Устройство для промывки скважины

Предложение относится к технике бурения скважин, в частности к устройствам, обеспечивающим промывку скважин, при циркуляции жидкости, также минуя долото. Устройство для промывки скважины состоит из корпуса с радиальными отверстиями, тарелки с осевым сквозным каналом, седла с осевым каналом. Тарелка установлена в корпусе жестко, а седло зафиксировано от проворота шпонкой, и установлено с возможностью возвратно-поступательного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса. Тарелка и седло снабжены цилиндрическими рабочими поверхностями с возможностью взаимного перекрытия. На рабочей поверхности тарелки выполнена наружная цилиндрическая выборка, в которую установлен фиксатор положения, выполненный в виде разрезного пружинного кольца, имеющий возможность взаимодействия с внутренней цилиндрической проточкой, которой оснащена рабочая поверхность седла. Плунжер выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, закрепленный ступенью меньшего диаметра D ₁ в тарелке. В осевом канале седла выполнен суженный участок. Ступень большого диаметра D₂ плунжера размещена в осевом канале седла с возможностью расположения ее в суженном участке осевого канала в крайнем нижнем положении седла. В рабочем положении седло благодаря уплотнительным элементам герметично перекрывает радиальные отверстия корпуса. Предлагаемое устройство обладает достаточной надежностью в работе за счет предотвращения потери герметичности клапана, путем увеличения площади рабочих поверхностей, а также более стабильной фиксацией между тарелкой и седлом устройства, в связи с чем сокращаются потери бурового раствора в системе буровой насос-долото, а это несомненно повышает эффективность процесса бурения.

Предложение относится к технике бурения скважин, в частности к устройствам, обеспечивающим промывку скважин, при циркуляции жидкости, также минуя долото.

Известен клапан обратный для бурильных колонн (авторское свидетельство SU №1788199 МПК 7 Е 21 В 21/00, опубл. Бюл. №2 от 15.01.93 г.), содержащий корпус с резьбами на верхнем и нижнем концах и промывочным каналом, запорный орган в виде тарелки, установленный на резьбе на штоке, пропущенном через держатель, расположенный в области корпуса между защитной втулкой и внутренним буртиком, выполненным в нижней части корпуса, направляющий стакан, обращенный открытой частью в сторону держателя, пружину сжатия, установленную в направляющем стакане с возможностью взаимодействия своим нижним концом с держателем седло, гайку с коническим выступом, установленную на штоке между направляющим стаканом и тарелкой, держатель имеющий внутреннюю полость, открытую сверху, направляющий стакан размещенный во внутренней полости держателя, при этом в тарелке выполнено коническое углубление, а конический выступ гайки размещен в коническом углублении тарелки с возможностью взаимодействия своей конической поверхностью с поверхностью конического углубления, при этом наружный размер гайки превышает наружный диаметр направляющего стакана, но меньше диаметра тарелки, седло выполнено в виде втулки с фланцем, установленной с возможностью взаимодействия верхней поверхностью фланца с внутренним буртиком, выполненным в верхней части корпуса, нижняя часть штока имеет утолщение, расположенное с гарантированным зазором относительно нижнего торца держателя в исходном положении тарелки.

Недостатком данного клапана является сложность конструкции, связанная с большим количеством узлов и деталей, кроме того многие детали сложны в изготовлении, что ведет к удорожанию стоимости клапана.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для промывки скважин (авторское свидетельство SU №1613571 МПК 7 Е 21 21/10, опубл. Бюл. №46 от 15.12.1990 г.), включающее корпус с радиальными отверстиями, подпружиненную относительно корпуса тарелку с осевым сквозным каналом и седло с

осевым каналом, установленное с возможностью возвратно-поступательного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, при этом устройство снабжено плунжером, выполненным в виде двухступенчатого цилиндра, закрепленного ступенью меньшего диаметра в тарелке, в осевом канале седла выполнен суженный участок, а ступень большого диаметра плунжера размещена в осевом канале седла с возможностью расположения ее в суженном участке этого канала по крайнем нижнем положении седла.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, упругий элемент, выполненный в виде пружины, в процессе бурения постоянно подвергается значительным знакопеременным нагрузкам, которые могут привести к ее усталостному разрушению в связи с чем, снижается эффективность работы устройства.

