ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2019 года по МПК E21B34/14 E21B21/10 

Изобретение относится к циркуляционным клапанам бурильной колонны, позволяющим многократно переключать поток текучей среды - бурового раствора, включающего кольматационные материалы, из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубное, минуя все элементы компоновки низа бурильной колонны, находящиеся ниже клапана.

Известен скважинный инструмент для циркуляции текучей среды в стволе скважины, содержащий трубчатый корпус с внешними отверстиями, поршень, установленный с возможностью скольжения внутри корпуса, внутреннее расходное отверстие, проходящее через корпус и поршень, через которое проходит первичная траектория движения текучей среды, при этом поршень имеет первое положение, в котором внешние отверстия выполнены перекрываемыми от первичной траектории движения текучей среды, и второе положение, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды и открываются внешние отверстия для обхода указанной траектории между внутренним расходным отверстием и кольцевым зазором ствола скважины, и делительный механизм, установленный между корпусом и поршнем для направления поршня между первым и вторым положениями (US 8844634 В2, 30.09.2014).

В известном скважинном инструменте поршень установлен с возможностью перемещения между первым и вторым положениями неограниченное число раз за один цикл опускания в скважину, делительный механизм содержит шлицевую втулку и поворотное делительное кольцо, шлицевая втулка закреплена в корпусе, содержит скошенные выступы и внутренние шлицы, выполненные с возможностью захода поочередно в расположенные на поворотном делительном кольце длинные и короткие пазы.

Известный скважинный инструмент включает сердечник, установленный в поршне, имеющий верхний конец, расположенный под верхним концом поршня, снабженным седлом для шарика и входным отверстием, в первом положении, включает шарик, установленный на седле с возможностью блокирования первичной траектории движения текучей среды и создания вторичной внутренней траектории движения текучей среды через внутреннее отверстие, при этом внутреннее отверстие расположено под верхним концом сердечника во втором положении для перекрытия внутренней траектории движения текучей среды и открытия внешних отверстий для обходной траектории движения текучей среды.

Циркуляционный переводник 105 выполнен с возможностью нахождения в различных положениях, в которых обеспечивается проход текучей среды по одной из траекторий.

В первом положении текучая среда проходит по траектории 130 от верхнего переводника 110 через циркуляционный переводник 105, расходное отверстие 135 к нижнему переводнику 120 и другим элементам, которые могут располагаться спереди по ходу скважины от нижнего переводника 120.

Когда циркуляционный переводник 105 находится во втором положении, текучая среда проходит по траектории 130 в верхнем переводнике 110 вокруг шарика 245 и через отверстия 260, и в конце возвращается в проходное отверстие 135 и вновь попадает на траекторию 130 к нижнему переводнику 120.

В еще одном положении, когда циркуляционный переводник 105 находится в третьем положении, текучая среда отклоняется от траектории 130 через траекторию 132 движения в циркуляционном переводнике 105 к кольцевому зазору 145 ствола скважины, расположенному между участком 100 бурильной колонны и окружающей породой 147.

После попадания в кольцевой зазор 145 ствола скважины текучая среда возвращается на поверхность в обход нижнего переводника 120 и других элементов, которые могут располагаться спереди по ходу скважины от нижнего переводника 120.

Делительный механизм 165 обеспечивает перемещение циркуляционного переводника 105 между этими различными положениями.

Как изображено на фиг. 9, шарик 245 блокирует проход потока бурового раствора через впускное отверстие 257 клапанного поршня 170.

Смещенный вниз клапанный поршень 170 перекрывает внешние отверстия 140 и прерывает связь текучей средой между траекторией 130 движения текучей среды и кольцевым зазором 145 ствола скважины.

Таким образом, буровой раствор обтекает шарик 245 и проходит через отверстия 260 на внутреннем диаметре (см. также фиг. 4) в клапанный поршень 170, определяя вторичный внутренний поток.

После прохождения через отверстия 260 внутреннего диаметра буровой раствор проходит через расходное отверстие 135 циркуляционного переводника 105 к нижнему переводнику 120 и элементам, которые могут располагаться в скважине ниже нижнего переводника 120.

При нахождении циркуляционного переводника 105 в проходном положении, обеспечивается прохождение бурового раствора от верхнего переводника 110 через инструмент 105 к нижнему переводнику 120.

Недостатком известного скважинного инструмента является неадекватное переключение делительного механизма, установленного между корпусом и поршнем для направления поршня между первым, вторым или промежуточными положениями, при этом оператору трудно определить истинное расположение частей поршня в корпусе, при котором указанный поршень имеет второе положение, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды и открываются внешние отверстия для обхода указанной траектории между внутренним расходным отверстием и кольцевым зазором ствола скважины, или третье положение, при котором циркуляционный переводник может выборочно переводиться в проходное положение или в перепускное положение за счет прерывания и возобновления расхода бурового раствора, или четвертое положение, при котором изменяется второе или третье положение при достижении заданного расхода бурового раствора, или пятое положение, при котором изменяется второе или третье положение за счет достижения требуемого перепада давления бурового раствора.

