ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫЙ КЛАПАН ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2009 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к техническим средствам, применяемым в процессе бурения ствола скважины с ее одновременным обсаживанием обсадной колонны, которая наращивается по мере углубления ствола и не извлекается из скважины для смены долота.

Известен обратный клапан для обсадных колонн [1], применяемый при традиционной технологии строительства скважины - когда в начале бурится ствол скважины, а затем после извлечения породоразрушающего инструмента производится крепление стенок скважины обсадными трубами с последующим цементированием пространства между стенкой скважины и спущенными обсадными трубами.

Клапан, состоящий из наружного корпуса, посадочного седла для запорного элемента, монтируется в нижней части обсадной колонны. Опорная торцевая поверхность в верхней части клапана выполняет функцию "стоп-кольца" для остановки цементировочной разделительной пробки.

При способе бурения на обсадной колонне с помощью вставного инструмента, закрепляемого в нижней части обсадной колонны - башмаке обсадной колонны (БОК) во время бурения и извлекаемого для замены износившегося раздвижного породоразрушающего инструмента, необходимо иметь равнопроходной внутренний канал для транспортирования вставного инструмента. Наличие жестко связанного с обсадными трубам обратного клапана с элементами, перекрывающими внутреннее проходное сечение во время бурения скважины с применением обсадной колонны, неприемлемо.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является цементировочный клапан обсадной колонны, в переводнике которой, выполненном с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, размещен корпус клапана, в центральном канале которого смонтирован обратный клапан, расположенные между корпусом клапана и внутренней поверхностью переводника уплотнения, сигнализатор фиксации корпуса клапана в переводнике и запирающий элемент, установленный с возможностью взаимодействия с кольцевой канавкой переводника [2].

Недостатком этого цементировочного клапана является степень контакта запирающего элемента устройства с внутренней поверхностью обсадной колонны во время транспортировки. Запирающий элемент устройства, состоящий из наружной пружинной разрезной обечайки со смонтированными внутри нее вкладышами, располагается в кольцевой проточке корпуса. Во время транспортировки запирающий элемент находится в утопленном положении, но наружная поверхность запирающего элемента под действием сил упругости обечайки находится в постоянном контакте со стенками обсадной колонны по всей поверхности.

Своей нижней торцевой поверхностью обечайка имеет возможность упора в стык соединений элементов обсадной колонны. В результате упора возможен рост давления промывочной жидкости и освобождение (срезание) сигнализатора фиксации-заглушки, находящейся в центральном канале. После этого дальнейшее транспортирование клапана до места фиксации невозможно.

Кроме того, недостатком упомянутого цементировочного клапана является нестабильная величина сигнала, получаемая во время среза защемленных краев сигнализатора фиксации (заглушки) в момент фиксации клапана в переводнике обсадной колонны.

Задачей изобретения является повышение надежности цементировочного клапана обсадной колонны в работе.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в снижении сил трения цементировочного клапана с обсадной колонной при его транспортировании внутри обсадной колонны и получение четкого сигнала при фиксации клапана в переводнике обсадной колонны.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в цементировочном клапане обсадной колонны, в переводнике которой, выполненном с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, размещен корпус клапана, в центральном канале которого смонтирован обратный клапан, расположенные между корпусом клапана и внутренней поверхностью переводника уплотнения, сигнализатор фиксации корпуса клапана в переводнике и запирающий элемент, установленный с возможностью взаимодействия с кольцевой канавкой переводника, в части корпуса клапана, размещенной под обратным клапаном выполнены цилиндрические гнезда для размещения в них с возможностью радиального перемещения запирающих элементов, выполненных в виде подпружиненных фиксаторов со сферической головкой, причем обратный клапан выполнен в виде подпружиненного наконечника с плунжером, а сигнализатор фиксации корпуса - в виде диафрагмы, связанной с плунжером, в нижней части которого выполнена шейка с возможностью ее разрыва.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря наличию в части корпуса клапана, размещенной под обратным клапаном, цилиндрических гнезд для размещения в них с возможностью радиального перемещения запирающих элементов, выполненных в виде подпружиненных фиксаторов со сферической головкой, удается во время транспортирования снизить силы трения за счет точечного контакта фиксаторов с обсадной колонной и предотвратить застревание корпуса клапана на уступах внутренней поверхности обсадной колонны, имеющихся в местах сочленения труб.

Наличие обратного клапана, выполненного в виде подпружиненного наконечника с плунжером, сигнализатора фиксации корпуса в виде диафрагмы, связанной с плунжером, в нижней части которого выполнена шейка с возможностью ее разрыва, обеспечивает получение четкого сигнала фиксации корпуса клапана в переводнике по конкретной величине перепада давления, необходимого для разрыва шейки в плунжере.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими изображениями.

