СТАЦИОНАРНЫЙ ПРОХОДНОЙ КЛАПАН-ОТСЕКАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к внутрискважинному оборудованию и может быть использовано при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в том числе в условиях депрессии на продуктивный пласт.

Известны клапаны-отсекатели [1. Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И.Бухаленко. - 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Недра, 1990, с.47. 2. Освоение и ремонт скважин под давлением. Ю.В.Зайцев, А.А.Даниелянц и др. - М.: Недра, 1982, с.108, 125], спускаемые в компоновке НКТ или устанавливаемые в НКТ в посадочных ниппелях.

Эти клапаны-отсекатели не могут быть применены в качестве стационарного проходного клапана-отсекателя при бурении скважин, т.к. имеют малый диаметр проходного отверстия и требуют специального наземного оборудования и трубку для их управления.

Известен устанавливаемый в обсадной колонне проходной клапан-отсекатель по патенту РФ №2190083, который принят за прототип.

Указанный клапан-отсекатель состоит из верхнего и нижнего клапанов-отсекателей и гидравлического полнопроходного пакера с якорными устройствами.

Оба клапана-отсекателя состоят из корпуса, в котором установлена хлопушка, седло, плунжер, пружина, распорные втулки. В седле и корпусе установлены уплотнительные элементы. Ось хлопушки, пружинный фиксатор и пружина хлопушки также установлены в седле.

На внутренней поверхности плунжера выполнена канавка под фиксатор управляющего инструмента.

Вышеописанный проходной клапан-отсекатель имеет проходное отверстие, близкое или равное проходному отверстию пакера (~60 мм) и не может быть применен для бурения скважины и спуска хвостовика диаметром более 60 мм. Это обусловлено тем, что этот клапан-отсекатель устанавливается внутри эксплуатационной колонны при помощи соединенного с ним проходного пакера.

Другим существенным недостатком является недостаточное усилие прижатия хлопушки к седлу пружиной кручения, что может привести к разгерметизации хлопушки при спуске инструмента.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности работы стационарного проходного клапана-отсекателя и обеспечение управляемого закрытия и открытия его специнструментом в составе бурильной колонны или НКТ.

Это достигается тем, что предлагаемый стационарный проходной клапан-отсекатель, включающий корпус с дифференциальным плунжером, седлом, распорной втулкой и подпружиненной хлопушкой, входит в состав эксплуатационной колонны, соединяясь с ее нижней частью. Корпус клапана-отсекателя выполнен с эксцентричной расточкой, в которой установлена эксцентричная распорная втулка, а хлопушка в положении "закрыто" прижимается к седлу несколькими пружинами растяжения. Плунжер соединен с цанговой захватной муфтой, установленной от хлопушки на расстоянии, большем, чем длина забойного двигателя, долота и специального управляющего элемента в составе компоновки низа бурильной колонны (КНБК).

На фиг.1 показан продольный разрез стационарного клапана-отсекателя в положении "Открыто".

На фиг.2 - продольный разрез стационарного клапана-отсекателя в положении "Закрыто".

Стационарный клапан-отсекатель состоит из корпуса 1, в котором размещены седло 2, распорная эксцентричная втулка 3 с осями 4 и 5, хлопушка 6, пружины 7, соединенные с рычагами 8 хлопушки 6 и осью 5 в распорной втулке 3, плунжер 9, упор 10 и пружинный фиксатор 11.

В седле, эксцентричной втулке и упоре установлены уплотнительные элементы 12 и 13.

Плунжер 9 соединен эксцентричной муфтой 14 и патрубком 15 с цанговой захватной муфтой 16, разнесенной на длину, большую, чем длина забойного двигателя, долота и специального управляющего элемента в составе КНБК.

Корпус 1 соединен переводником 17 с обсадной трубой 18 эксплуатационной колонны, в состав которой входит стационарный клапан-отсекатель.

С нижней частью эксплуатационной колонны клапан-отсекатель соединяется переводником 19.

Стационарный проходной клапан-отсекатель работает следующим образом.

При спуске эксплуатационной колонны в нужном интервале (обычно 50 м от башмака колонны) устанавливается стационарный проходной клапан-отсекатель в открытом положении (хлопушка 6 открыта).

При спуске эксплуатационной колонны в скважине в начале спускается башмак колонны и обратный клапан, затем 50...100 м труб и затем клапан-отсекатель в сборе, свинченный со спущенными обсадными трубами и затем верхняя часть колонны.

После спуска и установки эксплуатационной колонны производится цементирование затрубного пространства по принятой технологии.

Для разбуривания обратного клапана и вскрытия продуктивного пласта в скважину спускается бурильный инструмент. При этом в состав КНБК включаются обратный клапан и специальный управляющий элемент (цанговый захват), устанавливаемые над забойным двигателем. Цанговый захват необходим для управления закрытием клапана-отсекателя после заведения долота в плунжер 9 при подъеме инструмента.

После заведения захвата в патрубок 15 клапана-отсекателя в бурильный инструмент сбрасывается шар ⊘45 мм и продолжается прокачка бурового раствора.