Другим недостатком известного скважинного инструмента является то, что привод поршня клапана и делительного механизма осуществляется за счет создания повышенного давления бурового раствора на устье скважины для передачи требуемого перепада давления на глубине установки циркуляционного клапана в компоновке низа бурильной колонны.

Создание требуемого перепада давления осуществляется установкой в проточном канале поршня дополнительного гидравлического сопротивления, например, канала с критическим сечением, при этом на выходе из канала скорость потока увеличивается, давление падает, образуется зона пониженного давления, создается перепад давления на поршне, однако это вызывает потери гидравлической мощности, тем самым ограничиваются гидравлические возможности в данной скважине ввиду увеличенной требуемой мощности для циркуляции бурового раствора через скважинный инструмент, при этом на малых расходах бурового раствора, перепада давления на поршне недостаточно для создания необходимого усилия для его перемещения и переключения.

Вследствие того, что делительный механизм, установленный между корпусом и поршнем для направления поршня между первым и вторым положениями, меняет свое положение при достижении заданного расхода бурового раствора, не исключаются ложные срабатывания поршня, снабженного седлом для шарика и входным отверстием, в первом положении, включающем шарик, установленный на седле с возможностью блокировки первичной траектории движения текучей среды и создания вторичной внутренней траектории движения текучей среды через внутреннее отверстие.

Другим недостатком известной конструкции является сложность определения оператором расположения делительного механизма и циркуляционных отверстий в альтернативном варианте, когда циркуляционный переводник 105 находится во втором или проходном положении, текучая среда проходит по траектории 130 в верхнем переводнике 110 вокруг шарика 245 и через отверстия 260, и в конце возвращается в проходное отверстие 135 и вновь попадает на траекторию 130 к нижнему переводнику 120 и другим нижним элементам, а также в еще одном возможном положении, когда циркуляционный переводник 105 находится в перепускном положении, при котором текучая среда отклоняется от траектории 130 через траекторию 132 движения в циркуляционном переводнике 105 к кольцевому зазору 145 ствола скважины, расположенному между участком 100 бурильной колонны и окружающей породой 147.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности, что объясняется гидроабразивным размывом отверстий циркуляционных портов, а также смещенного вниз клапанного поршня 170, который перекрывает внешние отверстия 140 и прерывает связь текучей средой между траекторией 130 движения текучей среды и кольцевым зазором 145 ствола скважины при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, например, буровых растворов с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в которых в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм.

Известно устройство, позволяющее контролировать скважины в процессе бурения, состоящее из трубчатого корпуса, который устанавливается внутрь бурильной колонны, смещаемой втулки, расположенной внутри и перемещаемой по отношению к указанному трубчатому корпусу, пружины, удерживающей указанную втулку в первом положении внутри трубчатого корпуса, отверстия в указанной втулке для прохождения через него потока жидкости, первого шара, который устанавливается в указанное отверстие для перекрытия отверстия и препятствования проходу жидкости через указанное отверстие для смещения втулки внутри трубчатого корпуса, при этом указанный шар является деформируемым под воздействием повышающегося давления жидкости для того, чтобы его можно было протолкнуть через указанное отверстие наружу (US 5499687 А, 19.03.1996).

Известное устройство содержит расширяемый пакер и средства для расширения пакера, когда шар расположен внутри указанного отверстия.

Известное устройство содержит второй шар, отвод в указанном трубчатом корпусе для прохода жидкости через него, указанный второй шар для уплотнения указанного отвода для создания достаточного давления для деформирования его и проталкивания через указанное отверстие.

Известное устройство содержит шароуловитель, предусмотренный для захвата первого шара после того, как он проталкивается через указанное отверстие, и устроенный таким образом, чтобы позволять проход жидкости через него.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности, что объясняется гидроабразивным износом и высокой вероятностью прихвата смещаемой втулки, расположенной внутри трубчатого корпуса и перемещаемой по отношению к указанному трубчатому корпусу, при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, например, при использовании буровых растворов с карбонатным утяжелителем - фракционированной мраморной крошкой (р=1,8 г/см³) или при использовании буровых растворов с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в которых в качестве утяжелителя используют барит или сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм.

