КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к переливным и обратным клапанам для забойных двигателей.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату при его использовании является клапанное устройство бурильной колонны, которое выполняет роль переливного и обратного клапана, включающее корпус с радиальным отверстием в нижнем переходнике и шламоуловительную втулку. Устройство снабжено стационарной упорной втулкой с радиальными отверстиями, закрепленной в верхнем переходнике, и эластичными впуск- ными клапанами, расположенными в кольцевых полостях нижнего переходника. Дополнительно клапанное устройство бурильной колонны имеет каналы для полной очистки клапана от шлама.

Недостаток прототипа сложность конструкции, которая затрудняет изготовление и использование этого клапанного устройства на практике (хотя в сложных условиях бурения на ряде площадей потребуется использование именно таких клапанных устройств).

Цель изобретения упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления, повышение надежности путем сведения к минимуму составляющих узлов в конструкции с сохранением назначенных функций.

Поставленная цель достигается тем, что клапанное устройство, включающее корпус с размещенными в нем эластичными впускными манжетами, подъемным клапаном, заполнительными каналами с клапаном, выходным каналом для гидравлической связи с низом колонны, снабжено седлом, на котором имеется цилиндрическая проточка, а шаровой клапан выполнен тарельчатым и подпружиненным.

Существенным отличием устройства является новая совокупность конструктивных элементов, выражающаяся в наличии узлов, новых в сравнении с прототипом и находящихся во взаимодействии с другими узлами.

Во-первых, предлагаемая конструкция выполнена не сборной из трех частей, как у выбранного прототипа, а монолитной, т.к. дополнительные резьбовые соединения ослабляют конструкцию.

Во-вторых, в седле клапанного устройства имеется цилиндрическая проточка, обеспечивающая бесперебойное поступление жидкости из затрубного пространства в его внутреннюю полость при возможном смещении отверстия заполнительного канала в корпусе относительно отверстия в седле, что способствует более надежной работе предлагаемого клапанного устройства.

В-третьих, шаровой клапан заменен на тарельчатый, имеющий фиксированное положение. Наличие пружины позволит создать на таральчатый клапан давление, необходимое для предотвращения преждевременного поступления шлама из затрубного пространства в нижней части ствола скважины (или у забоя скважины). Выравнивание внешнего и внутреннего может производиться за счет дополнительного долива жидкости с поверхности.

В-четвертых, при широком использовании гидроциклонов, илоотделителей в системе очистки промывочной жидкости на поверхности нет необходимости вести очистку этой жидкости еще и внутри бурильной колонны, в данном случае в клапанном устройстве. Поэтому в предлагаемом устройстве целенаправленно не используется отражатель со шламодробящими зубьями для дробления крупных частиц шлама, так как усложнение конструкции таким образом снижает ее надежность и повышает стоимость.

В-пятых, в предлагаемом изобретении изменены по сравнению с прототипом способ закрепления эластичной впускной манжеты и ее геометрическая форма. Применение широко используемых составляющих элементов упростит изготовление и сборку самого клапанного устройства с последующим внедрением на практике. Предлагается использовать дополнительную впускную эластичную манжету с целью повышения надежности этого звена в случае износа одной из них.

В-шестых, из-за ограниченных размеров шламоуловительной втулки проблема очистки внутренней поверхности клапанного устройства от шлама, поступающего из затрубного пространства, полностью не решается, поэтому с целью снижения трудоемкости изготовления втулка для улавливания шлама не включена в предлагаемую конструкцию. За счет этого отпадает необходимость нарезки шламоочистительных каналов, перекрывающихся пробками с резьбовой поверхностью.

Новая совокупность конструктивных элементов заявляемого изобретения указывает на его соответствие изобретательскому уровню.

На фиг. 1 изображено предлагаемое клапанное устройство, продольный разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.

Клапанное устройство состоит из корпуса 1, внутри которого концентрично расположены подъемный клапан 2 и втулка 3. Эластичные впускные манжеты 4 закреплены в кольцевой полости подъемным клапаном и седлом 5 клапанного устройства, имеющим в нижней части цилиндрическую проточку Б. Кольцевая полость В соединена с нижней частью бурильной колонны посредством выходного канала Г. Тарельчатый клапан 6, закрывая отверстие заполнительного канала Д, изолирует внутреннюю полость клапанного устройства от затрубного пространства. Между тарельчатым клапаном и уступом подъемного клапана установлена цилиндрическая пружина 7. Кольцевая полость и осевой канал Е соединены радиальным каналом Ж.

В процессе работы забойного двигателя поток промывочной жидкости из верхней части бурильной колонны проходит по кольцевой полости В через эластичные впускные манжеты 4, выходной канал Г в нижнюю часть бурильной колонны. Тарельчатый клапан 6, прижатый цилиндрической пружиной 7 к отверстию заполнительного канала Д, изолирует внутреннюю полость клапанного устройства от затрубного пространства.

Пpи остановке буровых насосов (спуско-подъемные операции, наращивание труб и пр.) за счет разности давления поток жидкости проходит через заполнительный канал Д, цилиндрическую проточку Б и устремляется к осевому каналу Е, заставляя тарельчатый клапан 6 сжать цилиндрическую пружину 7, образуя гидравлическую связь внутренней полости клапанного устройства с затрубным пространством, охраняя бурильную колонну от смятия или выброса из скважины.

При подъеме инструмента промывочная жидкость из внутреннего пространства движется через эластичные впускные манжеты 4 и выходные каналы Г. Тарельчатый заполнительный клапан при этом закрыт.

При спуске инструмента внутритрубное пространство заполняется промывочной жидкостью из затрубного пространства по каналу Г, поднимая заполнительный тарельчатый клапан 6.

Использование: в горном деле при бурении скважин забойными двигателями. Сущность изобретения: клапанное устройство бурильной колонны включает полый корпус, размещенный в полости корпуса впускной клапан с осевым и радиальными каналами и кольцевыми эластичными манжетами для гидравлической связи между полостями верхней и нижней частей бурильной колонны и заполнительный клапан с каналами для гидравлической связи полости бурильной колонны с затрубным пространством. Устройство снабжено закрепленным в корпусе и размещенным под эластичной манжетой седлом. Заполнительный клапан выполнен подпружиненным тарельчатым и установлен в седле, в котором выполнены выходные каналы и каналы заполнительного клапана. В корпусе выполнены радиальные каналы, полость которых сообщена с полостью каналов заполнительного клапана кольцевой проточкой на наружной поверхности седла. 2 ил.

КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ, включающее полый корпус, размещенный в полости корпуса впускной клапан с осевым и радиальными каналами и кольцевыми эластичными манжетами для гидравлической связи между полостями верхней и нижней части бурильной колонны, и заполнительный клапан с каналами для гидравлической связи полости бурильной колонны с затрубным пространством, отличающееся тем, что устройство снабжено закрепленным в корпусе и размещенным под эластичной манжетой седлом, а заполнительный клапан выполнен подпружиненным тарельчатым и установлен в седле, в котором выполнены выходные каналы и каналы заполнительного клапана, причем в корпусе выполнены радиальные каналы, полость которых сообщена с полостью каналов заполнительного клапана кольцевой проточкой на наружной поверхности седла.