Компрессионный перепускной клапан и способ управления им (варианты)
Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена в компрессионных перепускных клапанах. Компрессионный перепускной клапан содержит корпус основной секции. Корпус основной секции содержит отверстие основной секции. Корпус содержит гильзу для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец содержит отверстие гильзы для уплотнительных колец и уплотнительные кольца, установленные с обеих сторон отверстия гильзы для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец выполнена с возможностью предотвращения вращения относительно корпуса основной секции, а также выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса основной секции между открытым положением гильзы для уплотнительных колец и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец. Отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено с отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, при этом отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от отверстия основной секции посредством уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец. Технический результат заключается в повышении эффективности компрессионного перепускного клапана. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 38 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно перепускные клапаны используются для обслуживания скважин, таких как нефтяные и газовые скважины. Как правило, данные клапаны опускаются в ствол скважины в собранном виде или соединенными в трубчатую колонну и используются для избирательного выпуска флюида из внутренней части колонны насосно-компрессорных труб в кольцевое пространство вокруг перепускного клапана. В некоторых вариантах применения данный выпуск используется для увеличения или облегчения протекания потока обломков породы в кольцевом пространстве.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На Фиг. 1 и 2 проиллюстрирован компрессионный перепускной клапан, расположенный в стволе скважины.
На Фиг. 3 проиллюстрирован вид сбоку активированного компрессионного перепускного клапана.
На Фиг. 4 проиллюстрирован вид в перспективе компрессионного перепускного клапана.
На Фиг. 5 проиллюстрирован поперечный разрез компрессионного перепускного клапана.
На Фиг. 6А показан вид в перспективе муфтового конца в сборе.
На Фиг. 6В проиллюстрирован вид сбоку муфтового конца в сборе.
На Фиг. 6C проиллюстрирован поперечный разрез муфтового конца в сборе.
На Фиг. 7А показан вид в перспективе основной секции.
На Фиг. 7В проиллюстрирован вид сбоку основной секции.
На Фиг. 7C проиллюстрирован поперечный разрез основной секции.
На Фиг. 8А показан вид в перспективе золотника клапана.
На Фиг. 8В проиллюстрирован вид сбоку золотника клапана.
На Фиг. 9А показан вид в перспективе гильзы с уплотнительными кольцами.
На Фиг. 9В проиллюстрирован вид сбоку гильзы с уплотнительными кольцами.
На Фиг. 9C проиллюстрирован поперечный разрез гильзы с уплотнительными кольцами.
На Фиг. 10А показан вид в перспективе мандрели с ниппельным концом.
На Фиг. 10В проиллюстрирован вид сбоку мандрели с ниппельным концом.
На Фиг. 10C проиллюстрирован поперечный разрез мандрели с ниппельным концом.
На Фиг. 11А показан вид в перспективе секции камеры.
На Фиг. 11В проиллюстрирован вид сбоку секции камеры.
На Фиг. 11C проиллюстрирован поперечный разрез секции камеры.
На Фиг. 12А проиллюстрирован поперечный разрез основной секции, золотника клапана и гильзы с уплотнительными кольцами в закрытом положении.
На Фиг. 12B проиллюстрирован поперечный разрез основной секции, золотника клапана и гильзы с уплотнительными кольцами в открытом положении.
На Фиг. 13А-13Е проиллюстрированы поперечные сечения перепускного клапана при переходе между открытым и закрытым состояниями.
На Фиг. 14А проиллюстрирован вид сбоку мандрели с ниппельным концом, клапанным диском и балансировочным поршнем.
На Фиг. 14В проиллюстрирован поперечный разрез мандрели с ниппельным концом и вид сбоку клапанного диска.
На Фиг. 15А проиллюстрирован вид в перспективе клапанного диска.
На Фиг. 15B, 15C и 15D проиллюстрирован вид сбоку клапанного диска.
На Фиг. 16А проиллюстрирован вид в перспективе балансировочного поршня.
На Фиг. 16B и 16C проиллюстрированы виды сбоку и сверху балансировочного поршня.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 1, компрессионный перепускной клапан (или «перепускной клапан») 100 расположен в стволе скважины 105, обсаженном первой обсадной колонной 110, образуя кольцевое пространство 115 вокруг перепускного клапана 100 внутри ствола скважины 105. В одном или более вариантах реализации изобретения ствол скважины 105 проходит сквозь пласт 120. В одном или более вариантах реализации перепускной клапан 100 расположен вблизи верхней части второй обсадной колонны 125. В одном или более вариантах реализации изобретения вторая обсадная колонна 125 имеет меньший диаметр, чем первая обсадная колонна 110.
На Фиг.1 перепускной клапан 100 не соприкасается со второй обсадной колонной. На Фиг. 2 посадочное кольцо 130 перепускного клапана 100 соприкасается со второй обсадной колонной. В одном или более вариантах реализации изобретения альтернативные приложения силы в направлении «для смещения вниз», обозначенном стрелкой 205 на Фиг. 2, и силы в направлении «для смещения вверх», обозначенном стрелкой 210 на Фиг. 2, будут открывать и закрывать перепускной клапан 100, как описано ниже применительно к Фиг. 13А-13Е, тем самым осуществляя избирательный выпуск флюида.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 3 и 4, перепускной клапан 100 содержит муфтовый конец 305 и ниппельный конец 310, выполненный с возможностью вставки в трубчатую колонну.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 5, перепускной клапан 100 содержит: муфтовый конец в сборе 505 (более подробно описанный применительно к Фиг. 6A-6C), основную секцию 510 (более подробно описанную применительно к Фиг. 7A-7C), золотник клапана 515 (более подробно описанный применительно к Фиг. 8A-8B), гильзу 520 для уплотнительных колец (более подробно описанную применительно к Фиг. 9A-9C), мандрель 525 с ниппельным концом (более подробно описанную применительно к Фиг. 10A-10C), секцию 530 камеры (более подробно описанную применительно к Фиг. 11A-11C) и пружину 535.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 6A-6C, муфтовый конец 505 в сборе содержит муфтовый конец 305 перепускного клапана 100. В одном или более вариантах реализации изобретения муфтовый конец 505 в сборе содержит корпус 605 муфтового конца в сборе с отверстием 610 муфтового конца в сборе, через которое могут протекать флюиды, такие как буровые растворы. В одном или более вариантах реализации изобретения корпус 605 имеет резьбу 615, посредством которой муфтовый конец 505 в сборе и перепускной клапан 100 могут быть соединены с колонной труб, такой как бурильная колонна (не показана). В одном или более вариантах реализации изобретения корпус 605 содержит пружинный выступ 620, напротив которого прижимается пружина 535, когда перепускной клапан 100 собран. В одном или более вариантах реализации изобретения корпус 605 содержит кольцо 625 для зацепления основной секции 510 для сцепления муфтового конца 505 в сборе и основной секции вместе.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 7А-7С, основная секция 510 содержит удлиненный корпус 705 основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения корпус 705 основной секции содержит отверстие 710 основной секции, проходящее вдоль длинного размера корпуса 705 основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения в корпусе 705 основной секции просверливается ряд отверстий 715A-D в неглубокой части основной секции, ряд отверстий 720A-D в средней части основной секции, и ряд отверстий 725A-D в глубокой части основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения три ряда отверстий 715A-D, 720A-D и 725A-D основной секции будут или не будут совмещаться с отверстиями гильзы для уплотнительных колец в гильзе 520 для уплотнительных колец (описывается ниже применительно к Фиг. 9A-9C) при открытии или закрытии перепускного клапана 100.