Известно циркуляционное устройство для установки в составе бурильной колонны, которое может переключаться между неактивным режимом, при котором оно не препятствует потоку жидкости по бурильной колонне в ходе нормального процесса бурения, и активным режимом, когда необходимо прервать процесс бурения, состоящее из наружного корпуса, втулки, смещающейся по оси внутри корпуса, посадочного седла, соединенного с втулкой, необходимого для приема активирующего шара, когда шар приводится в движение потоком бурового раствора по направлению от поверхности к нижней части бурильной колонны, упомянутое посадочное седло смещает втулку по оси и приводит к переводу инструмента в активный режим циркуляции, и циркуляционного порта в корпусе, который закрыт втулкой, когда инструмент находится в неактивном режиме, и открыт и обеспечивает сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда инструмент в активном режиме, указанный циркуляционный порт расположен выше по потоку от посадочного седла, таким образом, чтобы позволить запирающему шару, который запускается после того, как активирующий шар попадает в посадочное седло, частично блокировать циркуляционный порт, что приводит к вымыванию выбуренной породы из буровой колонны потоком промывочной жидкости через порт (US 7347288 В2, 25.03.2008).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности, что объясняется гидроабразивным размывом и высокой вероятностью прихвата смещаемой втулки, расположенной внутри трубчатого корпуса и перемещаемой по отношению к указанному трубчатому корпусу, а также высокой активностью кавитационных процессов потока бурового раствора через отверстия циркуляционных портов, что приводит к скоротечному износу циркуляционных портов и нестабильному закрытию клапана при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, например, при использовании буровых растворов с карбонатным утяжелителем - фракционированной мраморной крошкой (р=1,8 г/см³) или при использовании буровых растворов с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в которых в качестве утяжелителя используют барит или сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм.

Кольматант - твердое вещество, используемое для закупоривания пор породы на стенках скважины. Размер фракции кольматационных материалов не должен превышать 1/3 внутреннего диаметра циркуляционного порта. Содержание кольматанта в буровом растворе определяется возможностью поглощения жидкости в скважине. Применение кольматантов необходимо для утяжеления бурового раствора, которым заполняют стенки скважины, чтобы выровнять внутреннее давление.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является циркуляционный клапан бурильной колонны, содержащий трубчатый корпус, золотниковую втулку, расположенную внутри корпуса, седло, расположенное в центральном канале золотниковой втулки, направляющее кольцо, расположенное во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу, через внутренние полости корпуса, направляющего кольца, седла и золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, а также содержащий два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, а также содержащий сбрасываемый активационный шар, выполненный с возможностью деформации и прохождения через седло при движении текучей среды по бурильной колонне, а также содержащий два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды через указанные циркуляционные порты, а также содержащий скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло, а также содержащий гильзу, расположенную внутри трубчатого корпуса, золотниковая втулка выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена собственными наружными уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты расположены ниже по потоку от седла, собственные наружные уплотнения золотниковой втулки расположены по разные стороны относительно циркуляционных портов, а в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, верхний по потоку край золотниковой втулки расположен ниже по потоку от циркуляционных портов, при этом гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями, каждый циркуляционный порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем, гильза зафиксирована каждым сквозным боковым отверстием относительно края направленного внутрь циркуляционного порта, а внутренний профиль входной части расходных отверстий циркуляционных портов выполнен конфузорным в направлении наружной поверхности трубчатого корпуса (RU 2599120 С1, 10.10.2016).

В известной конструкции выходная часть гильзы выполнена с упорным буртом, контактирующим в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты, с торцом золотниковой втулки, с возможностью сообщения в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой, полости, в которой размещена пружина, образованной внутренним диаметром гильзы, наружным диаметром хвостовика золотниковой втулки, собственным наружным уплотнением золотниковой втулки и упорным буртом выходной части гильзы, с внутренней полостью трубчатого корпуса.

В известной конструкции внутренний профиль направляющего кольца выполнен конфузорным в направлении входной части золотниковой втулки, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой, образующая конфузорной поверхности направляющего кольца расположена над внутренней поверхностью входной части золотниковой втулки.

В известной конструкции внутренний профиль выходной части трубчатого корпуса выполнен диффузорным в направлении устройства для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло золотниковой втулки.

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности вследствие высокой активности кавитационных процессов потока гидроабразивной среды, что объясняется гидроабразивным размывом верхнего по потоку уплотнения - манжеты из эластомера в золотниковой втулке, находящейся в потоке, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, с расходом 25÷27 л/сек, при перемещении золотниковой гильзы с уплотнениями из эластомера через расходные отверстия циркуляционных портов, по существу, объясняется разрушением уплотнительных кромок переднего по потоку уплотнения (манжеты) при ее перемещении через расходные отверстия циркуляционных портов.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения ресурса и надежности, что объясняется гидроабразивным размывом верхнего по потоку уплотнения - манжеты из эластомера в золотниковой втулке, находящейся в потоке текучей среды при закачке кольматационных материалов в зоны поглощения бурового раствора, например, бурового раствора с карбонатным утяжелителем фракционированной мраморной крошкой (р=1,8 г/см³ ) или при использовании бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³ ), в которых в качестве утяжелителя используют барит или сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, а также при промывке бурильной колонны после закачки кольматационных материалов в зоны поглощения бурового раствора.

