Башмак-клапан для установки профильного хвостовика в скважине

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к технологии установки профильных хвостовиков для крепления и вскрытия продуктивных пластов на стадии заканчивания скважин.

Известен «Обратный клапан для обсадной колонны» (патент RU №2232871, 7 Е21В 34/06, 33/14 опубл. Бюл. №20 от 20.07.2004 г.), включающий цилиндрический корпус с осевым каналом, шарнирно прикрепленный снизу к корпусу подпружиненный запорный элемент, втулку с дроссельными отверстиями в нижней части, установленную в осевом канале корпуса и фиксированную срезными элементами, и сбрасываемую управляющую пробку, при этом втулка выполнена с радиальными дроссельными отверстиями, открытыми для заполнения через них скважинной жидкостью обсадных труб при их спуске, при этом осевой канал втулки закрыт снизу запорным элементом, причем втулка выполнена с посадочным седлом для управляющей пробки на верхнем торце и фиксирована в корпусе посредством ниппеля, ввинченного в корпус сверху, а управляющая пробка выполнена в виде шара, диаметр которого больше внутреннего диаметра втулки и меньше внутреннего диаметра ниппеля.

Недостатками этого клапана являются:

- низкая надежность, т.к. сбрасываемый сверху шар может не достичь посадочного седла втулки клапана из-за изгибов или выступов обсадной колонны;

- непостоянная величина усилия, необходимого для срабатывания срезных штифтов втулки клапана, обусловленная точностью изготовления срезных штифтов и качеством их материала, когда штифты могут срезаться при недостаточном или, наоборот, избыточном давлении, что может привести к аварийной ситуации в скважине;

- невозможность установки обсадной колонны из профильных труб за одну спуско-подъемную операцию, т.к. установленный сверху колонны посадочный инструмент исключает сброс шара в скважину.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Башмак для установки профильного перекрывателя в скважине» (патент RU №2293172, Е21В 29/10, опубл. Бюл. №4 от 10.02.2007 г.), включающий резьбы для соединения с перекрывателем и установочным оборудованием, корпус с центральным каналом, в котором соосно-подвижно относительно его геометрической оси установлен клапанный элемент с проходным каналом, сообщенным радиальными отверстиями с полостью перекрывателя, зафиксированный от продольных перемещений фиксатором в виде стопорного кольца, размещенного в кольцевой проточке, выполненной в клапанном элементе, срабатывающем при возрастании гидравлического давления в перекрывателе, при этом радиальные отверстия для сообщения проходного канала клапанного элемента с полостью перекрывателя выполнены в его стенках, а сам клапанный элемент зафиксирован от вращения относительно корпуса, например, шлицевым соединением, и снабжен головкой с коническими кольцевыми проточками, выполненными на ее наружной поверхности, закрепленной на верхнем конце клапанного элемента, при этом резьба для соединения башмака с установочным оборудованием выполнена на наружной поверхности клапанного элемента, сопрягаемой с головкой.

Недостатком этого башмака является отсутствие возможности обработки призабойной зоны пласта технологическими растворами, т.к. клапанный элемент перепускает жидкость только в направлении снизу вверх во время заполнения внутренней полости перекрывателя и срабатывает на закрытие при установке перекрывателя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной безаварийной конструкции башмака-клапана для установки профильного хвостовика в скважине за одну спускоподъемную операцию, позволяющей производить обработку призабойной зоны скважины технологическими растворами.

Техническая задача решается башмаком-клапаном для установки профильного хвостовика в скважине, включающем резьбы для соединения с хвостовиком, корпус с центральным каналом, в котором соосно-подвижно относительно его геометрической оси установлен клапанный элемент с проходным каналом, сообщенным при помощи отверстий с полостью хвостовика, зафиксированный от продольных перемещений фиксатором в виде стопорного кольца, снабженный вверху головкой с наружными коническими кольцевыми проточками и зафиксированный от вращения относительно корпуса, например, шлицевым соединением.

Новым является то, что отверстия для сообщения проходного канала клапанного элемента с полостью хвостовика выполнены продольными, а проходной канал снабжен обратным шаровым клапаном, при этом в корпусе снизу выполнена полость, в которой размещен отгибающийся подпружиненный тарельчатый клапан, выполненный с возможностью перекрытия центрального канала, причем снизу клапанный элемент снабжен наклонным толкателем, выполненным с возможностью взаимодействия и отгиба тарельчатого клапана в транспортном положении.

На фиг.1 показан башмак-клапан для установки профильного хвостовика в скважине в транспортном положении (разрез). На фиг.2 - башмак-клапан в момент извлечения клапанного элемента из корпуса.

Башмак-клапан для установки профильного хвостовика в скважине содержит резьбу 1 (фиг.1) для соединения с хвостовиком 2, корпус 3 с центральным каналом 4, в котором соосно-подвижно относительно его геометрической оси установлен клапанный элемент 5 с проходным каналом 6, сообщенным при помощи отверстий 7 с внутренней полостью 8 хвостовика 2, зафиксированный от продольных перемещений фиксатором в виде стопорного кольца 9, снабженный вверху головкой 10 с наружными коническими кольцевыми проточками 11 и зафиксированный от вращения относительно корпуса 3 шлицевым соединением 12.