В одном или более вариантах реализации изобретения каждый из рядов отверстий 715A-D 720A-D и 725A-D основной секции содержит четыре отверстия. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 715A-D неглубокой части основной секции содержит отверстие 715A неглубокой части основной секции, отверстие 715B неглубокой части основной секции, отверстие 715C неглубокой части основной секции и отверстие 715D неглубокой части основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 720A-D средней части основной секции содержит отверстие 720A средней части основной секции, отверстие 720B средней части основной секции, отверстие 720C средней части основной секции и отверстие 720D средней части основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 725A-D глубокой части основной секции содержит отверстие 725A глубокой части основной секции, отверстие 725B глубокой части основной секции, отверстие 725C глубокой части основной секции и отверстие 725D глубокой части основной секции.
В одном или более вариантах реализации изобретения количество рядов отверстий основной секции отличается от количества рядов отверстий, проиллюстрированных на Фиг. 7A-7C. В одном или более вариантах реализации изобретения количество рядов отверстий основной секции равно 1, 2, 4 или какое-либо другое число, не равное 3.
В одном или более вариантах реализации изобретения ряды отверстий 715A-D 720A-D и 725A-D основной секции совмещаются. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения отверстия 715A, 720A и 725A основной секции расположены на линии практически (то есть в пределах 10 градусов) параллельной оси (не показана), проходящей через центр и вдоль длинного размера корпуса 705 основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения ряды отверстий 715A-D 720A-D и 725A-D основной секции не совмещаются таким образом. Например, в одном или более вариантах реализации изобретения (не показаны), отверстия 715A, 720A и 725A основной секции расположены вдоль спирали, проходящей вокруг основной секции.
В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 715A-D неглубокой части основной секции (это обсуждение также относится к отверстиям 720A-D средней части основной секции и отверстиям 725A-D глубокой части основной секции) смещены относительно друг друга практически (то есть в пределах 10 градусов) в 90 градусных интервалах. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения отверстие 715A неглубокой части основной секции смещено практически на 90 градусов от отверстия 715B неглубокой части основной секции, отверстие 715B неглубокой части основной секции смещено практически на 90 градусов от отверстия 715C неглубокой части основной секции, отверстие 715C неглубокой части основной секции смещено практически на 90 градусов от отверстия 715D неглубокой части основной секции и отверстие 715D неглубокой части основной секции смещено практически на 90 градусов от отверстия 715A неглубокой части основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 715A-D неглубокой части основной секции не размещается равномерно по окружности основной секции 520, а вместо этого сосредотачивается, равномерно или неравномерно, в одном секторе окружности гильзы 510 для уплотнительных колец, причем величина сектора составляет 90 градусов, 180 градусов или 270 градусов.
В одном или более вариантах реализации изобретения меньше, чем ряд отверстий 715A-D неглубокой части основной секции (это обсуждение также относится к отверстиям 720A-D средней части основной секции и отверстиям 725A-D глубокой части основной секции) имеет менее четырех отверстий. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения предусмотрен только одно, два или три из четырех отверстий 715A-D неглубокой части основной секции.
В одном или более вариантах реализации изобретения основная секция 510 содержит элемент 730 для зацепления муфтового конца, который обеспечивает надежное соединение с кольцом 625 для зацепления основной секции муфтового конца 505 в сборе.
В одном или более вариантах реализации изобретения муфтовый конец 505 в сборе смещается к основной секции 510 и сжимает пружину 535, как проиллюстрировано на Фиг. 5, которая взаимодействует с золотником 515 клапана, как более подробно описывается ниже применительно к Фиг. 13A-13E.
В одном или более вариантах реализации изобретения в основную секцию 510 вставляются штифты 735A, 735B, 735C и 735D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения фиксируют гильзу 520 для уплотнительных колец (описанную ниже применительно к Фиг. 9A-9C) на основной секции 510. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения осуществляют шаговое перемещение золотника 515 клапана (описанного ниже применительно к Фиг. 8A-8B).
В одном или более вариантах реализации изобретения используется менее четырех штифтов 735A-D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения расположены равномерно по окружности корпуса 705 основной секции, как проиллюстрировано на Фиг. 7A-7C. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты для шагового перемещения относительно друг друга расположены неравномерно. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты для шагового перемещения 735A-D не размещается равномерно по окружности основной секции 520, а вместо этого сосредотачивается, равномерно или неравномерно, в одном секторе, причем величина сектора составляет 90 градусов, 180 градусов или 270 градусов.
В одном или более вариантах реализации изобретения основная секция 505 содержит поршневую часть 740, которая действует как поршень, как обсуждается ниже применительно к Фиг. 13A-13E.
В одном или более вариантах реализации изобретения корпус 705 основной секции содержит внутреннюю поверхность 745 корпуса основной секции и внешнюю поверхность 750 корпуса основной секции и ряды отверстий 715A-D, 720A-D и 725A-D основной секции, проходящих от внутренней поверхности 745 основной секции к внешней поверхности 750 основной секции.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 8А и 8В, золотник клапана 515 содержит цилиндр 805 для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения цилиндр 805 для шагового перемещения содержит паз 810 для шагового перемещения. В одном или нескольких вариантах реализации изобретения паз 810 для шагового перемещения содержит множество открытых канавок 815, проходящих в канавочном направлении, указанном стрелкой 820. В одном или более вариантах реализации изобретения паз 810 для шагового перемещения содержит множество закрытых канавок 825, чередующихся с множеством открытых канавок 815. В одном или более вариантах реализации изобретения закрытые канавки 825 также проходят в канавочном направлении, указанном стрелкой 820. В одном или более вариантах реализации изобретения паз 810 для шагового перемещения содержит направление переход-канавка (указано стрелкой 830), проходящее через переходные канавки 835 между открытыми канавками 815 и закрытыми канавками 825. В одном или более вариантах реализации изобретения направление 830 переход-канавка практически (то есть в пределах 10 градусов) противоположно направлению 820 канавки. В одном или более вариантах реализации изобретения открытые канавки 815 длиннее закрытых канавок 825. В одном или более вариантах реализации изобретения «длиннее» означает по меньшей мере в 1,5 раза больше длины. В одном или более вариантах реализации изобретения «длиннее» означает по меньшей мере в 2,0 раза больше длины. В одном или более вариантах реализации изобретения «длиннее» означает по меньшей мере в 2,5 раза больше длины.
В одном или более вариантах реализации изобретения золотник клапана 515 содержит пружинный фланец 840, соединенный с цилиндром 805 для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения золотник клапана 515 содержит пружинный цилиндр 845, соединенный с пружинным фланцем 840. В одном или более вариантах реализации изобретения пружина 535 выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины. В одном или более вариантах реализации изобретения внутри пружины 535 расположен пружинный цилиндр 845. В одном или более вариантах реализации изобретения пружина 535 взаимодействует с пружинным фланцем 840.