Это объясняется тем, что посадка сбрасываемого активационного шара в седло золотниковой втулки выполняется плавно, при этом время перемещения золотниковой втулки с уплотнениями из эластомера от начала ее движения до полного открытия расходных отверстий циркуляционных портов составляет, например, 10÷12 сек.

Операция плавной посадки сбрасываемого активационного шара необходима при работе циркуляционного клапана в скважине, что предотвращает возможность продавливания активационного шара под действием давления столба текучей среды - бурового раствора в скважине при достижении контакта активационного шара с седлом золотниковой втулки.

Полученная начальная величина расхода текучей среды, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа составляет 5÷7 л/сек, с последующим плавным увеличением расхода текучей среды, например, до 10÷12 л/сек, была рекомендована для эксплуатации известного циркуляционного клапана.

Недостатки известной конструкции объясняются тем, что кромки переднего по потоку уплотнения из эластомера в золотниковой втулке, расположенные против расходных отверстий циркуляционных портов, "затягиваются" (эжектируется) в расходные отверстия циркуляционных портов потоком текучей среды в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты частично открыты золотниковой втулкой, а через внутренние полости корпуса, направляющего кольца, седла и золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, например, при сбросе в скважину пачек кольматационных материалов и прокачке буровых растворов с карбонатным утяжелителем - фракционированной мраморной крошкой (р=1,8 г/см³) или при использовании буровых растворов с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в которых в качестве утяжелителя используют барит или сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, с расходом текучей среды 5÷7 л/сек, с последующим плавным увеличением расхода текучей среды, например, до 10÷12 л/сек, вследствие этого кромки уплотнения (манжеты) разрушаются потоком текучей среды через расходные отверстия циркуляционных портов клапана.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение ресурса и надежности циркуляционного клапана бурильной колонны при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, за счет предотвращения гидроабразивного размыва верхнего по потоку уплотнения - манжеты из эластомера в золотниковой втулке путем выполнения золотниковой втулки с увеличенной длиной ее входной цилиндрической части, расположенной между контактирующим с внутренней поверхностью гильзы ее верхним по потоку уплотнением и верхним по потоку торцом золотниковой втулки, а также за счет расположения уплотнений золотниковой втулки, каждого, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки.

Сущность технического решения заключается в том, что в циркуляционном клапане бурильной колонны, содержащем трубчатый корпус, золотниковую втулку, размещенную внутри корпуса и имеющую седло, выполненное в центральном канале золотниковой втулки, направляющее кольцо, установленное во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу, через внутренние полости корпуса и седла золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, а также содержащем два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, а также содержащем сбрасываемый активационный шар, выполненный с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, а также содержащем два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды через указанные циркуляционные порты, а также содержащем скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло золотниковой втулки, а также содержащем гильзу, расположенную внутри трубчатого корпуса, золотниковая втулка выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты расположены ниже по потоку от седла, а уплотнения золотниковой втулки расположены по разные стороны относительно циркуляционных портов, при этом в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, верхний по потоку край золотниковой втулки расположен ниже по потоку от циркуляционных портов, при этом гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями, каждый циркуляционный порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем, а гильза зафиксирована каждым сквозным боковым отверстием относительно края направленного внутрь циркуляционного порта, согласно изобретению золотниковая втулка выполнена с увеличенной длиной ее входной цилиндрической части, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением, контактирующим с внутренней поверхностью гильзы, и верхним по потоку торцом золотниковой втулки, при этом минимальная длина упомянутой входной цилиндрической части золотниковой втулки, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением и верхним по потоку торцом, равна расстоянию между уплотнениями золотниковой втулки, расположенными по разные стороны относительно циркуляционных портов в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, а при достижении контакта с седлом золотниковой втулки сбрасываемого активационного шара, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, золотниковая втулка выполнена с возможностью перемещения вместе с активационным шаром, сжимая пружину, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки уплотнения золотниковой втулки, контактирующие с внутренней поверхностью гильзы, расположены, каждое, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов.

В неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой, через внутренние полости корпуса, направляющего кольца, седла и золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, при этом в указанном режиме осуществляется бурение скважины винтовым героторным гидравлическим двигателем.

В активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты, через входную часть корпуса циркуляционного клапана и циркуляционных портов осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора, содержащего кольматационные материалы, например, при использовании бурового раствора с карбонатным утяжелителем - фракционированной мраморной крошкой (р=1,8 г/см³) или бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм.

