Комбинированный клапан бурильной колонны

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам бурильной колонны, предназначенным для заполнения внутреннего объема колонны буровым раствором и его опорожнения при проведении спуско-подъемных операций. Заявляемое решение решает задачи: повышения надежности разобщения проточного канала клапана с затрубным пространством при заботе забойного двигателя; предотвращения шламования забойного двигателя потоком промывочной жидкости снизу при спуске бурильной колонны; увеличения срока эксплуатации изделия. Комбинированный клапан бурильной колонны содержит корпус 1, установленный в нем с возможностью осевого перемещения плунжер 2, возвратную пружину 3 и седло 4. В корпусе 1 вскрыты боковые отверстия 5, в которые установлены фильтрующие заглушки 6. На верхнем и нижнем концах корпуса выполнены присоединительные замковые резьбы. В плунжере 2 имеется проточный канал, образованный глухим цилиндрическим отверстием 7 и сообщающимися с ним боковыми отверстиями 8, расположенными под углом к оси плунжера. Для обеспечения герметичности подвижных соединений плунжера 2 и седла 4 с корпусом 1 и плунжера с седлом служат уплотнительные кольца 9 и уплотнительная манжета 10. Седло 4 зафиксировано от осевого перемещения вниз стопорным кольцом 11. Внутренняя, профилирующая поток поверхность седла, выполнена с антиэрозионным покрытием. При небольшом перепаде давлений на плунжере 2, (фиг.1), буровой раствор свободно перетекает из внутренней полости бурильной колонны в затрубное пространство и обратно через вскрытые в корпусе боковые отверстия 5 - «переливной клапан открыт», при этом поступающий из затрубного пространства буровой раствор очищается от шлама фильтрующими заглушками 6. Нижняя часть плунжера, совместно с седлом, перекрывает поток жидкости из затрубного пространства через забойный двигатель снизу - «обратный клапан закрыт», предотвращая его зашламление. При подаче бурового раствора к забойному двигателю величина перепада давления на плунжере резко возрастает. Под действием осевой силы плунжер 2, преодолевая сопротивление пружины 3, смещается в крайнее нижнее положение (фиг.2), при этом боковые отверстия 8 плунжера располагаются ниже установленной в седло 4 уплотнительной манжеты 10. Сообщение внутреннего объема клапана с затрубным пространством через отверстия 5 в корпусе клапана прерывается - «переливной клапан закрыт», а поток бурового раствора, через проточный канал плунжера 2 и кольцевой зазор 12 между плунжером и седло подается на забойный двигатель - «обратный клапан открыт». 1 с.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам бурильной колонны, предназначенным для заполнения внутреннего объема колонны буровым раствором и его опорожнения при проведении спускоподъемных операций.

Известен переливной клапан бурильной колонны, принятый за прототип (Патент Российской Федерации на полезную модель 69560, МПК Е21В 34/06, опубликовано 27.12.2007), включающий корпус с боковыми отверстиями, содержащий радиальные каналы полый плунжер, в нижней части которого установлены заглушка, седло, контактирующее с плунжером, и уплотнения.

Недостатками рассматриваемого устройства:

- возможность проникновения из затрубного пространства во внутреннюю полость устройства через радиальные отверстия в корпусе шлама, не полностью вымываемого при пуске бурильного устройства и препятствующего перемещению плунжера на всю величину рабочего хода;

- наличие дополнительного уплотнения, герметизирующего соединения плунжера с установленной в него заглушкой, снижающего надежность устройства;

- интенсивный эрозионный износ (размыв) корпуса клапана потоком бурового раствора на выходе из плунжера, сокращающий срок службы устройства. Заявляемое решение решает следующие задачи:

- повышения надежности разобщения проточного канала клапана с затрубным пространством при заботе забойного двигателя;

- предотвращения шламования забойного двигателя потоком промывочной жидкости снизу;

- увеличения срока эксплуатации изделия.

Технический результат достигается тем, что комбинированный клапан бурильной колонны, включающий корпус с боковыми отверстиями, подпружиненный плунжер с образующим проточную часть отверстием, содержащий радиальные каналы, седло, контактирующее с плунжером и уплотнения, отличается тем, что в боковые отверстия корпуса установлены фильтрующие заглушки, отверстие плунжера, образующее проточный канал, выполнено несквозным, а нижняя часть седла выполнена в виде цилиндрической «юбки», при этом, внутренняя, профилирующая поток поверхность седла, выполнена с антиэрозионным покрытием.