В одном или более вариантах реализации изобретения в паз 810 для шагового перемещения вставляются штифты 735 A-D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения золотник клапана 515 выполнен с возможностью вращения и перемещения относительно основной секции 705 и муфтового конца 505 в сборе. В одном или более вариантах реализации изобретения золотник клапана 515 выполнен с возможностью вращения между множеством открытых положений золотника клапана, в которых штифты 735A-D для шагового перемещения вставляются в открытые канавки 815 золотника клапана 515, чередующиеся с множеством закрытых положений золотника клапана, в которых штифты 735A-D для шагового перемещения вставляются в закрытые канавки 825 золотника клапана 515.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 9A-9C, гильза 520 для уплотнительных колец содержит корпус 905 гильзы для уплотнительных колец с отверстием 910 гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения гильза 520 для уплотнительных колец содержит внутреннюю поверхность 915 гильзы для уплотнительных колец и внешнюю поверхность 920 гильзы для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения в гильзе 905 для уплотнительных колец просверливается ряд отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, ряд отверстий 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец, и ряд отверстий 935A-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения три ряда отверстий 925A-D, 930A-D и 935A-D гильзы для уплотнительных колец будут или не будут совмещаться с отверстиями основной секции 715A-D, 720A-D и 725A-D в основной секции 510 (описывается ниже применительно к Фиг. 7A-7C) при открытии или закрытии перепускного клапана 100.
В одном или более вариантах реализации изобретения каждый из рядов отверстий 925A-D, 930A-D и 935A-D гильзы для уплотнительных колец содержит четыре отверстия. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец содержит отверстие 925A неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 925B неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 925C неглубокой части гильзы для уплотнительных колец и отверстие 925D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец содержит отверстие 930A средней части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 930B средней части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 930C средней части гильзы для уплотнительных колец и отверстие 930D средней части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 935A-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец содержит отверстие 935A глубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 935B глубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 935C глубокой части гильзы для уплотнительных колец и отверстие 935D глубокой части гильзы для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения количество рядов отверстий гильзы для уплотнительных колец отличается от количества рядов отверстий, проиллюстрированных на Фиг. 9A-9C. В одном или более вариантах реализации изобретения количество рядов отверстий гильзы для уплотнительных колец равно 1, 2, 4 или какое-либо другое число, не равное 3.
В одном или более вариантах реализации изобретения ряды отверстий 925A-D 930A-D и 935A-D гильзы для уплотнительных колец совмещаются. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения отверстия 925A, 930A и 935A гильзы для уплотнительных колец расположены на линии практически (то есть в пределах 10 градусов) параллельной оси (не показана), проходящей через центр и вдоль длинного размера корпуса 905 гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения ряды отверстий 925A-D 930A-D и 935A-D гильзы для уплотнительных колец не совмещаются таким образом. Например, в одном или более вариантах реализации изобретения (не показаны), отверстия 925A, 930A и 935A гильзы для уплотнительных колец расположены вдоль спирали, проходящей вокруг корпуса гильзы для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения отверстия ряда отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец (это обсуждение также относится к отверстиям 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец и отверстиям 935A-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец) смещены относительно друг друга практически (то есть в пределах 10 градусов) в 90 градусных интервалах. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения отверстие 925A неглубокой части гильзы для уплотнительных колец смещено практически на 90 градусов от отверстия 925B неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 925B неглубокой части гильзы для уплотнительных колец смещено практически на 90 градусов от отверстия 925C неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстие 925C неглубокой части гильзы для уплотнительных колец смещено практически на 90 градусов от отверстия 925D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец и отверстие 925D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец смещено практически на 90 градусов от отверстия 925A неглубокой части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец не размещается равномерно по окружности основной секции 520, а вместо этого сосредотачивается, равномерно или в случайном порядке, в одном секторе, причем величина сектора составляет 90 градусов, 180 градусов или 270 градусов.
В одном или более вариантах реализации изобретения ряд отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец (это обсуждение относится к отверстиям 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец и отверстиям 935A-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец) содержит менее четырех отверстий. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения предусмотрен только одно, два или три из четырех отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения каждое из отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, отверстий 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец и отверстий 935A-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец обеспечивают путь от отверстия 910 гильзы для уплотнительных колец и внутренней поверхности 915 гильзы для уплотнительных колец к внешней поверхности 920 гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения уплотнительное кольцо 940A и уплотнительное кольцо 940B устанавливаются на внешней поверхности 920 гильзы для уплотнительных колец с обеих сторон от отверстий 925A-D неглубокой части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения уплотнительное кольцо 945A и уплотнительное кольцо 945B устанавливаются на внешней поверхности 920 гильзы для уплотнительных колец с обеих сторон от отверстий 930A-D средней части гильзы для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения уплотнительное кольцо 950А и уплотнительное кольцо 950В устанавливаются на внешней поверхности 920 гильзы для уплотнительных колец с обеих сторон от отверстий 935А-D глубокой части гильзы для уплотнительных колец. Следует отметить, что для удобства представления уплотнительные кольца 940A, 940B, 945A, 945B, 950A и 950B проиллюстрированы только на Фиг. 9C.
В одном или более вариантах реализации изобретения гильза 520 для уплотнительных колец содержит пазы 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец, посредством которых гильза 520 для уплотнительных колец взаимодействует с основной секцией 515 и золотником 515 клапана. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735 для шагового перемещения проходят через корпус 705 основной секции, через паз 810 для шагового перемещения золотника клапана в пазы 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения взаимодействие между штифтами 735A-D для шагового перемещения и пазами 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец препятствует вращению гильзы 520 для уплотнительных колец относительно основной секции 515. В одном или более вариантах реализации изобретения взаимодействие между штифтами 735A-D для шагового перемещения и пазами 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец позволяет перемещать гильзу 530 для уплотнительных колец относительно основной секции 515 между открытыми положениями гильзы для уплотнительных колец, когда золотник клапана находится в одном из своих открытых положений золотника клапана, и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец, когда золотник клапана находится в одном из своих закрытых положений золотника клапана.
В одном или более вариантах реализации изобретения пазы 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец являются продолговатыми. В одном или более вариантах реализации изобретения пазы 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец имеют высоту 960 и ширину 965. В одном или более вариантах реализации изобретения высота 960 больше ширины. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «больше» означает по меньшей мере 2 раза. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «больше» означает по меньшей мере 4 раза. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «больше» означает по меньшей мере 8 раз.
В одном или более вариантах реализации изобретения высота 960 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец больше расстояния 850 (см. Фиг. 8B) от конца одной из открытых канавок 815 до конца переходных канавок 835, в данном случае расстояние 850 определяет расстояние перехода гильзы 520 для уплотнительных колец относительно основной секции 510, как описано ниже применительно к Фиг. 13A-13E.