На фиг.1 изображен продольный разрез цементировочного клапана осадной колонны.

На фиг.2 изображен продольный разрез внутренней части цементировочного клапана в положении осуществления ее транспортировки внутри обсадной колонны.

На фиг.3 изображен продольный разрез цементировочного клапана в запертом положении в переводнике обсадной колонны и срабатывании сигнализатора фиксации корпуса клапана.

На фиг.4 - поперечное сечение А-А фиг.3 по фиксаторам.

На фиг.5 - вид Б фиг.2.

На фиг.6 изображен продольный разрез цементировочного клапана в положении закрытия обратного клапана в виде подпружиненного наконечника с плунжером для предотвращения обратного течения цементного раствора.

Цементировочный клапан обсадной колонны состоит из переводника 1 обсадной колонны 2; на внутренней поверхности переводника выполнена кольцевая канавка 3. Внутри переводника 1 размещен корпус клапана 4 с центральным промывочным каналом 5, в котором смонтирован обратный клапан в виде наконечника 6 с плунжером 7, опирающегося на пружину 8. Наконечник плунжера контактирует с седлом 9, размещенным в корпусе. Место контакта уплотняется манжетой 10. Плунжер 7 клапана центрируется в плите 12, имеющей отверстия 13 и зажатой между верхней 15 и нижней 16 частью корпуса 4. В нижней части плунжера 7 расположена жестко связанная с ним диафрагма 17 с уплотнениями 18 и 19 по наружному и внутреннему диаметрам. В нижней части плунжера выполнена шейка 20. На наружной поверхности нижней части 16 корпуса 4 имеются цилиндрические гнезда 21, в которых смонтированы фиксаторы 22 с пружинами 23. Головка фиксатора выполнена сферической формы. Фиксатор в гнезде стопорится винтом 24. В верхней части 15 корпуса 4 смонтированы уплотнения 25, разделенные фигурными проставками 26, 27 и кольцевыми упорами 28. Уплотнения зафиксированы на наружной поверхности корпуса с помощью гайки 29 и стопорной шайбы 30. В верхней части центрального канала 5 выполнена расточка, образующая уступ 31 для взаимодействия с рычагами грузозахватного инструмента (овершота). В торце нижней части 16 корпуса 4 выполнены пазы 32. В муфте переводника 1, как по всей обсадной колонне между муфтами и ниппелями труб, устанавливается проставочное кольцо 33.

Все детали размещенной внутри переводника 1 сборки обратного клапана изготавливаются из разбуриваемых с помощью долота материалов: алюминиевого сплава, кремнемарганцевой бронзы, резины.

Цементировочный клапан обсадной колонны работает следующим образом.

Предусмотрен метод бурения скважины с использованием обсадной колонны в качестве бурильной. Бурение ствола скважины осуществляется с помощью извлекаемого вставного инструмента, закрепленного в нижней части обсадной колонны - башмаке обсадной колонны (БОК) и извлекаемого на поверхность для замены породоразрушающего инструмента (раздвижного долота, раздвижного расширителя и т.д.). Во время бурения обсадная колонна постоянно находится в скважине. Обсадная колонна должна иметь равнопроходное внутреннее сечение с определенным внутренним диаметром.

Ввиду того, что перекрытие внутреннего канала обсадной колонны недопустимо, цементировочный клапан обсадной колонны 2 во время бурения представлен переводником 1 с внутренней кольцевой канавкой 3, который монтируется в обсадную колонну на расстоянии 10-20 м от нижнего торца башмака. Размер (ширина) внутренней кольцевой канавки выбирается таким образом, чтобы не препятствовать спуску-подьему извлекаемого вставного инструмента, а расположение по высоте относительно забоя скважины исключает накопление в канавке шламового материала.

При достижении проектного забоя скважины вставной инструмент извлекается на поверхность, а цементировочный обратный клапан заводится в обсадную колонну 2 с утопленными в гнезда 21 корпуса клапана 4 фиксаторами 22.

Транспортирование обратного клапана внутри обсадной колонны осуществляется с помощью прокачивания промывочной жидкости (фиг.2) при закрытом диафрагмой 17 центральном канале 5 корпуса клапана 4. При движении клапан соприкасается со стенкой обсадной колонны резиновыми уплотнениями 25 и точками сферических головок подпружиненных фиксаторов 22. В результате этого силы трения от соприкосновения наружных деталей клапана с внутренней поверхностью обсадной колонны незначительны. Установленные в сочленениях обсадных труб проставочные кольца 33 делают внутренний тракт непрерывным, а выполнение головки фиксатора 22 сферической формы позволяет преодолевать уступы (из-за несоосности труб, разброса величин внутреннего диаметра труб и т.д.) в местах сочленения труб.

