления и закрытия клапана по истечении заданного проме>кутка времени. достаточного для промывки скважины, Таким образом, время, отведенное на перекрытие клапана

1828893

Г) 0

30

50 согласовано со временем, необходимым для.промывки скважины.

После перекрытия клапана промывочная жидкость через осевой проточный канал

2 переключателя направляется в забойный двигатель и долото, приводя их во вращение, Проводят бурение. После остановки насосоа и прекращения циркуляции под действием возвратной пружины клапан возвращается в исходное положение,.вновь сообщая эатрубное пространство с внутренней полостью бурильной колонны и исключая из системы промывки забойный двигатель и долото, а шток 8 в это время вместе со втулками 29 и 30 поднимается в крайнее верхнее исходное положение (фиг.

6), при этом штыри 34 опираются только на зубья втулки 29, штыри 34 скатятся по зубу до упора s соседний следующий зуб.

Следующее включение насосов обеспе чивает длительную промывку скважины, т.к. при достижении нужного давления на клапане его шток опять вместе с втулками 29 и

30 перемещается вниз, и когда плоскости скосов 2 1 перегородок 20 и параллельные им скосы зубьев 33 совпадут, штыри 34 оказываются опирающимися одновременно как на зубья 33, так и на скосы перегородок перед короткой прорезью 18, и как только втулка 29 со штоком втянется под давлением во втулку 28, штыри 34 зависают только на перегородках 20 и по их скосам 21 сползет в короткую прорезь 18, которая ограничивает дальнейшее осевое перемещение штока и не допускает закрытие клапана

Шток зависает на штыре в фиксированном открытом положении клапана. Жидкость продолжает поступать в эатрубное пространство через канал б неограниченное время до момента отключения насосов. Как только насосы будут отключены., шток вновь поднимается в крайнее верхнее положение и штырь выйдет иэ зацепления с короткой прорезью. Следующее включение насосов сопровождается ограниченнои во времени промывкой скважины, сработкой клапана через заданное время и вхождением штыря в длинную прорезь, т.е. перекрытием клапана. Чередуя включения насосов можно чередовать регламентированную промывку скважины с неограниченной.

Фиксатор положения, изображенный на фиг. -2 и 3, работает аналогично.

При перекрытии канала 6 1ыток 8 с клапаном 7 находится в крайнем нижнем положении (фиг. 2), штырь 19 фиксатора входит в длинную 17 прорезь штока. После остановки насосов клапан возвращается в исходное открытое положение. Ври этом шток

8 поднимается вверх вместе с втулкой 24 и подталкивая втулку 23 верх выведет ее из зацепления со штырем 19 и войдет в зацепление с ним сама. В зто время шток 8 находится в крайнем верхнем положении, а втулка 23 своими перегородками скатывается по скосам 27 зубьев 25 и 26 и, проворачиваясь на один зуб, зависает между зубьями

25 и 26 на штыре 19. При следующем включении насосов идостижении нужногодавления на клапане его шток 8 перемещается вниз, штырь 19 выходит из зацепления с зубьями 25 и 26, и втулка 23 скосами 21 своих перегородок 20 скатится по скосу 22 штыря 19, и, в результате проворота втулки

23 еще раэ на один зуб, шгырь 19 войдет в зацепление с короткой прорезью 18, на которой шток зависнет в фиксированном открытом .положении клапана (фиг. 3). Как только насосы будут отключены. шток поднимется вверх и штырь выйдет иэ зацепления с короткой прорезью. Следующее включение насосов сопровождается вхождением штыря в длинную прорезь штока, т.е. перекрытием клапана;

Во время перекрытия канала клапаном, последний не подвержен пульсации жидкости. т.е. непосредственного контакта жидкости с клапаном нет. Жидкость действует на клапан через масляную камеру., компенсирующим пульсирующую нагрузку и обеспечивает постоянное действие через смазо<ную среду; Клапан в результате надежно перекрывает канал, и промывочная жидкость беэ утечек поступает к долоту и обеспечивает заданные. режимы бурения.

Преимуществом клапана является то, «то увеличивает срок его службы и обеспечивается воэможность промывки скважины на тех же режимах, на каких проводится бурение. что сокращает непроизводительные затраты времени на промывку при пониженных расходах.

Достоинством клапана является и то, что после промывки скважины клапан автоматически перекрывается, а в случае необходимости в длительной промывке . скважины-, достаточно отключить-включить насосы и тем самым зафиксироватъ клапан в открытом положении.

Формула изобретения

1, Гидравлический переключатель для забойных двигателей, включающий полый корпус с осевым проточным каналом, разделенным проточной поперечной перегородкой., под которой через стенку корпуса выведен боковой канал, перекрываемый изнутри клапаном, установленным с возможностью. осевога перемещения от перепада давления в текучей среде на перегородке е которой имеется сквозное отверстие под

1828893 шток клапана,о тл ича ю щий с я тем, что, с целью обеспечения возможности промывки скважины на любых режимах путем затяжной сработки переключателя с одновременным повышением надежности 5

его работы и срока его службы, к перегородке с двух сторон от ее штокового отверстия прикреплены эластичные камеры. заполненные масляной средой и пом щенные в защитные кожухи, через нижнюю камеру 10 пропущен шток клапана, а в отверстии перегородки под шток клапана установлен дозатор перетока масляной среды, например в виде калиброванных насадок.

2. Переключатель по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью. обеспечения возможности нерегламентированной промывки скважины на любых режимах, шток клапана .снабжен фиксатором положения.

1828893

1828893.1828893

Составитель Ю.Васильев

Техред M.Моргентал Корректор M. Ткач

Редактор

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

Заказ 2468 Тираж Подписное

ытиям и и ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб.„4j5