Выполнение циркуляционного клапана бурильной колонны таким образом, что золотниковая втулка в нем выполнена с увеличенной длиной ее входной цилиндрической части, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением, контактирующим с внутренней поверхностью гильзы, и верхним по потоку торцом золотниковой втулки, при этом минимальная длина упомянутой входной цилиндрической части золотниковой втулки, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением и верхним по потоку торцом, равна расстоянию между уплотнениями золотниковой втулки, расположенными по разные стороны относительно циркуляционных портов в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, а при достижении контакта с седлом золотниковой втулки сбрасываемого активационного шара, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, золотниковая втулка выполнена с возможностью перемещения вместе с активационным шаром, сжимая пружину, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки уплотнения золотниковой втулки, контактирующие с внутренней поверхностью гильзы, расположены, каждое, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов, обеспечивает повышение ресурса и надежности циркуляционного клапана бурильной колонны при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, путем предотвращения гидроабразивного размыва верхнего по потоку уплотнения - манжеты из эластомера в золотниковой втулке за счет расположения уплотнений золотниковой втулки, каждого, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки.

Такое выполнение циркуляционного клапана позволяет многократно переключать поток бурового раствора, включающего кольматационные материалы, из внутреннего пространства бурильной колонны в затрубное, минуя все элементы компоновки низа бурильной колонны, находящиеся ниже клапана, посредством сбрасываемого активационного шара, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло, расположенное в центральном канале золотниковой втулки, при движении потока бурового раствора по бурильной колонне, а также при помощи двух сбрасываемых друг за другом запирающих шаров, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока бурового раствора через циркуляционные порты, без выполнения спуско-подъемных операций бурильной колонны.

Циркуляционный клапан бурильной колонны может быть применен в следующих случаях:

- для закачки всех типов кольматационных материалов в зоны поглощения бурового раствора.

- для улучшения очистки ствола скважины путем увеличения расхода бурового раствора, в частности - при бурении горизонтальных скважин и скважин с большим отходом забоя от вертикали.

- для восстановления параметров буровых растворов.

Ниже представлен циркуляционный клапан КЦ-120РС.801, предназначенный для бурильной колонны с героторным винтовым гидравлическим двигателем ДРУ3-120РС.800.

На фиг. 1 изображен циркуляционный клапан в неактивном режиме, осуществляется насосная подача бурового раствора через бурильную колонну.

На фиг. 2 изображен циркуляционный клапан в режиме плавной посадки активационного шара в седло золотниковой втулки. Время перемещения золотниковой втулки от начала ее движения до полного открытия расходных отверстий циркуляционных портов составляет 10÷12 сек.

На фиг. 3 изображен циркуляционный клапан в активном режиме, сбрасываемый активационный шар перекрыл седло золотниковой втулки, осуществляется перепуск бурового раствора, содержащего кольматационные материалы, через отверстия циркуляционных портов в затрубное пространство.

На фиг. 4 изображен циркуляционный клапан, два запирающих шара блокируют поток бурового раствора через отверстия циркуляционных портов.

На фиг. 5 изображен циркуляционный клапан в неактивном режиме, два запирающих шара продавили активационный шар и движутся в устройство для улавливания шаров.

На фиг. 6 изображен разрез А-А на фиг. 3 поперек отверстий циркуляционных портов и боковых отверстий гильзы, размещенной в корпусе.

На фиг. 7 изображен разрез Б-Б на фиг. 3 поперек входной части устройства для улавливания шаров, прошедших через седло золотниковой втулки.

На фиг. 8 изображен элемент I на фиг. 1 внутреннего профиля направляющего кольца, выполненного конфузорным в направлении седла золотниковой втулки.

Циркуляционный клапан содержит трубчатый корпус 1 с внутренней резьбой 2 на краю 3, предназначенный для соединения с низом верхней части бурильной колонны (не показанной), а также с наружной резьбой 4 на краю 5 для соединения с резьбовым переводником 6, предназначенным для соединения резьбой 7, выполненной на краю 8 указанного резьбового переводника 6, с верхом нижней части бурильной колонны (не показанной), а также содержит золотниковую втулку 9, расположенную внутри корпуса 1, седло 10, выполненное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, направляющее кольцо 12, расположенное во входной части 13 корпуса 1, пружину 14, прижимающую золотниковую втулку 9 к направляющему кольцу 12, изображено на фиг. 1.

В неактивном режиме через внутренние полости корпуса 1, направляющего кольца 12, седла 10 и золотниковой втулки 9 осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, при этом в указанном режиме осуществляют бурение скважины винтовым героторным гидравлическим двигателем (не показанным), изображено на фиг. 1.

