Обратный клапан для бурильной колонны

 

союз советских социмистических

РЕСПУБЛИК

Э

ЪФ

ГОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

1 (21) 4560693/03 (22) 10.03.89 (46) 23.02,92. Бми, t4 7; (71) Институт геологии е разведки нефтяных и газовых месторождений (72) Р.Н,Ахмедгалиев и A.Äþ Шленчик (53) 622.243.14(088.8} (56) Авторское свидетельство СССР М 1 183662, кл. Е 21 В 34/10, 1984. Авторское свйдвтельство СССР

М 569696, кл. Е 21 В 17 00, 1975. (54) ОБРАТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ БЧРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, предотвращающим выброс

„„SU „„ 1714090 А1

I (м)з Е 21 В 34/06,21/10 промывочной жидкости и открытое фонтанирование скважины. через канал бурильной колонны (БК). Цель — упрощение конструкции и повышение эффективности работы. Обратный клапан для БК состоит из корпуса 1, внутри которого расположены съемное клапанноеседло(КС) 2 с подпружиненным запорным органом 3 и подвижная . втулка (ПВ) 4, концентрично расположенная в канале КС 2, и перекрывает напорный орган 3. Для ограничителя осевого перемещения ПВ 4 в канале сьемного КС 2 нижней части расположен цанговый зажим 5, а в верхней —,упор 6. Корпус 1 соединен с пере- .водником 7, внутри которого расположен ограничитель 8 для эластичного шара 9. Ди1714090

10 "вого перемещения

20

40 аметр эластичного шара 9 больше диаметра канала ПВ 4. Верхняя часть ограничителя 8 выполнена в виде воронки 10. На поперечной оси ограничителя 8 выполнены рабочее

11 и вспомогательное 12 отверстия. В верхней части ограничителя 8 по оси отверстия

12 на глубину воронки 10 выполнен карман

13 для размещения шара 9. В случае проявления пластового флюида иэ скважины буровой раствор поступает в БК снизу, |

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, предотвращающим выброс . промывочной жидкости и открытого фонтанирования скважины через канал бурильной колонны.

Известен клапан для бурильной колонны, включающий корпус а седлом, подпружиненнуюю тарелку . с трубчатым хвостовиком; размещенными во втулке, установленной неподвижно в корпусе; узел фиксации клапана в открытом положении, выполненный в виде продольных прорезей в нижней части трубчатого хвостовика тарелки, образующих цанговый зажим, и сер-. дечника в виде шара, подвешенного на гибком элементе к тарелке.

Недостатками известного клапана является то., что в процессе спуска бурильной колонны возникает необходимость в периодических остановках колонны с целью долива бурового раствора внутрь бурильной колонны. При дальнейшем спуске колонны клапан закрывается. в результате чего из-за гидродинамического разрыва пластов в скважине возникает ситуация, приводящая к поглощению бурового раствора. Кроме того, доливаемый внутрь буровой колонны буровой раСтвор,аэрируется и происходит снижение его объемной, плотности, что также нежелательно.

Процедура периодических доливов бурильной колонны требует больших затрат ,времени и средств, что приводит к снижению технико-экономических показателей бурения.

Кроме того, в процессе бурения и промывки скважины седло и тарелка скважины подвергаются гидроабраэивному воздействию бурового раствора и быстро выходят из строя, клапан невозможно использовать при бурении с отбором керна с помощье колонковых снарядов, управляемых верами и сбрасываемых с поверхности.

Возникающий поток жидкости через отверстие 12 в ограничителе 8 подхватывает шар

9 до посадки его в канал ПВ 4. Создаваемый перепад давления обеспечивает проталкиваниеПВ 4череззажимбвверхдоупораб, >

Затем шар 9 продавливается через канал

ПВ 4 в канал БК. Возникающий при этом поток бурового раствора прижимает освобожденный запорный орган 3 к КС 2, В ре: зультате клапан перекрывает канал БК. 2 ил.

Наиболее близким к изобретению. является обратный клапан для бурильной колон; ны, включающий корпус с осевым каналом, установленное в нем съемное седло с образованием кольцевой полости.под ним. подпружиненный тарельчатый клапан, размещенный в кольцевой полости, и узел управления тарельчатым клапаном в виде втулки, установленной с возможностью осеНедостатки известного «лапанз заключаются в том, что после проведения промежуточной: промывки скважины .при дальнейшем спуске бурильной колонны наружное давление за трубами превышает внутреннее вбурильной колонне, а поршень с гильзой смещаются вверх, и запорный орган перекрывзетседло.

Кроме того, дальнейший спуск бурильной колонны необходимо производить с долизам бурового раствора, что снижает технико-экономические показатели бурения и может привести к осложнениям, а наличие радиального канала s корпусе клапана приводит к концентрации опасных механических нзпряженйй в этом месте.