- во-вторых, уплотнительный элемент, установленный на рабочей поверхности подвергается динамической нагрузке, вызванной пульсацией бурового раствора и вибрацией бурильной колонны в процессе бурения скважины, в результате чего вышеупомянутый уплотнительный элемент выдавливается и устройство теряет герметичность в связи с чем, снижается надежность работы.

Технической задачей полезной модели является повышение эффективности и надежности работы устройства.

Техническая задача решается устройством для промывки скважины, включающим корпус с радиальными отверстиями, тарелку с осевым сквозным каналом, седло с осевым каналом, зафиксированное от проворота шпонкой и установленное с возможностью возвратно-поступательного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, причем тарелка и седло снабжены рабочими поверхностями, плунжер выполненный в виде двухступенчатого цилиндра, закрепленный ступенью меньшего диаметра в тарелке, при этом в осевом канале седла выполнен суженный участок, а ступень большого диаметра плунжера размещена в осевом канале седла с возможностью расположения ее в суженном участке этого осевого канала в крайнем нижнем положении седла.

Новым является то, что тарелка установлена в корпусе жестко, при этом рабочие поверхности тарелки и седла выполнены цилиндрическими с возможностью взаимного перекрытия, причем на рабочей поверхности тарелки выполнена наружная

цилиндрическая выборка, в которую установлен фиксатор положения, выполненный в виде разрезного пружинного кольца, имеющий возможность взаимодействия с внутренней цилиндрической проточкой, которой оснащена рабочая поверхность седла, при этом седло способно герметично перекрывать радиальные отверстия корпуса.

На фигуре изображено устройство для промывки скважины в продольном разрезе.

Устройство для промывки скважины состоит из корпуса 1 с радиальными отверстиями 2, тарелки 3 с осевым сквозным каналом 4, седла 5 с осевым каналом 6.

Тарелка 3 установлена в корпусе 1 жестко, а седло 5 зафиксировано от проворота шпонкой 7, и установлено с возможностью возвратно-поступательного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1.

Тарелка 3 и седло 5 снабжены цилиндрическими рабочими поверхностями 8 и 9, соответственно с возможностью взаимного перекрытия.

На цилиндрической рабочей поверхности 8 тарелки 3 выполнена наружная цилиндрическая выборка 10, в которую установлен фиксатор положения 11, выполненный в виде разрезного пружинного кольца, имеющий возможность взаимодействия с внутренней цилиндрической проточкой 12, которой оснащена цилиндрическая рабочая поверхность 9 седла 5.

Плунжер 13 выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, закрепленный ступенью меньшего диаметра D ₁ в тарелке 3. В осевом канале 6 седла 5 выполнен суженный участок 14. Ступень большого диаметра D₂ плунжера 13 размещена в осевом канале 6 седла 5 с возможностью расположения ее в суженном участке 14 осевого канала 6 в крайнем нижнем положении седла 5.

В рабочем положении седло 5 благодаря уплотнительным элементам 15 герметично перекрывает радиальные отверстия 4 корпуса 1.

Устройство для промывки скважины работает следующим образом.

Устройство посредством верхней 16 и нижней 17 присоединительных резьб (см. фигуру) устанавливают в нижней части бурильной колонны (непосредственно над долотом, между утяжеленными бурильными трубами и т.д.) и спускают в скважину, при этом буровой раствор из кольцевого пространства (на фиг. не показано) через радиальные отверстие 2 корпуса 1 перетекает внутрь устройства и через кольцевой зазор между тарелкой 3 и седлом 5 заполняет внутреннюю полость всех элементов бурильной

колонны. Долото спускают до забоя, после чего включают буровой насос. Буровой раствор от насоса поступает в бурильную колонну и выходит в кольцевое пространство через радиальные отверстия 2 корпуса 1 и насадки долота.

Далее разгружают колонну бурильных труб на забой скважины, в результате этого под весом колонны бурильных труб седло 5, вместе с находящейся ниже бурильной компоновкой перемещаются вверх.

Цилиндрические рабочие поверхности 8 и 9, соответственно тарелки 3 и седла 5 вступают в контакт друг с другом и начинают взаимно перекрываться.

В определенный момент срабатывает фиксатор положения 11, находящийся в наружной цилиндрической выборке 10 тарелки 3, который сначала сжимается при контакте с рабочей поверхностью 9 седла 5, а когда напротив него устанавливается внутренняя цилиндрическая проточка 12, выполненная на рабочей поверхности 9 седла 5, то фиксатор положения 11 разжимается в ней, обеспечивая плавность смыкания и фиксацию цилиндрических рабочих поверхностей 8 и 9, соответственно тарелки 3 и седла 5 относительно друг друга. При этом седло 9 герметично перекрывает радиальные отверстия 2 корпуса 1 благодаря уплотнительным элементам 15, которые предотвращают утечки бурового раствора из внутренней полости перепускного клапана в кольцевое пространство.