В одном или более вариантах реализации изобретения отношение ширины пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец к ширине штифтов 735A-D для шагового перемещения определяет величину угла поворота гильзы 520 для уплотнительных колец, на которую она может поворачиваться относительно основной секции 510. В одном или более вариантах реализации изобретения ширина 965 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец больше ширины штифтов 735A-D для шагового перемещения на величину, которая является достаточно малой, чтобы гильза 520 для уплотнительных колец рассматривалась как неподвижная с точки зрения вращения относительно корпуса 705 основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «неподвижная с точки зрения вращения» означает, что вращение допускается менее чем на 5 градусов. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «неподвижная с точки зрения вращения» означает, что вращение допускается менее чем на 10 градусов. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «неподвижная с точки зрения вращения» означает, что вращение допускается менее чем на 15 градусов.
В одном или более вариантах реализации изобретения ширина 965 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец практически равна ширине штифтов 735A-D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «практически равна» означает, что ширина 965 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец больше на 1 миллиметр (мм) ширины штифтов 735A-D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «практически равна» означает, что ширина 965 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец больше на 5 мм ширины штифтов 735A-D для шагового перемещения. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном контексте «практически равна» означает, что ширина 965 пазов 955A-D штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец больше на 10 мм ширины штифтов 735A-D для шагового перемещения.
В одном или более вариантах реализации изобретения плоскость, представленная на Фиг. 9C штриховой линией 970, проходящая через центр пазов 955C штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец, также проходит через (или, в одном варианте реализации изобретения в пределах 5 мм от; в одном варианте реализации изобретения в пределах 10 мм от; и в одном варианте реализации изобретения в пределах 20 мм от) центр пазов 955А штифтов для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец, центр отверстия 925C неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, центр отверстия 925А неглубокой части гильзы для уплотнительных колец, центр отверстия 930C средней части гильзы для уплотнительных колец, центр отверстия 930A средней части гильзы для уплотнительных колец, центр отверстия 935C глубокой части гильзы для уплотнительных колец и центр отверстия 925A глубокой части гильзы для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения гильза 520 для уплотнительных колец содержит удлиненную канавку 975 шарикового подшипника.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 10А-10С, мандрель 505 с ниппельным концом содержит корпус 1005 мандрели с ниппельным концом, содержащий отверстие 1010 мандрели с ниппельным концом, проходящее через его длинный размер. В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит цилиндр 1015 верхней камеры, цилиндр 1020 нижней камеры и ограничитель 1025 нижней камеры. В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит соединительную трубу 1030 ниппельного конца, которая обеспечивает механическое соединение с нижними элементами системы. В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит шлицевую муфту 1035 камеры, которая соединяется с секцией 530 камеры. В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит шлицевую посадочную муфту 1040, которая соединяется с посадочным кольцом 130 (проиллюстрированным на Фиг. 1 и 2). В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит ниппельный конец 1045 с резьбой, посредством которого перепускной клапан 100 соединяется с другими элементами в бурильной колонне (не показана). В одном или более вариантах реализации изобретения мандрель 525 с ниппельным концом содержит радиальную шарикоподшипниковую опору 1050, которая находится внутри канавки 975 шарикового подшипника в гильзе 520 для уплотнительных колец.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 11А-11С, секция 530 камеры содержит корпус 1105 секции камеры с отверстием 1110 секции камеры. В одном или более вариантах реализации изобретения секция 530 камеры содержит шлицевую муфту 1115 секции камеры, которая соединяется со шлицевой муфтой 1035 камеры мандрели 525 с ниппельным концом. В одном или более вариантах реализации изобретения посредством винтов 1120 закрываются отверстия, через которые секция камеры 530 камеры может заполняться флюидом. В одном или более вариантах реализации изобретения отверстие 1110 секции камеры сужается от внутреннего диаметра 1125 цилиндра, достаточного для поршневой части 740 основной секции 510, до внутреннего диаметра 1130 ограничителя, который уже поршневой части 740 основной секции 510.
В одном или более вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 12А (которые охватывают основную секцию, проиллюстрированную на Фиг. 7А-7С, золотник клапана 515, проиллюстрированный на Фиг. 8А-8В, и гильзу 520 для уплотнительных колец, проиллюстрированную на Фиг. 9A-9C, с метками, нанесенными только на те элементы, которые относятся к данному обсуждению), при этом отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец герметично изолированы от отверстий 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции посредством соответствующих уплотнительных колец 940A-B, 945A-B, 950A-B, когда гильза 520 для уплотнительных колец находится в закрытом положении (то есть, когда штифты 735A-D для шагового перемещения установлены в закрытые канавки 825 золотника клапана 515). В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 12В (которые охватывают основную секцию, проиллюстрированную на Фиг. 7А-7С, золотник клапана 515, проиллюстрированный на Фиг. 8А-8В, и гильзу 520 для уплотнительных колец, проиллюстрированную на Фиг. 9A-9C, с метками, нанесенными только на те элементы, которые относятся к данному обсуждению), при этом отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец совмещены с соответствующими отверстиями 715A-D, 720A-D, 725A-D основной части, когда гильза 520 для уплотнительных колец находится в открытом положении (то есть, когда штифты 735A-D для шагового перемещения установлены в открытые канавки 815 золотника клапана 515).
Открытие перепускного клапана
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 13A-13E, срабатывание и возврат в исходное состояние перепускного клапана 100 вызывает: перемещение муфтового конца 505 в сборе, основной секции 510, штифтов 735A-D для шагового перемещения и секции 530 камеры относительно гильзы 520 для уплотнительных колец, а также перемещение и вращение относительно золотника клапана 515, что приводит к открытию и закрытию перепускного клапана 100.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 13А, перепускной клапан 100 находится в закрытом положении, при этом отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец герметично изолированы от отверстий 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции, как обсуждалось применительно к Фиг. 12A, причем радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 находится сверху (то есть, в самом конце направления для смещения вверх 210) канавки 975 шарикового подшипника.
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 13В, к перепускному клапану 100 в направлении для смещения вниз 205 прикладывается сила, вызывая перемещение муфтового конца 505 в сборе, основной секции 510, штифтов 735А-D для шагового перемещения и секции 530 камеры в направлении для смещения вниз 205 относительно золотника клапана 515 и гильзы 520 для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения посредством данного движения сжимается пружина 535. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения перемещаются в пределах паза 810 для шагового перемещения золотника клапана 515 до тех пор, пока штифты 735A-D для шагового перемещения не будут установлены в соответствующие переходные пазы 835. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает вращение золотника клапана 515 в положение, проиллюстрированное на Фиг. 13В. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном положении отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец герметично изолированы от отверстий 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 остается в верхней части канавки 975 шарикового подшипника, удерживаемая там посредством пружины 535.
