ПЕРЕЛИВНОЙ-ОБРАТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2009 года по МПК E21B4/00 E21B34/06 

Изобретение относится к области бурения нефтегазодобывающих и геологоразведовательных скважин и может быть использовано при бурении с использованием винтовых забойных двигателей.

Известный переливной-обратный клапан (авт. св. SU №1797293, МКИ Е21В 4/00), который содержит полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, выполненный как полый фланец с вертикальными отверстиями, расположенными вокруг осевой полости, внутри корпуса плунжера и возле его нижнего торца расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружинен соосным упругим элементом, выполненный как шток, который содержит тарелку с вертикальными отверстиями, расположенными вокруг осевой полости. Тарелка выполнена с возможностью взаимодействия с верхним седлом на нижней части корпуса плунжера и нижним седлом на ступенчатой втулке, расположенной в выточке корпуса клапана. Полость возле верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с отверстиями корпуса плунжера, кольцевым отверстием между тарелкой и нижним седлом и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с отверстиями корпуса плунжера, кольцевым отверстием между тарелкой и верхним седлом, вертикальными отверстиями тарелки и полостью возле нижнего переводника. Упругий элемент выполнен внутри плунжера. Клапан содержит элемент с внутренней поверхностью, выполненный с переменным диаметром.

Совпадают с существенными признаками известного переливного-обратного клапана полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, внутри которого расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружиненный соосным упругим элементом. Полость возле верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с отверстиями плунжера и полостью возле нижнего переводника. Ступенчатая втулка расположена в выточке корпуса клапана. Клапан содержит элемент с внутренней поверхностью, выполненной с переменным диаметром.

При использовании известного переливного-обратного клапана из-за существенного отклонения пропускных отверстий гидравлического потока от прямолинейности и, как следствие, прохождения через них промывочной жидкости с чрезмерной турбулентностью, образуется чрезмерное гидравлическое сопротивление промывочной жидкости.

Известный переливной-обратный клапан (авт. св. SU №898028, МКВ Е21В 4/00, 34/00), выбранный за прототип, который содержит полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, внутри которого расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружиненный соосным упругим элементом. Полость верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с верхними радиальными отверстиями плунжера, отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с нижними радиальными отверстиями плунжера и полостью нижнего переводника. Корпус плунжера содержит верхнее седло с вертикальными отверстиями, расположенными вокруг вертикальной оси корпуса плунжера и выполненными с возможностью их перекрытия тарелкой, связанной с верхней частью корпуса плунжера и связанной с гайкой, которая навинчена на эту часть корпуса. Корпус плунжера содержит нижнее седло, выполненное с возможностью его перекрытия внешним кольцевым выступом низа плунжера. Содержит ступенчатую втулку, расположенную в виточке корпуса клапана. Упругий элемент расположен между корпусом плунжера и плунжером.

Совпадают с существенными признаками известного переливного-обратного клапана полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, внутри которого расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружиненный соосным упругим элементом. Полость верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с верхними радиальными отверстиями плунжера, отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с нижними радиальными отверстиями плунжера и полостью нижнего переводника. Ступенчатая втулка расположена в выточке корпуса клапана.

Недостаток прототипа такой, как у предыдущего аналога.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования переливного-обратного клапана, в котором путем конструктивных изменений уменьшают отклонения пропускных отверстий гидравлического потока от прямолинейности и за счет этого уменьшают турбулентность прохождения через них промывочной жидкости и уменьшают чрезмерное гидравлическое сопротивление промывочной жидкости.

Эта задача решается тем, что в переливном-обратном клапане, который содержит полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, внутри которого расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружиненным соосным упругим элементом, полость верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с верхними радиальными отверстиями плунжера, отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с нижними радиальными отверстиями плунжера и полостью нижнего переводника, ступенчатую втулку, расположенную в выточке корпуса клапана, согласно изобретению корпус плунжера расположен в выточке корпуса клапана над втулкой, плунжер выполнен сложенным из верхней и нижней части, которые связаны между собой элементами связи, которые выполнены с созданием между ними нижних радиальных отверстий плунжера, внутренняя поверхность втулки выполнена с круговой выточкой с плавным и/или многоступенчатым увеличением диаметра от верха к низу и расположена на уровне нижних радиальных отверстий плунжера в нижнем его положении, упругий элемент и плунжер расположены разнесенными вдоль общей оси.