В результате буровой раствор от насоса поступает в кольцевое пространство только через насадки долота (на фиг. не показано). При вращении корпуса 1 крутящий момент на буровое долото передается через шпонку 7.

В процессе бурения скважины возникает необходимость закачки тампона (определенного объема специальной жидкости для задавливания ее в пласт с целью ликвидации осложнения в виде поглощения или проявления, часто содержащей длинноволокнистый или крупноразмерный инертный наполнитель). Для этого приподнимают бурильную колонну, а следовательно, и бурильную компоновку, которая присоединена к нижнему концу седла 5 на высоту достаточную для опускания седла 5 в крайнее нижнее положение (см. фигуру).

Цилиндрические рабочие поверхности 8 и 9, соответственно тарелки 3 и седла 5 выходят из контакта друг с другом благодаря тому, что седло 5 под собственным и весом и весом бурильной компоновки, присоединенной к нему снизу, а также гидравлической

нагрузки, действующей вниз вынуждает опускаться седло 5 вниз относительно корпуса 1. При этом внутренняя цилиндрической проточкой 12 седла 5 воздействует на фиксатор положения 11, который сжимается, пропуская седло 5 вниз, а затем разжимается, после того как рабочая поверхность 9 седла 5 минует его. Образуется первоначальный зазор между тарелкой 3 и седлом 5 (см. фигуру), при этом плунжер 13 своей ступенью большого диаметра D₂ заходит в суженный участок 14 и перекрывает проход для жидкости к долоту.

После этого закачивают в бурильную колонну необходимый тампон, который через осевой сквозной канал 4 тарелки 3 и радиальные отверстия 2 корпуса 1 выходит в кольцевое пространство скважины.

После задавливания тампона в пласт осуществляют подъем бурильного инструмента или продолжают бурение.

Для продолжения бурения долото опускают на забой и создают осевую нагрузку на него. При этом цилиндрические рабочие поверхности 8 и 9, соответственно тарелки 3 и седла 5 вновь взаимно перекрывают друг друга, при этом срабатывает фиксатор положения 11 и седло 5 герметично перекрывает радиальные отверстия 2 корпуса 1, благодаря уплотнительным элементам 15, чем предотвращается выход бурового раствора в кольцевое пространство скважины, причем плунжер 13 своей ступенью меньшего диаметра D ₁ входит в суженный участок 14 седла 5 и открывает проход бурового раствора к долоту.

Устройство может быть использовано как при роторном бурении, так и при турбинном. При этом в последнем случае устройство устанавливается над турбобуром.

Предлагаемое устройство обладает достаточной надежностью в работе за счет предотвращения потери герметичности клапана, путем увеличения площади рабочих поверхностей, а также более стабильной фиксацией между тарелкой и седлом устройства, в связи с чем сокращаются потери бурового раствора в системе буровой насос-долото, а это несомненно повышает эффективность процесса бурения.

Устройство для промывки скважины, включающее корпус с радиальными отверстиями, тарелку с осевым сквозным каналом, седло с осевым каналом, зафиксированное от проворота шпонкой и установленное с возможностью возвратно-поступательного ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, причем тарелка и седло снабжены рабочими поверхностями, плунжер, выполненный в виде двухступенчатого цилиндра, закрепленный ступенью меньшего диаметра в тарелке, при этом в осевом канале седла выполнен суженный участок, а ступень большого диаметра плунжера размещена в осевом канале седла с возможностью расположения ее в суженном участке этого осевого канала в крайнем нижнем положении седла, отличающееся тем, что тарелка установлена в корпусе жестко, при этом рабочие поверхности тарелки и седла выполнены цилиндрическими с возможностью взаимного перекрытия, причем на рабочей поверхности тарелки выполнена наружная цилиндрическая выборка, в которую установлен фиксатор положения, выполненный в виде разрезного пружинного кольца, имеющий возможность взаимодействия с внутренней цилиндрической проточкой, которой оснащена рабочая поверхность седла, при этом седло способно герметично перекрывать радиальные отверстия корпуса.