В одном или более вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 13С, к перепускному клапану 100 в направлении для смещения вверх 210 прикладывается сила, вызывая перемещение муфтового конца 505 в сборе, основной секции 510, штифтов 735А-D для шагового перемещения и секции 530 камеры в направлении для смещения вверх 210 относительно золотника клапана 515 и гильзы 520 для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает разжатие пружины 525. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения перемещаются в пределах паза 810 для шагового перемещения золотника клапана 515 до тех пор, пока штифты 735A-D для шагового перемещения не будут установлены в соответствующие открытые канавки 815. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает вращение золотника клапана 515 в положение, проиллюстрированное на Фиг. 13С. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном положении, более подробно проиллюстрированном на Фиг. 12В, которое обсуждалось выше, отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец сообщаются с отверстиями 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции, позволяя флюидам протекать из отверстия перепускного клапана 100 в кольцевое пространство 115. В одном или более вариантах реализации изобретения радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 остается в верхней части канавки 975 шарикового подшипника.
Закрытие перепускного клапана
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 13D, к перепускному клапану 100 в направлении для смещения вниз 205 прикладывается сила, вызывая перемещение муфтового конца 505 в сборе, основной секции 510, штифтов 735А-D для шагового перемещения и секции 530 камеры в направлении для смещения вниз 205 относительно золотника клапана 515 и гильзы 520 для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает сжатие пружины 535. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения перемещаются в пределах паза 810 для шагового перемещения золотника клапана 515 до тех пор, пока штифты 735A-D для шагового перемещения не будут установлены в соответствующие переходные пазы 835. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает вращение золотника клапана 515 в положение, проиллюстрированное на Фиг. 13D. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном положении отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец герметично изолированы от отверстий 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 остается в верхней части канавки 975 шарикового подшипника.
В одном или более вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на Фиг. 13E, к перепускному клапану 100 в направлении для смещения вверх 210 прикладывается сила, вызывая перемещение муфтового конца 505 в сборе, основной секции 510, штифтов 735А-D для шагового перемещения и секции 530 камеры в направлении для смещения вверх 210 относительно золотника клапана 515 и гильзы 520 для уплотнительных колец. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает разжатие пружины 535. В одном или более вариантах реализации изобретения штифты 735A-D для шагового перемещения перемещаются в пределах паза 810 для шагового перемещения золотника клапана 515 до тех пор, пока штифты 735A-D для шагового перемещения не будут установлены в соответствующие закрытые канавки 825. В одном или более вариантах реализации изобретения данное движение вызывает вращение золотника клапана 515 в положение, проиллюстрированное на Фиг. 13E. В одном или более вариантах реализации изобретения в данном положении, более подробно проиллюстрированном на Фиг. 12А, которое обсуждалось выше, отверстия 925A-D, 930A-D, 935A-D гильзы для уплотнительных колец герметично изолированы от отверстий 715A-D, 720A-D, 725A-D основной секции. В одном или более вариантах реализации изобретения радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 перемещается к нижней части канавки 975 шарикового подшипника (то есть, в самом конце направления для смещения вниз 205 канавки 975 шарикового подшипника).
В одном или более вариантах реализации изобретения повторение описанных выше действий по сжатию и разжатию возвращает перепускной клапан 100 в состояние, проиллюстрированное на Фиг. 13А.
Регулировка силы сжатия, необходимой для приведения в действие перепускного клапана
В одном или более вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 13А-Е и на Фиг. 14А-В (следует отметить, что для ясности изложения на Фиг. 14А секция 530 камеры не проиллюстрирована), 15А-D и 16А-С, поршневая часть 740 основной секции 510, клапанный диск 1305, балансировочный поршень 1310, всасывающий резервуар 1315 и нагнетательный резервуар 1320 обеспечивают механизм для регулирования силы сжатия, необходимой для активации перепускного клапана 100.
В одном или более вариантах реализации изобретения клапанный диск 1305 содержит два клапана 1405 для сброса давления, каждый из которых содержит впускное отверстие 1505 клапана сброса давления на всасывающей стороне 1510 клапанного диска 1305 и выпускное отверстие 1515 клапана сброса давления на нагнетательной стороне 1520 клапанного диска. В одном или более вариантах реализации изобретения клапан сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускных отверстий 1505 клапана сброса давления в выпускные отверстия 1515 клапана сброса давления, когда давление на всасывающей стороне 1510 клапанного диска 1305 превышает давление на нагнетательной стороне 1520 клапанного диска 1305, посредством давления открытия клапана.
В одном или более вариантах реализации изобретения, когда к перепускному клапану 100 прикладывается сила в направлении 205 для смещения вниз, над клапанным диском 1305 во всасывающем резервуаре 1315 давление будет расти. В одном или более вариантах реализации изобретения, когда давление над клапанным диском 1305 во всасывающем резервуаре 1315 достигает давления открытия клапана, клапаны 1405 для сброса давления (см. Фиг. 14В) откроются, позволяя флюиду протекать в нагнетательный резервуар 1320 ниже клапанного диска 1305. В одном или более вариантах реализации изобретения балансировочный поршень 1310 перемещается вниз, чтобы уравнять давление в нагнетательном резервуаре 1320 и давление в кольцевом пространстве 115. В одном или более вариантах реализации изобретения «давление открытия клапана» определяет сжимающее усилие (то есть силу, требуемую для смещения вниз в направлении 205) для активации перепускного клапана 100.
В одном или более вариантах реализации изобретения обратные клапаны 1410 позволяют флюиду протекать через клапанный диск 1305 из нагнетательного резервуара 1320 во всасывающий резервуар 1315.
В одном или более вариантах реализации изобретения обратные клапаны 1410 содержат впускные отверстия 1525 обратного клапана на нагнетательной стороне 1520 клапанного диска 1305. В одном или более вариантах реализации изобретения обратный клапан 1410 содержит выпускные отверстия 1530 обратного клапана на всасывающей стороне 1510 клапанного диска 1305. В одном или более вариантах реализации изобретения обратные клапаны 1410 выполнены с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускных отверстий 1525 обратного клапана в выпускные отверстия 1530 обратного клапана, когда давление на нагнетательной стороне 1520 клапанного диска 1305 превышает давление на всасывающей стороне 1510 клапанного диска 1305.
Канавка шарикового подшипника
В одном или более вариантах реализации изобретения первый цилиндр, такой как цилиндр 1015 верхней камеры мандрели 525 с ниппельным концом (см. Фиг. 10А-С), содержит продольную ось 1055 (см. Фиг. 10С) вдоль продольного размера первого цилиндра. В одном или более вариантах реализации изобретения первый цилиндр содержит радиальную шарикоподшипниковую опору, такую как радиальную шарикоподшипниковая опора 1050.
В одном или более вариантах реализации изобретения второй цилиндр, такой как гильза для уплотнительных колец 520, установлен с возможностью скольжения относительно первого цилиндра. То есть в одном или более вариантах реализации изобретения, когда перепускной клапан 100 собран, гильза для уплотнительных колец 520 скользит относительно мандрели 525 с ниппельным концом. В одном или более вариантах реализации изобретения второй цилиндр содержит удлиненную продольную канавку, такую как канавка 975 шарикового подшипника, имеющую длину в направлении продольной оси 1055, причем удлиненная продольная канавка взаимодействует с радиальной шарикоподшипниковой опорой 1050, позволяя первому цилиндру перемещаться в продольном направлении относительно второго цилиндра на длину, равную длине удлиненной продольной канавки.