Циркуляционный клапан содержит два закрепленных в корпусе циркуляционных порта 16 и 17 с расходными отверстиями, соответственно 18 и 19, изображено на фиг. 1, 5.

Циркуляционные порты 16 и 17 закрыты золотниковой втулкой 9 в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, изображено на фиг. 1.

Циркуляционные порты 16 и 17 открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством 20 бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, изображено на фиг. 3, 6.

Циркуляционный клапан содержит сбрасываемый в бурильную колонну активационный шар 21, выполненный, например, из резины ИРП-1226-5 (ТУ 2512-215-00149245-96), с возможностью деформации и прохождения через седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9 при движении текучей среды 15 по бурильной колонне, а также содержит два запирающих шара 22, 23 одинакового диаметра, сбрасываемых в бурильную колонну друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами 16, 17 для блокирования потока 15 текучей среды через указанные циркуляционные порты 16, 17, изображено на фиг. 2, 3, 4.

Циркуляционный клапан содержит скрепленный резьбой 4 с корпусом 1 резьбовой переводник 6 с размещенным внутри него устройством 24 для улавливания шаров 21, 22, 23, прошедших через седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4.

Циркуляционный клапан содержит гильзу 25, расположенную внутри трубчатого корпуса 1, снабженную наружными уплотнениями 26, 27, контактирующими с внутренней поверхностью 28 корпуса 1, золотниковая втулка 9 выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы 25 и снабжена наружными уплотнениями: 29 (верхним по потоку) и 30 (нижним по потоку), контактирующими с внутренней поверхностью 31 гильзы 25, при этом седло 10 расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, выполнено в виде единой детали с золотниковой втулкой 9, изображено на фиг. 1, 2, 3, 4, 8.

В неактивном режиме, при котором циркуляционные порты 16, 17 закрыты золотниковой втулкой 9 и осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты 16, 17 расположены ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15 от седла 10, при этом наружные уплотнения 29, 30 золотниковой втулки 9 расположены по разные стороны, по существу, выше и ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15 относительно циркуляционных портов 16, 17, изображено на фиг. 1.

В активном режиме через верхнюю часть бурильной колонны и упомянутый циркуляционный клапан осуществляется насосная подача текучей среды -бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31, например, при использовании бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, изображено на фиг. 3, 6.

В активном режиме при котором циркуляционные порты 16, 17 открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством 20 бурильной колонны, верхний по потоку край (торец) 32 золотниковой втулки 9 расположен ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15, содержащего указанные кольматационные материалы 31, при этом активационный шар 21 перекрывает седло 10 золотниковой втулки 9, вследствие этого снижается активность кавитационных процессов потока бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31, что предотвращает гидроабразивный размыв и прихват золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 3, 6.

Гильза 25 выполнена со сквозными боковыми отверстиями 33 и 34, каждый циркуляционный порт 16 и 17 выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности 28 корпуса 1 краем 35 и 36, при этом гильза 25 зафиксирована в окружном и продольном направлении каждым сквозным боковым отверстием 33 и 34 относительно соответствующего края 35 и 36 направленного внутрь циркуляционного порта, соответственно 16 и 17, а внутренний профиль 37 и 38 входной части, соответственно 39 и 40 расходных отверстий 18 и 19 циркуляционных портов 16 и 17 выполнен конфузорным в направлении наружной поверхности 41 трубчатого корпуса 1, по существу, в направлении затрубного пространства 42 и стенки 43 скважины, изображено на фиг. 3, 6.

Кроме того, на фиг. 6 изображено: поз. 44 - слой кольматации; поз. 45 - пластовая гидравлическая среда.

Внутри трубчатого корпуса 1 установлена упорная втулка 46 из твердого сплава (карбида вольфрама), задний торец 47 золотниковой втулки 9 расположен на расстоянии 48 от торца 49 упорной втулки 46 с возможностью сообщения полости 50, в которой размещена пружина 14, образованной нижним по потоку 15 наружным уплотнением 30 золотниковой втулки 9, внутренним диаметром 31 гильзы 25, наружным диаметром 51 хвостовика золотниковой втулки 9 и торцом 52 гильзы 25, с внутренней полостью 20 корпуса 1, через которую осуществляется насосная подача текучей среды, например, полимер-глинистого бурового раствора 45 плотностью 2,2-г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении, преимущественно 25÷30 МПа, изображено на фиг. 1, 2, 3, 8.

Такое размещение пружины 14 в полости 50 уменьшает шламование полости 50, в которой размещена пружина 14, потоком текучей среды, например, полимер-глинистого бурового раствора 15 плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении, преимущественно 25÷30 МПа, изображено на фиг. 1, 2, 3, 8.