Кроме того, элементы связи частей плунжера выполнены как периодически расположенные зубцы, близкие к прямоугольной форме, связаны с осевым стержневым выступом дна полости плунжера, торец которого выполнен конусоподобным.

Кроме того, втулка выполнена из твердого спеченного сплава, например вольфрамокобальтового сплава ВК-8.

Совокупность приведенных основных признаков переливного-обратного клапана обеспечивает улучшение условий прохождения промывочной жидкости, уменьшение гидравлического сопротивления в сравнительно выпрямленных каналах и, как дополнительный положительный эффект, дает возможность увеличить пропускную способность клапана для прохождения промывочной жидкости при одинаковых внешних диаметрах известного и предложенного клапанов.

На фиг.1 изображен схематично общий вид переливного-обратного клапана, на фиг.2 - его сечение в месте расположения элементов связи.

Переливной-обратный клапан содержит полый корпус клапана 1 с верхним переводником 2 и нижним переводником 3, который выполнен как продолжение корпуса клапана 1. Внутри корпуса клапана 1 расположены корпус плунжера 4 и полый плунжер, который выполнен составленным из верхней части 5 плунжера и нижней части 6 плунжера. Радиальные отверстия 7 корпуса клапана 1, радиальные отверстия 8 корпуса плунжера и верхние радиальные отверстия 9 плунжера выполнены с возможностью их гидравлической связи в верхнем положении плунжера, которое отвечает разгруженному состоянию пружины 10, связанной с выступом на нижней части корпуса клапана 1. На входе радиальных отверстий 7 корпуса клапана установлены фильтры 11. Верхние радиальные отверстия 9 связаны между собой круговой проточкой 12. Число верхних радиальных отверстий 9 плунжера может быть увеличено сравнительно с числом других связанных с ними отверстий. Периодически расположенные прямоугольные зубцы 13 торца части 5 плунжера связаны шпильками 14 с осевым стержневым выступом 15 части 6 плунжера, выполненной с конусным торцом, который является элементом заглушки плунжера. При этом между зубцами 13 образованы вторые радиальные отверстия 16 плунжера с возможностью их гидравлической связи с полостью корпуса клапана 1 возле нижнего переводника 3 в нижнем положении плунжера, которое соответствует нагруженному состоянию пружины 10, которая связана с опорной втулкой 17. Втулка 18 выполнена с круговой выточкой с плавным увеличением диаметра от верха к низу и расположена на уровне нижних радиальных отверстий 16 плунжера в нижнем его положении. Втулка 18 выполнена из вольфрамокобальтового сплава ВК-8. Уплотняющие кольца обозначены позициями 19, 20 и 21. Пружина 10 и плунжер расположены разнесенными вдоль общей оси, при этом пружину 10, как вариант, располагают над связанным с нею плунжером.

Переливной-обратный клапан работает таким образом.

Верхним переводником 2 и нижним переводником 3 переливной-обратный клапан соединяют с компоновкой бурильного инструмента между винтовым забойным двигателем и бурильными трубами, которые на фигурах не показаны. При опускании переливного-обратного клапана в скважину пружина 10 находится в разгруженном состоянии, плунжер - в верхнем своем положении. Через радиальные отверстия 7 корпуса клапана радиальные отверстия 8 корпуса плунжера и первые радиальные отверстия 9 плунжера промывочная жидкость перетекает из затрубного пространства в полость корпуса клапана 1 возле верхнего переводника 2 и бурильные трубы. Поток промывочной жидкости через круговую проточку 12 компенсирует несовпадение осей первых радиальных отверстий 9 с осями радиальных отверстий 7 и радиальных отверстий 8. Фильтры 11 и корпус плунжера 4, который перекрывает вторые радиальные отверстия 16 плунжера, предотвращают попадание частиц шлама в винтовой забойный двигатель.