Момент соединения корпуса клапана 4 с переводником 1 обсадной колонны 2 путем захождения фиксаторов 22 в кольцевую канавку 3 фиксируется по росту давления и его сбросу после разрыва шейки 20 плунжера 7 и освобождению обратного клапана от диафрагмы 17 (фиг.3)

После посадки корпуса клапана возможна проверка его положения путем захвата за уступ 31 корпуса клапана рычагами овершота, спущенного на канате.

Наличие усилия натяжения каната и его определенная длина свидетельствуют о фиксации корпуса клапана в обсадной колонне.

Производится цементирование затрубного пространства скважины. Верхний торец корпуса клапана выполняет функцию кольца "стоп" для остановки цементировочной разделительной пробки. В момент посадки пробки на ней рвется мембрана и цементный раствор через открытый обратный клапан поступает в затрубное пространство. После выключения насосов наконечник 6 под воздействием пружины 8 и давления столба цементного раствора перемещается вверх и садится в седло 9 с манжетой 10, препятствуя перетоку цементного раствора из заколонного пространства во внутреннюю область обсадной колонны (фиг.6). Цементный раствор заполняет внутреннее и наружное пространство корпуса клапана до уплотнения, кольцевую канавку 3 между фиксаторами 22 (фиг.4), а также пазы 32 (фиг.5) нижней торцевой части 16 корпуса клапана 4. После окончательного затвердения цементного раствора корпус клапана с обратным клапаном и уплотнениями разбуриваются. Затвердевший цементный раствор в вышеуказанных местах создает сопротивление крутящему моменту при разбуривании.

Использование предлагаемого технического решения при бурении скважины с одновременным спуском обсадной колонны позволит повысить надежность транспортирования корпуса цементировочного обратного клапана в обсадной колонне, его посадки с получением четкого сигнала о фиксации рабочего положения.

Источники информации

1. А.И.Булатов, А.Г.Аветисов. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, 1985 г., т.1, стр.326 рис.2.02.

2. United States Patent Application Pub. No.: US 2004/0060700 A1 от 01.04.2004 г., авт. Vert J.W., Angman P.G. "Method for drilling and casing a wellbore with a pump down cement float".

Изобретение относится к техническим средствам, применяемым в процессе бурения ствола скважины с его одновременным обсаживанием обсадной колонной, а именно к технологической оснастке обсадных колонн. Предложен цементировочный клапан обсадной колонны, в переводнике 1 которой, выполненном с кольцевой канавкой 3 на внутренней поверхности, размещен корпус 4 клапана, в центральном канале 5 которого смонтирован обратный клапан, расположенные между корпусом клапана и внутренней поверхностью переводника уплотнения 25 и 28, сигнализатор фиксации 17 корпуса клапана в переводнике и запирающий элемент, установленный с возможностью взаимодействия с кольцевой канавкой 3 переводника. В части корпуса клапана, размещенной под обратным клапаном, выполнены цилиндрические гнезда 21 для размещения в них с возможностью радиального перемещения запирающих элементов, выполненных в виде подпружиненных фиксаторов 22 со сферической головкой. Обратный клапан выполнен в виде подпружиненного наконечника 6 с плунжером 7, а сигнализатор фиксации корпуса - в виде диафрагмы 17, связанной с плунжером 7, в нижней части которого выполнена шейка 20 с возможностью ее разрыва. Обеспечивает снижение сил трения и предотвращение заклинивания при транспортировании цементировочного обратного клапана внутри обсадной колонны, а также получение четкого сигнала о фиксации клапана в переводнике обсадной колонны. 6 ил.

Цементировочный клапан обсадной колонны, в переводнике которой выполненном с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, размещен корпус клапана, в центральном канале которого смонтирован обратный клапан, расположенные между корпусом клапана и внутренней поверхностью переводника уплотнения, сигнализатор фиксации корпуса клапана в переводнике и запирающий элемент, установленный с возможностью взаимодействия с кольцевой канавкой переводника, отличающийся тем, что в части корпуса клапана, размещенной под обратным клапаном, выполнены цилиндрические гнезда для размещения в них с возможностью радиального перемещения запирающих элементов, выполненных в виде подпружиненных фиксаторов со сферической головкой, причем обратный клапан выполнен в виде подпружиненного наконечника с плунжером, а сигнализатор фиксации корпуса - в виде диафрагмы, связанной с плунжером, в нижней части которого выполнена шейка с возможностью ее разрыва.