На фиг.1 показан общий вид комбинированного клапана бурильной колонны в продольном разрезе в состоянии «переливной клапан открыт».

На фиг.2 - общий вид клапана в состоянии «переливной клапан закрыт».

Комбинированный клапан бурильной колонны содержит корпус 1, установленный в нем с возможностью осевого перемещения плунжер 2, возвратную пружину 3 и седло 4. В корпусе 1 вскрыты боковые отверстия 5, в которые установлены фильтрующие заглушки 6. На верхнем «муфтовом» и нижнем «ниппельном» концах корпуса выполнены присоединительные замковые резьбы. В плунжере 2 имеется проточный канал, образованный глухим цилиндрическим отверстием 7 и сообщающимися с ним боковыми отверстиями 8, расположенными под углом к оси плунжера. Для обеспечения герметичности подвижных соединений плунжера 2 и седла 4 с корпусом 1 и плунжера с седлом служат уплотнительные кольца 9 и уплотнительная манжета 10. Седло 4 зафиксировано от осевого перемещения вниз стопорным кольцом 11.

Комбинированный клапан бурильной колонны работает следующим образом.

Посредством выполненных на концах корпуса присоединительных резьб, клапан устанавливается в бурильную колонну выше забойного двигателя.

При небольшом перепаде давлений на плунжере 2, например, при спуске или подъеме бурильной компановки (фиг.1), буровой раствор свободно перетекает из внутренней полости бурильной колонны в затрубное пространство и обратно, через вскрытые в корпусе боковые отверстия 5 - «переливной клапан открыт», при этом поступающий из затрубного пространства буровой раствор очищается от шлама фильтрующими заглушками 6. Благодаря отсутствию в плунжере сквозного отверстия, нижняя часть плунжера, совместно с седлом, образует дополнительный затворный узел, перекрывающий поток жидкости из затрубного пространства через забойный двигатель снизу, предотвращая его зашламление - «обратный клапан закрыт». Таким образом, устройство одновременно выполняет функции переливного и обратного клапанов.

При подаче бурового раствора к забойному двигателю величина перепада давления на плунжере резко возрастает. Под действием создаваемой перепадом давлений осевой силы плунжер 2, преодолевая сопротивление пружины 3, смещается в крайнее нижнее положение (фиг.2), при этом боковые отверстия 8 плунжера располагаются ниже установленной в седло 4 уплотнительной манжеты 10. Сообщение внутреннего объема клапана с затрубным пространством через отверстия 5 в корпусе клапана прерывается - «переливной клапан закрыт», а поток бурового раствора, через проточный канал плунжера 2 и кольцевой зазор 12 между плунжером и седлом подается на забойный двигатель - «обратный клапан открыт».

Сопрягаемая с боковыми отверстиями 8 плунжера поверхность седла 4 выполнена параллельной осям отверстий, что исключает образование завихрений потока на выходе из отверстий, а стенки цилиндрического участка седла защищают внутреннюю поверхность корпуса от эрозии.

При прекращении подачи бурового раствора перепад давлений на плунжере 2 снижается, плунжер, под действием пружины 3 возвращается в исходное положение. Циркуляция через отверстия 5 и 8 восстанавливается, а зашламляющий компановку поток жидкости из затрубного пространства снизу через забойный двигатель, прерывается.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков заявляемого решения позволила:

1. Повысить надежность срабатывания клапана, предотвращая проникновение шлама из затрубного пространства во внутреннюю полость устройства, где он может оседать на поверхности седла, препятствуя перемещению плунжера на всю величину рабочего хода, путем установки в боковые отверстия корпуса фильтрующих заглушек.

2. Предотвратить шламование забойного двигателя при спуске бурильной колонны потоком промывочной жидкости снизу путем выполнения отверстия несквозным, образующего в плунжере проточный канал.

3. Увеличить срок эксплуатации изделия по заявляемому техническому решению путем выполнения нижней части седла в виде цилиндрической «юбки», а также путем нанесения на внутреннюю, профилирующую поток поверхность седла, антиэрозионного покрытия.

Комбинированный клапан бурильной колонны, включающий корпус с боковыми отверстиями, подпружиненный плунжер с образующим проточную часть отверстием, содержащий радиальные каналы, седло, контактирующее с плунжером и уплотнения, отличающийся тем, что в боковые отверстия корпуса установлены фильтрующие заглушки, отверстие плунжера, образующее проточную часть, выполнено несквозным, а нижняя часть седла выполнена в виде цилиндрической «юбки», при этом внутренняя, профилирующая поток поверхность седла, выполнена с антиэрозионным покрытием.