При этом отверстия 7 для сообщения проходного канала 6 клапанного элемента 5 с внутренней полостью 8 хвостовика 2 выполнены продольными, а проходной канал 6 снабжен обратным шаровым клапаном 13. В корпусе 3 снизу выполнена полость 14, в которой размещен тарельчатый клапан 15, выполненный с возможностью перекрытия центрального канала 4. Тарельчатый клапан 15 выполнен отгибающимся из упругого материала, например резины, и дополнительно поджат снизу к седлу 16 (фиг.2) корпуса 3 пластинчатой пружиной 17. Снизу клапанный элемент 5 (фиг.1) снабжен наклонным толкателем 18, имеющим окно 19 и выполненным с возможностью взаимодействия и отгиба тарельчатого клапана 15 в транспортном положении.

Башмак-клапан работает следующим образом.

Перед спуском профильного хвостовика 2 в скважину (на фиг. не показано) клапанный элемент 5 в сборе с шаровым клапаном 13 и верхней головкой 10 помещают в центральный канал 4 корпуса 3 башмака-клапана, ориентируя его в радиальном направлении с помощью шлицевого соединения 12. При этом благодаря стопорному кольцу 9 круглого сечения клапанный элемент 5 фиксируется в центральном канале 4 корпуса 3 от продольных перемещений, а толкатель 18, взаимодействуя с нижним тарельчатым клапаном 15, отгибает его вниз, открывая благодаря окну 19 канал 6 снизу. Затем башмак-клапан закрепляют с помощью резьбы 1 в нижнем конце профильного хвостовика 2. Для дополнительной фиксации, чтобы исключить случайный выход клапанного элемента 5 из центрального канала 4 корпуса 3 при больших перепадах давления во время заполнения хвостовика 2 скважинной жидкостью, верхнюю головку 10 клапанного элемента 5 упирают в нерасширенный давлением профильный участок 20 хвостовика 2.

Далее профильный хвостовик 2 на колонне бурильных труб (на фиг. не показано) спускают в скважину и устанавливают в необходимом интервале. При этом внутренняя полость 8 хвостовика 2 через полость 14 корпуса 3, окно 19, проходной канал 6 и отверстия 7 клапанного элемента 5 заполняется скважинной жидкостью. Шаровой клапан 13 при этом отжат. После этого внутри хвостовика 2 с помощью бурового насоса создают рабочее гидравлическое давление, под действием которого шаровой клапан 13 закрывается и препятствует несанкционированному перетоку жидкости. Под действием рабочего гидравлического давления стенки хвостовика 2 прижимаются к стенкам скважины. Затем хвостовик 2 привальцовывают до более плотного прижатия с помощью установочного оборудования, например развальцевателя (показан фрагмент) 21 (фиг.2), который на своем нижнем конце имеет захватный узел 22, снабженный внутренними разрезными стопорными кольцами 23.

При подходе развальцевателя к башмаку-клапану разрезные стопорные кольца 23 захватного узла 22 развальцевателя входят в зацепление с коническими кольцевыми проточками 11 головки 10 клапанного элемента 5, надежно стопоря соединение клапанного элемента 5 башмака-клапана с развальцевателем 21. Затем установочное оборудование (21, 22.) вместе с клапанным элементом 5 начинают поднимать из скважины. При этом клапанный элемент 5, преодолевая усилие стопорного кольца 9, выходит из зацепления с корпусом 3 башмака-клапана, а тарельчатый клапан 15, благодаря пружине 17, захлопывается и плотно прижимается к седлу 16 корпуса 3 башмака-клапана, предотвращая несанкционированный переток жидкости из скважины внутрь хвостовика 2. В случае обработки призабойной зоны технологическими растворами, закачиваемыми через хвостовик 2, тарельчатый клапан 15 выполняет функцию обратного клапана.

Преимущество предлагаемого башмака-клапана заключается в том, что его конструкция позволяет производить установку профильного хвостовика за одну спускоподъемную операцию и осуществлять обработку призабойной зоны скважины технологическими растворами, расширяя тем самым его функциональные возможности.

Башмак-клапан для установки профильного хвостовика в скважине, включающий резьбы для соединения с хвостовиком, корпус с центральным каналом, в котором соосно-подвижно относительно его геометрической оси установлен клапанный элемент с проходным каналом, сообщенным при помощи отверстий с полостью хвостовика, зафиксированный от продольных перемещений фиксатором в виде стопорного кольца, снабженный вверху головкой с наружными коническими кольцевыми проточками и зафиксированный от вращения относительно корпуса шлицевым соединением, отличающийся тем, что отверстия для сообщения проходного канала клапанного элемента с полостью хвостовика выполнены продольными, а проходной канал снабжен обратным шаровым клапаном, при этом в корпусе снизу выполнена полость, в которой размещен отгибающийся подпружиненный тарельчатый клапан, выполненный с возможностью перекрытия центрального канала, причем снизу клапанный элемент снабжен наклонным толкателем, выполненным с возможностью взаимодействия и отгиба тарельчатого клапана в транспортном положении.