С целью промывания скважины или осуществления бурения промывочную жидкость подают в бурильные трубы и под ее напором перемещают плунжер с верхнего положения в нижнее. Верхняя часть 5 плунжера и нижняя часть 6 плунжера благодаря соединению прямоугольных зубцов 13, шпилек 14 с выступом 15 двигаются как одно целое. Нагружают пружину 10 до осуществления контакта опорной втулки 17 с выступом на нижней части корпуса клапана 1. При этом промывочную жидкость направляют конусным торцом стержневого выступа 15 в нижние радиальные отверстия 16 плунжера, которая по мере увеличения гидравлического контакта с полостью, сформированной с помощью втулки 18, постепенно вводит винтовой забойный двигатель в рабочий режим, не вызывая гидравлического удара. В варианте установления втулки 18 с круговою выточкой с многоступенчатым увеличением диаметра от верха к низу указанный гидравлический контакт изменяется во времени, что вызывает колебания, которые способствуют лучшему очищению рабочих элементов винтового забойного двигателя от мелких частиц шлама, если такое засорение частично происходит. Уплотняющее кольцо 19 предотвращает перетекание промывочной жидкости в месте расположения пружины 10.

Перед проведением подъемной операции подачу промывочной жидкости останавливают и пружиной 10 перемещают плунжер из нижнего положения в верхнее. Уплотняющие кольца 20 и 21 уплотняют зазоры в смежных элементах конструкции и выполняют определенную амортизирующую функцию. В зависимости от свойств горных пород из набора втулок 18 устанавливают наиболее эффективную за формой или материалом втулки.

Предложенный переливной-обратный клапан имеет повышенную пропускную способность для прохождения промывочной жидкости, сравнительно с прототипом - в 1,1-1,4 раза для разных диаметров компоновки бурильного инструмента, что способствует улучшению его эксплуатационных характеристик, увеличению ресурса. Использование такого клапана технологически более удобно по сравнению с использованием отдельных переливного и обратного клапана, которые соединены в компоновке. Переливной-обратный клапан предотвращает осложнения и возникновение аварийных ситуаций как при осуществлении спуско-подъемных операций, так и при эксплуатации винтового забойного двигателя.

Переливной-обратный клапан относится к области бурения нефтегазодобывающих и геологоразведовательных скважин и может быть использован при бурении с винтовым забойным двигателем. Технический результат - улучшение условий прохождения промывочной жидкости, уменьшение гидравлического сопротивления в выпрямленных каналах. Содержит корпус клапана с переводниками, внутри которого расположены корпус плунжера и подпружиненный полый плунжер, который заглушен снизу. Плунжер содержит верхние радиальные отверстия и выполнен в составе верхней и нижней частей, которые связаны между собой элементами связи с образованием между ними нижних радиальных отверстий плунжера. Втулка с круговой выточкой расположена на уровне отверстий плунжера в нижнем его положении. Полость верхнего переводника гидравлически связана в верхнем положении плунжера с отверстиями плунжера, радиальными отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, в нижнем положении плунжера - с нижними его радиальными отверстиями и полостью нижнего переводника. Втулка выполнена из твердого спеченного сплава ВК-8. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Переливной-обратный клапан, который содержит полый корпус клапана с верхним и нижним переводниками, внутри которого расположен корпус плунжера, внутри которого расположен полый плунжер, выполненный заглушенным снизу и подпружиненный соосным упругим элементом, полость верхнего переводника выполнена с возможностью гидравлической связи в верхнем положении плунжера с верхними радиальными отверстиями плунжера, отверстиями корпуса плунжера и радиальными отверстиями корпуса клапана, возможностью гидравлической связи в нижнем положении плунжера с нижними радиальными отверстиями плунжера и полостью нижнего переводника, ступенчатую втулку, расположенную в выточке корпуса клапана, отличающийся тем, что корпус плунжера расположен в выточке корпуса клапана над втулкой, плунжер выполнен сложенным из верхней и нижней части, которые связаны между собой элементами связи, которые выполнены с созданием между ними нижних радиальных отверстий плунжера, внутренняя поверхность втулки выполнена с круговой выточкой с плавным и/или многоступенчатым увеличением диаметра от верха к низу и расположена на уровне нижних радиальных отверстий плунжера в нижнем его положении, упругий элемент и плунжер расположены разнесенными вдоль общей оси.

2. Переливной-обратный клапан по п.1, отличающийся тем, что элементы связи частей плунжера выполнены как периодически расположенные зубцы, близкие к прямоугольной форме, связаны с осевым стержневым выступом дна полости плунжера, торец которого выполнен конусоподобным.

3. Переливной-обратный клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что втулка выполнена из твердого спеченого сплава, например вольфрамокобальтового сплава ВК-8.
Приоритет по пунктам:

08.08.2006 по пп.1-3.