Наличие подвижных соединений и гидродинамической камеры требуют точного и качественного изготовления деталей, что связано с повышением затрат на изготовле-

we клапана. При каждойспуско-подъемной операции с целью удаления остатков бурового pecTsopa требуется полная сборка и разборка деталей.

Кроме того, прототип имеет еще и такой недостаток как невозможность установки его сразу над долотом, поскольку в самом низу бурильной колонны перепад наружного и внутреннего давления в бурильной колонне практически отсутствует, а поэтому клапан устанавливается, как правило, в верхней части утяжеленных бурильных труб.

Это приводит к затруднениям при проведе.

1714090

1 нии аварийных работ в случае прихвата бу- ного отверстия 12 на глубину воронки 10 рильной колонны. выполнен карман 13 для размещения элаЦель изобретения — упрощение конст.- стичного шара 9; Уступ в осевом канале коррукции и повышение эффективности рабо- пуса 1 ограничивает перемещение

bi+ подвижной вгулки 4 вниз, служащей для

Указанная цель достигается тем, что удержания запорного органа 3 в открытом узел управления тарельчатым клапаном вы- положении и предохранения рабочей нижполнен в виде бросового эластичного за- ней поверхности съемногооедла2 и запорпорного органа и ограничителя его ного органа 3 от гидроабразивного перемещения, при этом ограничитель вы- 10 воздействия бурового раствора в процессе полнен в виде патрубка с двумя параллель-, бурения и промывки скважины. Цанговый ными осевыми каналами, верхний торец зажим 5, расположенный в нижней части одного из которых имеет седло под запор- канала съемного седле 2, служит для предный орган, а верхний торец другого выпМ- отвращения перемещения подвижной втулнен наклонным в сторону первого; причем 15 ки 4 вверх при спуске бурильной колонны в втулка размещена своим верхним концом в скважину. Зкастичный шар 9 обладает выканале седла, а нижним- в кольцевой поло- аокой стойкостью к гидроабразивному возстис возможностьюограничвнного переМе- действию бурового раствора и служит для щения вверх, а запорный орган имеет . запирания канала подвижной втулки 4 при диаметр, больший проходного отверстия 20 возникновении обратного йотокэ бурового втулки..: раствора и смещения подвижной. втулки 4

Таким образом, достигаетса повыше- вверх до упора 6. ние чувствительности работы клапана неза-. Рабочее отверстие 11: в.ограничителе 8 висимо от величины перепада давления служитдля циркуляции бурового раствора в между наружным и внутренним давлением 25 процессе бурения и промывки скважин, а . в бурильной колонне, возможность устаиов- также для пропуске бросовых шаров, управки клапана непосредственно над долотОм; ляющих работой колонкбвых снарядов. самозаполнение спускаемой бурильной ко- Вспомогательное отверстие 12 служит лонны при спуске в скважину до забоя неза- для подвода бурового раствора при его обвисимо от наличия промежуточнйх 30 ратном движении под эластичный шар 9 с

1 промывокскважины,посколькуэластичный . целью выталкивания его из..кармана 13 в шар доставляется в клапан после спуска осевой канал корпуса 1. бурильной колонны до забоя. -: Воронка 10 ограничителя 8 служит для

На фиг, 1 изображен обратный клапан скатывания эластичного шара 9 в карман 13 для бурильной колонны, разрез; на фиг. 2 — 35 после продавливания шара 9 через канал сечение А-А на фиг. 1;, подвижной втулки 4 в процессе бурения и

Обратный клапан для бурильной колон- промывки скважины. ны состоит из корпуса 1, внутри:которого . Клапан работает следующим образом. расположены съемное клапанное седло 2 с. Перед спуском в скважину бурильный подпружиненным запорным органом 3 и по- 4О инструментустанавливаютнаддолотом, задвижная втулка 4, концентрично. располо- бойным двигателем или над колонковым женная в канале седла 2, и перекрывает снарядом (фиг. 1), но без эластичного шара запорный орган 3. Для ограничителя осево- 9. При этом подвижная втулка 4 находится в. го перемещения подвижной втулки 4 в кана- крайнем, нижнем положении и отжимает ле съемного седла 2 в нижней части 45 подпружиненный запорный орган 3 к внут-. расположен цанговый зажим 5, а в верхней . ренней стенке корпуса 1 клапана, При спучасти -упор 6. Корпус 1 соединен с перевод- ске бурильной колонны в скважину буровой .ником 7, внутри которого расположен огра- рэствор поступает через отверстие долота, ничитель 8 для эластичного шара 9. Диаметр отверстия 11 и 12 в ограничитель 8, осевой . эластичного шара 9 больше диаметра кана- 50 канал корпуса 1, подвижной втулки 4 и сьемлаподвижнойвтулки4(навеличину5-10Я,). ного седла 2 клапана в канал бурильной

Верхняя часть ограничителя 8 выполнена в колонны. Цэнговый зажим 5 препятствует виде воронки 10 с углом наклона 45О и глу- смещению подвижной втулки 4 вверх в ребинойна15-207.большедиаметраэаастич- зультате вибрации бурильной колонны и ного шара 9. На поперечной оси 55 воздействия перепада давления, действуюограничителя 8 выполнены рабочее отвер- щего на подвижную втулку 4 при поступлестие 11 диаметром 08-0,90 диаметра шара нии бурового раствора.