В одном или более вариантах реализации изобретения радиальная шарикоподшипниковая опора 1050 содержит ряд шариковых подшипников, расположенных в канавке вокруг корпуса 1005 мандрели с ниппельным концом. В одном или более вариантах реализации изобретения шариковые подшипники имеют определенные диаметры. В одном или более вариантах реализации изобретения диаметры шариковых подшипников намного меньше длины удлиненной продольной канавки. В одном или более вариантах реализации изобретения длина удлиненной продольной канавки по меньшей мере в два раза превышает диаметр шариковых подшипников. В одном или более вариантах реализации изобретения длина удлиненной продольной канавки по меньшей мере в четыре раза превышает диаметр шариковых подшипников. В одном или более вариантах реализации изобретения длина удлиненной продольной канавки по меньшей мере в восемь раз превышает диаметр шариковых подшипников.
Возможность обратного потока
В одном или более вариантах реализации изобретения перепускной клапан 100 обеспечивает протекание потока флюида из отверстия перепускного клапана 100 в кольцевое пространство 115 или в противоположном направлении. Поток от отверстия к кольцевому пространству 115 используется, когда желательно увеличить поток флюидов на определенной глубине в стволе 105 скважины, например, для очистки от собранных обломков породы. Поток из кольцевого пространства 115 в отверстие используется для удаления нежелательных флюидов в отверстии без загрязнения ствола 105 скважины.
В одном аспекте изобретения устройство содержит корпус основной секции. Корпус основной секции содержит внутреннюю поверхность корпуса основной секции, внешнюю поверхность корпуса основной секции и отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции. Корпус основной секции содержит золотник клапана. Золотник клапана выполнен с возможностью вращения и перемещения относительно корпуса основной секции между множеством открытых положений золотника клапана, чередующихся с множеством закрытых положений золотника клапана. Корпус содержит гильзу для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец содержит внутреннюю поверхность гильзы для уплотнительных колец, внешнюю поверхность гильзы для уплотнительных колец, отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца, причем уплотнительные кольца установлены на внешней поверхности гильзы для уплотнительных колец по обе стороны от отверстия гильзы для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец взаимодействует с золотником клапана, осуществляющим шаговое перемещение, при этом отсутствует возможность ее вращения относительно корпуса основной секции, и выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса основной секции между открытым положением гильзы для уплотнительных колец, в котором золотник клапана находится в одном из множества открытых положений золотника клапана, и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец, при котором золотник клапана находится в одном из множества закрытых положений золотника клапана. Отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено с отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, при этом отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от отверстия основной секции посредством уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Золотник клапана может содержать цилиндр для шагового перемещения, содержащий паз для шагового перемещения золотника клапана. Паз для шагового перемещения может содержать множество открытых канавок, проходящих в канавочном направлении, множество закрытых канавок, чередующихся с множеством открытых канавок, причем закрытые канавки проходят в канавочном направлении, а переходные пазы проходят между открытыми канавками и закрытыми канавками, причем переходные пазы проходят в направлении переходного паза, практически противоположном канавочному направлению. Открытые канавки могут быть длиннее закрытых канавок. Золотник клапана может содержать пружинный фланец, соединенный с цилиндром для шагового перемещения, и пружинный цилиндр, соединенный с пружинным фланцем. Устройство может содержать продолговатый паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец в гильзе для уплотнительных колец. Устройство может содержать штифт для шагового перемещения, проходящий через корпус основной секции, через паз для шагового перемещения золотника клапана в паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец. Продолговатый паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец может иметь ширину, практически равную ширине штифта для шагового перемещения в месте, где он проходит через паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец, и длину по меньшей мере в два раза превышающую его ширину. Длина может быть практически совмещена с направлением, в котором гильза для уплотнительных колец может перемещаться относительно основной секции. Устройство может содержать пружину, расположенную в корпусе. Пружина может быть выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины. Внутри пружины может быть расположен пружинный цилиндр. Пружина может взаимодействовать с пружинным фланцем. Устройство может содержать всасывающий резервуар, ограниченный с одной стороны корпусом основной секции, нагнетательный резервуар и клапанный диск, разделяющий всасывающий резервуар от нагнетательного резервуара. Клапанный диск может содержать клапан сброса давления. Клапан сброса давления может содержать впускное отверстие клапана сброса давления на всасывающей стороне клапанного диска и выпускное отверстие клапана сброса давления на нагнетательной стороне клапанного диска. Клапан сброса давления может быть выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия клапана сброса давления в выпускное отверстие клапана сброса давления, когда давление на всасывающей стороне клапанного диска превышает давление на нагнетательной стороне клапанного диска, посредством давления открытия клапана. Клапанный диск может дополнительно содержать обратный клапан, содержащий впускное отверстие обратного клапана на нагнетательной стороне клапанного диска и выпускное отверстие обратного клапана на всасывающей стороне клапанного диска. Обратный клапан может быть выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия обратного клапана в выпускное отверстие обратного, когда давление на нагнетательной стороне клапанного диска превышает давление на всасывающей стороне клапанного диска, посредством давления открытия клапана. Устройство может дополнительно содержать балансировочный клапан, расположенный на стороне нагнетательного резервуара напротив клапанного диска. Всасывающая сторона клапанного диска может быть обращена к всасывающему резервуару, а нагнетательная сторона клапанного диска может быть обращена к нагнетательному резервуару. Устройство может дополнительно содержать второе отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции, и второе отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца. Второе отверстие гильзы для уплотнительных колец может быть совмещено со вторым отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, а второе отверстие гильзы для уплотнительных колец может быть герметично закрыто от второго отверстия основной секции посредством второго комплекта уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец.
В одном аспекте изобретения устройство содержит первый цилиндр. Первый цилиндр содержит продольную ось вдоль продольного размера первого цилиндра и радиальную шарикоподшипниковую опору. Устройство содержит второй цилиндр, установленный с возможностью скольжения относительно первого цилиндра. Второй цилиндр содержит канавку, расположенную по окружности второго цилиндра. Канавка имеет длину в продольном измерении. Канавка взаимодействует с дорожкой качения для шариков подшипника так, чтобы: первый цилиндр вращался относительно второго цилиндра, при этом первый цилиндр перемещается в продольном направлении относительно второго цилиндра на расстояние, равное длине канавки.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Радиальная шарикоподшипниковая опора может содержать множество шариковых подшипников, причем каждый шарикоподшипник имеет диаметр. Длина канавки может более чем в два раза превышать диаметр одного из множества шариковых подшипников.
В одном аспекте изобретения устройство содержит клапанный диск. Клапанный диск содержит клапан сброса давления. Клапан сброса давления содержит впускное отверстие клапана сброса давления на всасывающей стороне клапанного диска и выпускное отверстие клапана сброса давления на нагнетательной стороне клапанного диска. Клапан сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия клапана сброса давления в выпускное отверстие клапана сброса давления, когда давление на всасывающей стороне клапанного диска превышает давление на нагнетательной стороне клапанного диска, посредством давления открытия клапана. Клапанный диск содержит обратный клапан. Обратный клапан содержит впускное отверстие обратного клапана на нагнетательной стороне клапанного диска и выпускное отверстие обратного клапана на всасывающей стороне клапанного диска. Обратный клапан выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия обратного клапана в выпускное отверстие обратного, когда давление на второй стороне клапанного диска превышает давление на первой стороне клапанного диска.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Устройство может дополнительно содержать поршень, всасывающий резервуар, расположенный между поршнем и всасывающей стороной клапанного диска, балансировочный поршень; и нагнетательный резервуар, расположенный между нагнетательной стороной клапанного диска и балансировочным поршнем. Основная секция может быть соединена с поршнем. Муфтовый конец в сборе может быть соединен с основной секцией. Муфтовый конец в сборе может содержать муфтовый конец с резьбой.