При посадке шара на седло подвижной втулки захвата давление в бурильных трубах повышается и при повышении давления на 3...4 МПа пантовый захват срабатывает и его цанга упирается во внутреннюю поверхность патрубка 15, соединенного с плунжером 9.

Далее продолжается подъем бурильного инструмента, при этом цанга захвата попадает в карман муфты цанговой 16 и при дальнейшем подъеме инструмента плунжер 9 клапана-отсекателя перемещается в верхнее положение, освобождая подпружиненную хлопушку 6 клапана-отсекателя, плунжер 9 фиксируется в верхнем положении пружинным фиксатором 11.

При достижении крайнего верхнего положения осевая нагрузка на инструмент увеличивается на 20-30 кН сверх массы инструмента, после чего цанговая муфта 16 разжимается и освобождает цанговый захват, нагрузка резко снижается. В этот момент необходимо прекратить прокачку промывочного бурового раствора.

При этом цанговый захват возвращается в транспортное положение, а хлопушка 6 клапана-отсекателя захлопывается, что можно проконтролировать по давлению в затрубном пространстве бурильного инструмента.

После этого устье скважины разгерметизируется, и дальнейший подъем бурильного инструмента производится без давления в скважине (над клапаном-отсекателем).

После подъема КНБК необходимо отсоединить цанговый захват и удалить из него шар.

При спуске КНБК снова устанавливается цанговый захват.

Клапан-отсекатель открывается следующим образом: в момент захода долота в плунжер 9 клапана-отсекателя устье герметизируется, создается давление в затрубном пространстве с превышением давления раствора над хлопушкой 6 на 3,0-3,5 МПа.

При этом, благодаря увеличению дополнительной осевой нагрузки (от некомпенсированной площади плунжера 9), направленной вниз, плунжер 9 преодолевает сопротивление фиксатора 11 и смещается вниз, открывая хлопушку 6 и защищая ее от воздействия бурового раствора и инструмента. Клапан открыт. Благодаря такому исполнению:

1) обеспечивается значительно больший, чем в известных клапанах-отсекателях, диаметр проходного отверстия (при сохранении наружного диаметра корпуса), который достаточен для прохождения бурильного инструмента и хвостовика;

2) осуществляется управляемое закрытие клапана-отсекателя после заведения в него бурильного или иного инструмента;

3) обеспечивается безопасный спуско-подъем бурильного или иного инструмента в интервале выше клапана-отсекателя после его открытия;

4) осуществляется управляемое открытие клапана-отсекателя в момент подхода инструмента к нему;

5) обеспечивается безопасное проведение каких-либо работ в скважине в интервале выше клапана-отсекателя, в условиях депрессии на пласт, без глушения скважины;

6) увеличивается сила предварительного прижатия хлопушки к седлу, при одновременном повышении надежности работы пружин, по сравнению с пружинами кручения;

7) обеспечивается закрытие скважины на консервацию, без ее глушения.

Таким образом, цель изобретения достигнута.

Применение указанного стационарного проходного клапана-отсекателя обеспечивает безопасное проведение работ как при бурении скважин на депрессии, так и в обычном бурении и проведении ремонтных работ в скважине.

Изобретение относится к внутрискважинному оборудованию и может быть использовано при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Клапан-отсекатель включает корпус и установленные в нем дифференциальный плунжер с фиксатором и уплотнительными элементами, седло, распорную втулку и подпружиненную хлопушку на оси. Корпус выполнен с возможностью соединения его с нижней частью эксплуатационной колонны. Распорная втулка выполнена эксцентричной и установлена в эксцентричной расточке. Хлопушка снабжена несколькими пружинами растяжения. Дифференциальный плунжер соединен с цанговой захватной муфтой. Муфта выполнена с возможностью взаимодействия с цанговым захватом в составе компоновки низа бурильной колонны. Цанговый захват управляет закрытием клапана-отсекателя после заведения долота в плунжер. Муфта установлена от хлопушки на расстоянии, большем, чем длина забойного двигателя, долота и цангового захвата. Повышается надежность и безопасность работы. 2 ил.

Стационарный проходной клапан-отсекатель, включающий корпус и установленные в нем дифференциальный плунжер с фиксатором и уплотнительными элементами, седло, распорную втулку и подпружиненную хлопушку на оси, выполненную с возможностью прижатия к седлу в положении “закрыто”, отличающийся тем, что корпус выполнен с возможностью соединения его с нижней частью эксплуатационной колонны, распорная втулка выполнена эксцентричной и установлена в эксцентричной расточке, выполненной в корпусе, хлопушка снабжена несколькими пружинами растяжения, обеспечивающими возможность прижатия хлопушки к седлу в положении “закрыто”, а дифференциальный плунжер соединен с цанговой захватной муфтой, выполненной с возможностью взаимодействия с цанговым захватом, находящимся в составе компоновки низа бурильной колонны для управления закрытием клапана-отсекателя после заведения долота в плунжер при ее подъеме, при этом цанговая захватная муфта установлена от хлопушки на расстоянии, большем, чем длина забойного двигателя, долота и цангового захвата.