В активном режиме, при котором при котором циркуляционные порты 16 и 17 открыты, а через бурильную колонну осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31, например, при использовании бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, торец 47 золотниковой втулки 9 прижат к упорному торцу 49 упорной втулки 46, при этом пружина 14 изолирована от воздействия потока текучей среды - бурового раствора 15, изображено на фиг. 3.

Устройство 24 для улавливания шаров 21, 22, 23, прошедших через седло 10 и центральный канал 11 золотниковой втулки 9, содержит фильтрующую трубу 53 с щелевыми каналами 54, входную втулку 55 и выходную втулку 56, фильтрующая труба 53 соединена резьбой 57 с входной втулкой 55, а также соединена резьбой 58 с выходной втулкой 56, при этом входная втулка 55 выполнена с четырьмя направленными наружу ребрами 59 и телескопически соединена торцами 60 указанных ребер 59 с внутренним центрирующим поясом 61 внутри резьбового переводника 6, изображено на фиг. 1, 2, 3, 7.

На фиг. 5 изображен циркуляционный- клапан в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты 16, 17 закрыты золотниковой втулкой 9 и осуществляется насосная подача текучей среды - бурового раствора 15: два запирающих шара 22 и 23 под действием гидростатического давления 25÷30 МПа потока текучей среды 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, продавили сбрасываемый активационный шар 21, выполненный из резины ИРП-1226-5, с возможностью деформации и прохождения через седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9 и движутся с потоком бурового раствора 15 в устройство 24 для улавливания шаров, при этом в устройстве 24 для улавливания шаров 21, 22, 23 может размещаться 5 активационных шаров 21, 5 запирающих шаров 22 и 5 запирающих шаров 23.

Золотниковая втулка 9 выполнена с увеличенной длиной 62 ее входной цилиндрической части 63, расположенной между ее верхним по потоку 15 уплотнением 29, контактирующим с внутренней поверхностью 31 гильзы 25, и верхним по потоку торцом 32 золотниковой втулки 9, при этом минимальная длина 62 упомянутой входной цилиндрической части 63 золотниковой втулки 9, расположенной между ее верхним по потоку 15 уплотнением 29 и верхним по потоку 15 торцом 32, равна расстоянию 64 между уплотнениями 29 и 30, соответственно, золотниковой втулки 9, расположенными по разные стороны относительно циркуляционных портов 16 и 17 в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты 16 и 17 закрыты золотниковой втулкой 9 и осуществляется насосная подача текучей среды 15 по бурильной колонне, изображено на фиг. 1, 2, 3, 8.

При достижении контакта с седлом 10 золотниковой втулки 9 сбрасываемого активационного шара 21, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло 10 золотниковой втулки 9 при движении текучей среды 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора песка c размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, по бурильной колонне, а также в режиме сброса в скважину кольматационных материалов, например, при использовании бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, золотниковая втулка 9 выполнена с возможностью перемещения вместе с активационным шаром 21, сжимая пружину 14, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов 16 и 17 увеличенной длиной 62 входной цилиндрической части 63 золотниковой втулки 9 уплотнения золотниковой втулки 29 и 30, контактирующие с внутренней поверхностью 31 гильзы 25, расположены, каждое, ниже по потоку текучей среды 15 от расходных отверстий циркуляционных портов 16 и 17, изображено на фиг. 2, 3, 8.

Циркуляционный клапан КЦ-120РС.801, предназначенный для бурильной колонны с героторным винтовым гидравлическим двигателем ДРУ3-120РС.800, используют для закачки всех типов кольматационных материалов в зоны поглощения бурового раствора.

Циркуляционный клапан соединяют внутренней резьбой 2 трубчатого корпуса 1 с низом верхней части бурильной колонны (не показанной), а наружной резьбой 7, выполненной на краю 8 резьбового переводника 6, соединяют с верхом нижней части компоновки низа бурильной колонны (КНБК), включающей винтовой героторный гидравлический двигатель (не показанный), применяемой при бурении нефтяной скважины.

Буровым насосом, например, УНБ-600, через колонну бурильных труб осуществляют насосную подачу текучей среды, например, полимер-глинистого бурового раствора 15, плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении, преимущественно 25÷30 МПа, при этом указанный буровой раствор прокачивается через фильтр бурильной колонны.

Циркуляционные порты 16 и 17 при этом закрыты золотниковой втулкой 9 в неактивном режиме, изображено на фиг. 1.

В указанном режиме осуществляют бурение скважины героторным винтовым гидравлическим двигателем ДРУ3-120РС.800, скрепленным с долотом.

Основным рабочим элементом циркуляционного клапана является золотниковая втулка 9, которая выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы 25 и снабжена собственными наружными уплотнениями 29, 30, контактирующими с внутренней поверхностью 31 гильзы 25, при этом седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, выполнено в виде единой детали с золотниковой втулкой 9, изображено на фиг. 1.