В одном аспекте изобретения способ включает приложение силы для смещения вниз в направлении к основной секции, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в первое промежуточное положение и перемещение гильзы для уплотнительных колец в первое промежуточное положение, в котором отверстие основной секции, проходящее через основную секцию, герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством кольцевых уплотнителей гильзы для уплотнительных колец, установленных с обеих сторон отверстия гильзы для уплотнительных колец. Способ дополнительно включает последующее приложение силы для смещения вверх в направлении к основной секции, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в открытое положение, перемещение гильзы для уплотнительных колец в открытое положение, в котором отверстие основной секции совмещается и сообщается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Сила может быть приложена для смещения вниз в направлении к основной секции, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана во второе промежуточное положение, и перемещение гильзы для уплотнительных колец во второе промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец. Впоследствии сила может быть приложена для смещения вверх в направлении к основной секции, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в закрытое положение, перемещение гильзы для уплотнительных колец в закрытое положение, в котором отверстие основной секции не совмещается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
В одном аспекте способ включает приложение силы к поршню в перепускном клапане, приводимом в действие посредством сжатия, для повышения давления во всасывающем резервуаре до давления открытия клапана, чтобы вызвать: открытие клапана сброса давления в перепускном клапане, приводимом в действие посредством сжатия, из всасывающего резервуара в нагнетательный резервуар, и протекание флюида из всасывающего резервуара в нагнетательный резервуар. Способ дополнительно включает приложение силы к поршню для снижения давления во всасывающем резервуаре ниже давления в нагнетательном резервуаре, чтобы вызвать: открытие обратного клапана в компрессионном перепускном клапане из нагнетательного резервуара во всасывающий резервуар, и протекание флюида из нагнетательного резервуара во всасывающий резервуар.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Приложение силы к поршню для повышения давления во всасывающем резервуаре до давления открытия клапана может вызвать перемещение балансировочного поршня для увеличения объема нагнетательного резервуара. Приложение силы к поршню для снижения давления во всасывающем резервуаре ниже давления в нагнетательном резервуаре может вызвать перемещение балансировочного поршня для уменьшения объема нагнетательного резервуара.
В одном аспекте изобретения способ включает составление бурильной колонны и соединение перепускного клапана с бурильной колонной. Перепускной клапан содержит корпус основной секции, содержащий внутреннюю поверхность корпуса основной секции, внешнюю поверхность корпуса основной секции и отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции. Перепускной клапан дополнительно содержит золотник клапана, расположенный в корпусе основной секции. Золотник клапана выполнен с возможностью вращения и перемещения относительно корпуса основной секции между множеством открытых положений золотника клапана, чередующихся с множеством закрытых положений золотника клапана. Перепускной клапан дополнительно содержит расположенную в корпусе гильзу для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец содержит внутреннюю поверхность гильзы для уплотнительных колец, внешнюю поверхность гильзы для уплотнительных колец, отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца, причем уплотнительные кольца установлены на внешней поверхности гильзы для уплотнительных колец по обе стороны от отверстия гильзы для уплотнительных колец. Гильза для уплотнительных колец взаимодействует с золотником клапана, осуществляющим шаговое перемещение, при этом отсутствует возможность ее вращения относительно корпуса основной секции, и выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса основной секции между открытым положением гильзы для уплотнительных колец, в котором золотник клапана находится в одном из множества открытых положений золотника клапана, и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец, при котором золотник клапана находится в одном из множества закрытых положений золотника клапана. Отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено с отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, при этом отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от отверстия основной секции посредством уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец. Способ дополнительно включает приложение силы для смещения вниз в направлении бурильной колонны, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в первое промежуточное положение, и перемещение гильзы для уплотнительных колец в первое промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец гильзы для уплотнительных колец. Способ дополнительно включает последующее приложение силы для смещения вверх в направлении к бурильной колонны, чтобы вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в открытое положение, перемещение гильзы для уплотнительных колец в открытое положение, в котором отверстие основной секции совмещается и сообщается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
Реализации могут включать одно или более из следующего. Приложенная сила для смещения вниз в направлении бурильной колонны может вызвать: вращение и перемещение золотника клапана во второе промежуточное положение, и перемещение гильзы для уплотнительных колец во второе промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец. Последующее приложение силы для смещения вверх в направлении бурильной колонны может вызвать: вращение и перемещение золотника клапана в закрытое положение, перемещение гильзы для уплотнительных колец в закрытое положение, в котором отверстие основной секции не совмещается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
Слово «соединенный» в данной заявке означает непосредственное или косвенное соединение.
В вышеприведенном тексте описан один или более конкретных вариантов реализации изобретения, имеющего более широкий объем. Также существует множество альтернативных вариантов реализации изобретения и, соответственно, данное изобретение не ограничивается описанным в данной заявке. Вышеприведенное описание вариантов реализации изобретения было представлено с целью пояснения и описания. Оно не должен быть исчерпывающим или ограничивать изобретение описанной точной формой. В свете вышеизложенного возможны многие модификации и вариации. Предполагается, что объем изобретения ограничивается не данным подробным описанием, а формулой, прилагаемой к данному описанию.
1. Компрессионный перепускной клапан, содержащий:
корпус основной секции, содержащий:
внутреннюю поверхность корпуса основной секции,
внешнюю поверхность корпуса основной секции и
отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции;
золотник клапана, расположенный в корпусе основной секции, причем золотник клапана выполнен с возможностью вращения и перемещения относительно корпуса основной секции между множеством открытых положений золотника клапана, чередующихся с множеством закрытых положений золотника клапана; и
гильзу для уплотнительных колец, расположенную в корпусе, причем гильза для уплотнительных колец содержит:
внутреннюю поверхность гильзы для уплотнительных колец,
внешнюю поверхность гильзы для уплотнительных колец,
отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца, и
уплотнительные кольца, установленные на наружной поверхности гильзы для уплотнительных колец с обеих сторон отверстия гильзы для уплотнительных колец,
причем гильза для уплотнительных колец взаимодействует с золотником клапана, осуществляющим шаговое перемещение, при этом отсутствует возможность ее вращения относительно корпуса основной секции, и выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса основной секции между открытым положением гильзы для уплотнительных колец, в котором золотник клапана находится в одном из множества открытых положений золотника клапана, и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец, при котором золотник клапана находится в одном из множества закрытых положений золотника клапана,
причем отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено с отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, при этом отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от отверстия основной секции посредством уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец.