9 и вспомогательное отверстие 12 диамет- После проведения промежуточных прором 6,65-0,70 диаметра шара 9. В верхней мывок скважины. бурильный инструмент части ограничителя 8 по оси вспомогатель- спускают до забоя скважины, после чего в

1714090 последнюю бурильную трубу вводится эластичный вар 9, наворачивается воздушная труба и осуществляется циркуляция бурового раствора, Увлекаемый потоком бурового раствора 5 эластичный аар 9 движется в канале бурильной колонны вниз до посадки в канал подвижной втулки 4, возникающее при этом избыточйое давление деформирует эластичный шар и протаскивает через канал. по- 10 движной втулки 4 в ограничитель В.

Взаимодействуя с воронкой 10 ограничителя 8, элэстичнйй шар 9 попадает в карман

13. Циркуляция бурового раствора осуществляется через рабочее отверстие 11 в огра- 15 ничитель 8.

В случае проявления пластового флюи. да из скважины буровой раствор поступает в бурильную колонйу снизу, при этом возникающий поток жидкОсти через вспомогэ- 20 тельное отверстие 12 в. ограничителе 8 подхватывает эластичный шар 9 до посадки его а канал подвижной втулки,4.

Создаваемый перепад давления обеспечивает проталкивание подвижной втулки 25

4 через цаиговый зажйм 5 вверх до упора 6, после чего эластичный шзр S продавливэется через канал подвижной втулки 4 в канал бурильной колонны. Возникающий .при этом поток бурового раствора прижимает 30 освобожденный запорный оргэм 3 к сьемно. му седлу 2. в результате чего клапан перекрывает канал бурильной колонны.

Для открытия клапана и восстановления циркуляции бурового раствора создают 35 избыточное дэвление внутри бурильной колонны, превышающее перепад давления . под,клапаном, При этом запорный орган 3 отжимэется потоком бурового раствора от сьемного седла 2, э эластичный аэр 9, узле- 40 каемый потоком, садится в канал подвижной втулки 4 и перемещает ее в крайнее нижнее положение, после чего еар 9 про. давливается и садится в карман 13 ограничителя 8., 45

Данную конструкцию обратного клапана можно применять в качеств цемеитировочного обратного клапана ля обсадных колони при изготовлении деталей клепана из легкоразбуриваемых матерйалов, напри- 8Î мер чугун, дюралюминий и т.й.

Таким образом, при использовании прбдл8г8емого клапана прОисхОдит самоз8полнение бурильной колонны буровым раствором при спуске до забоя скважины независимо от проведения промежуточных

npoMQso» скважины.,появляется воэможность установки клапана непосредственно над долотом, повышается чувствительность срабатывания клапана нэ закрытие, для чего достаточным является возникновение обратного пер6токэ бурового pacf aopa, отпадает необходимость герметизировать затрубное йространство превентером и ожидать возникновения необходимого перепада давления.

Кроме того, в клапане нет необходимости очистки деталей клапана от бурового растворе, упрощается конструкция за счет сокращения числа подвижных деталей, следовательно, и снижение стоимости готового иэделия, повышается механическая прочность клапана за счет.отсутствия радиальных каналов в корпусе.

Формула йэобретения

Обратный клапан для бурильной колонны. включающий корпус с осевым каналом. установленное в нем сьемное седло с образованием кольцевой полости под ним, пОдпружйненный тарельчатый клапан, размещенный в кольцевой полости, и узел управления тарельчзтым клапаном в виде втулки, установленной с возможностью осевого перемещения, отл ича ющ и и ся тем, что, с целью упрощения конструкции и повыаения эффективности работы, узел управления тарельчатым клапаном выполнен в аиде бросового эластичного запорного органа и ограничителя eio перемещения, при этом ограничитель выполнен в виде патрубка с двумя параллельными осевыми каналами, верхний торец одного иэ которых имеет

СЕДЛО ПОД ЗЭНОРНЫй ОРГаи, 8 ВЕРХНИЙ ТОР6Ц другого выполнен наклонным всторону перaего, причем:втулка размещена своим верхним к1 нцом в канале седла, а нижним — в кельцевой полости с возможностью ограниченного йеремвщеиия вверх, а запорный ор гэи имевт диаметр, больаий проходного отверстия втулки.

1714090

Заказ 669 Тираж: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

Редактор Н.Гунько

Составитель Е.Ягодина .

Техред М.Моргентаи Корректор И.Мускэ