2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что золотник клапана содержит:
цилиндр для шагового перемещения, содержащий паз для шагового перемещения золотника клапана, причем паз для шагового перемещения содержит:
множество открытых канавок, проходящих в канавочном направлении, множество закрытых канавок, чередующихся с множеством открытых канавок,
причем закрытые канавки проходят в канавочном направлении, и переходные пазы между открытыми канавками и закрытыми канавками, причем переходные пазы проходят в направлении переходного паза, практически противоположном канавочному направлению,
причем открытые канавки длиннее закрытых канавок; и
пружинный фланец, соединенный с цилиндром для шагового перемещения, и
пружинный цилиндр, соединенный с пружинным фланцем.
3. Клапан по п.2, дополнительно содержащий:
продолговатый паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец в гильзе для уплотнительных колец,
штифт для шагового перемещения, проходящий через корпус основной секции, через паз для шагового перемещения золотника клапана в паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец.
4. Клапан по п.3, отличающийся тем, что продолговатый паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец имеет:
ширину, практически равную ширине штифта для шагового перемещения, в месте, где он проходит через паз штифта для шагового перемещения гильзы для уплотнительных колец, и
длину, которая по меньшей мере в два раза больше ширины.
5. Клапан по п.4, отличающийся тем, что длина практически совмещена с направлением, в котором гильза для уплотнительных колец может перемещаться относительно основной секции.
6. Клапан по п.2, дополнительно содержащий:
пружину, расположенную в корпусе, причем
пружина выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины;
внутри пружины расположен пружинный цилиндр и
пружина взаимодействует с пружинным фланцем.
7. Клапан по п.1, дополнительно содержащий:
всасывающий резервуар, ограниченный с одной стороны корпусом основной секции;
нагнетательный резервуар и
клапанный диск, отделяющий всасывающий резервуар от нагнетательного резервуара, причем клапанный диск содержит:
клапан сброса давления, содержащий:
впускное отверстие клапана сброса давления на всасывающей стороне клапанного диска,
выпускное отверстие клапана сброса давления на нагнетательной стороне клапанного диска,
причем клапан сброса давления выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия клапана сброса давления в выпускное отверстие клапана сброса давления, когда давление на всасывающей стороне клапанного диска превышает давление на нагнетательной стороне клапанного диска, посредством давления открытия клапана; и
обратный клапан, содержащий:
впускное отверстие обратного клапана на нагнетательной стороне клапанного диска,
выпускное отверстие обратного клапана на всасывающей стороне клапанного диска,
причем обратный клапан выполнен с возможностью приведения в действие для пропускания флюида из впускного отверстия обратного клапана в выпускное отверстие обратного, когда давление на нагнетательной стороне клапанного диска превышает давление на всасывающей стороне клапанного диска, посредством давления открытия клапана.
8. Клапан по п.7, дополнительно содержащий балансировочный клапан, расположенный на стороне нагнетательного резервуара напротив клапанного диска.
9. Клапан по п.7, отличающийся тем, что всасывающая сторона клапанного диска обращена к всасывающему резервуару, а нагнетательная сторона клапанного диска обращена к нагнетательному резервуару.
10. Клапан по п.1, дополнительно содержащий:
второе отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции, и
второе отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца,
причем второе отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено со вторым отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, а второе отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от второго отверстия основной секции посредством второго комплекта уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец.
11. Способ управления компрессионным перепускным клапаном, включающий:
приложение силы для смещения вниз в направлении к основной секции, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в первое промежуточное положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец в первое промежуточное положение, в котором отверстие основной секции, проходящее через основную секцию, герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством кольцевых уплотнителей гильзы для уплотнительных колец, установленных с обеих сторон отверстия гильзы для уплотнительных колец;
последующее приложение силы для смещения вверх в направлении к основной секции, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в открытое положение,
перемещение гильзы для уплотнительных колец в открытое положение, в котором отверстие основной секции совмещается и сообщается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
12. Способ по п.11, дополнительно включающий:
приложение силы для смещения вниз в направлении к основной секции, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана во второе промежуточное положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец во второе промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец;
последующее приложение силы для смещения вверх в направлении к основной секции, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в закрытое положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец в закрытое положение, в котором отверстие основной секции не совмещается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
13. Способ управления компрессионным перепускным клапаном, включающий:
возведение бурильной колонны;
присоединение компрессионного перепускного клапана к бурильной колонне, причем перепускной клапан содержит:
корпус основной секции, содержащий:
внутреннюю поверхность корпуса основной секции,
внешнюю поверхность корпуса основной секции и
отверстие основной секции, проходящее от внутренней поверхности корпуса основной секции к внешней поверхности корпуса основной секции;
золотник клапана, расположенный в корпусе основной секции, причем золотник клапана выполнен с возможностью вращения и перемещения относительно корпуса основной секции между множеством открытых положений золотника клапана, чередующихся с множеством закрытых положений золотника клапана, и
гильзу для уплотнительных колец, расположенную в корпусе, причем гильза для уплотнительных колец содержит:
внутреннюю поверхность гильзы для уплотнительных колец,
внешнюю поверхность гильзы для уплотнительных колец, отверстие гильзы для уплотнительных колец, проходящее от внутренней поверхности уплотнительного кольца к внешней поверхности уплотнительного кольца, и уплотнительные кольца, установленные на наружной поверхности гильзы для уплотнительных колец с обеих сторон отверстия гильзы для уплотнительных колец,
причем гильза для уплотнительных колец взаимодействует с золотником клапана, осуществляющим шаговое перемещение, при этом отсутствует возможность ее вращения относительно корпуса основной секции, и выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса основной секции между открытым положением гильзы для уплотнительных колец, в котором золотник клапана находится в одном из множества открытых положений золотника клапана, и закрытым положением гильзы для уплотнительных колец, при котором золотник клапана находится в одном из множества закрытых положений золотника клапана,
причем отверстие гильзы для уплотнительных колец совмещено с отверстием основной секции, когда гильза для уплотнительных колец находится в открытом положении гильзы для уплотнительных колец, при этом отверстие гильзы для уплотнительных колец герметично закрыто от отверстия основной секции посредством уплотнительных колец, когда гильза для уплотнительных колец находится в закрытом положении гильзы для уплотнительных колец;
приложение силы для смещения вниз в направлении бурильной колонны, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в первое промежуточное положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец в первое промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец гильзы для уплотнительных колец;
последующее приложение силы для смещения вверх в направлении бурильной колонны, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в открытое положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец в открытое положение, в котором отверстие основной секции совмещается и сообщается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
14. Способ по п.13, дополнительно включающий:
приложение силы для смещения вниз в направлении бурильной колонны, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана во второе промежуточное положение и
перемещение гильзы для уплотнительных колец во второе промежуточное положение, в котором отверстие основной секции герметично закрыто от отверстия гильзы для уплотнительных колец посредством уплотнительных колец;
последующее приложение силы для смещения вверх в направлении бурильной колонны, чтобы вызвать:
вращение и перемещение золотника клапана в закрытое положение,
перемещение гильзы для уплотнительных колец в закрытое положение, в котором отверстие основной секции не совмещается с отверстием гильзы для уплотнительных колец.