В неактивном режиме, при котором циркуляционные порты 16, 17 закрыты золотниковой втулкой 9, осуществляют насосную подачу текучей среды - бурового раствора 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, по бурильной колонне, при этом указанные циркуляционные порты 16, 17 расположены ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15 от седла 10, а наружные уплотнения 29, 30 золотниковой втулки 9 расположены по разные стороны, по существу, выше и ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15 относительно циркуляционных портов 16, 17, изображено на фиг. 1.

Останавливают насос и устанавливают бурильную колонну в клинья.

При остановке бурового насоса золотниковая втулка 9 под действием пружины 14 прижата до упора в торец направляющего кольца 12, размещенного во входной части 13 корпуса 1, циркуляционные порты 16, 17 закрыты, при этом предотвращается обратный переток бурового раствора 15 из затрубного пространства 42 скважины в полость 20 бурильной колонны.

Для активации циркуляционного клапана разъединяют бурильную колонну и бросают в бурильные трубы активационный шар 21, выполненный из резины ИРП-1226-5, далее соединяют бурильную колонну и прокачивают активационный шар 21 расчетным объемом бурового раствора 15 (без кольматационных материалов 31), изображено на фиг. 2.

Когда активационный шар 21 садится в седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, золотниковая втулка 9 под действием избыточного трубного давления, например, 25÷30 МПа, сжимает пружину 14 и сдвигается вниз по потоку бурового раствора 15, при этом циркуляционные порты 16 и 17 открываются, циркуляционный клапан находится в активном режиме, производится перепуск бурового раствора 15 через отверстия циркуляционных портов 16 и 17, изображено на фиг. 3, 6.

Посадка сбрасываемого активационного шара 21 в седло 10 золотниковой втулки 9 выполняется плавно, при этом время перемещения золотниковой втулки 9 с уплотнениями 29, 30 из эластомера от начала ее движения до полного открытия расходных отверстий 18, 19 циркуляционных портов, соответственно 16, 17 составляет, например, 10÷12 сек.

Операция плавной посадки сбрасываемого активационного шара 21 в седло 10 золотниковой втулки 9 необходима при работе циркуляционного клапана в скважине, что предотвращает возможность продавливания активационного шара 21 под действием давления столба текучей среды - бурового раствора в скважине при достижении контакта активационного шара 21 с седлом 10 золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 3, 6.

Полученная начальная величина расхода текучей среды 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа составляет 5÷7 л/сек, с последующим плавным увеличением расхода текучей среды, например, до 10÷12 л/сек.

Далее осуществляют насосную подачу бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31 (кольматационную пачку), например, бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), при этом размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, а объем кольматационной пачки на 10÷15% превышает внутренний объем бурильной колонны, в затрубное пространство 42 скважины без остановок, при этом расход бурового раствора, содержащего кольматационные материалы 31, составляет 45 л/сек, изображено на фиг. 3, 6.

Режим работы бурового насоса, например, УНБ-600, обеспечивает не менее величины заданного расхода бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31, что предотвращает гидроабразивный размыв циркуляционных портов 16 и 17 (при меньшем расходе бурового раствора 15 циркуляционные порты открываются частично).

Во время выполнения указанной технологической операции через активированный циркуляционный клапан вращают и "расхаживают" бурильную колонну, циркуляция происходит через циркуляционные порты 16 и 17, минуя все элементы компоновки низа бурильной колонны, находящиеся ниже по потоку от клапана, изображено на фиг. 3, 6.

В активном режиме, при котором циркуляционные порты 16, 17 открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством 20 бурильной колонны, верхний по потоку край 32 золотниковой втулки 9 расположен ниже по потоку текучей среды - бурового раствора 15, содержащего указанные кольматационные материалы 31, при этом активационный шар 21 перекрывает седло 10 золотниковой втулки 9, вследствие этого снижается активность кавитационных процессов потока бурового раствора 15, содержащего кольматационные материалы 31, что предотвращает гидроабразивный размыв золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 2, 3, 8.

При достижении контакта с седлом 10 золотниковой втулки 9 сбрасываемого активационного шара 21, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло 10 золотниковой втулки 9 при движении текучей среды 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, по бурильной колонне, а также в режиме сброса в скважину кольматационных материалов, например, при использовании бурового раствора с пониженным содержанием твердой фазы (р=2,2 г/см³), в котором в качестве утяжелителя используют сидерит (карбонат железа), а размер фракции кольматационных материалов составляет 3÷5 мм, золотниковая втулка 9 перемещается вместе с активационным шаром 21, сжимая пружину 14, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов 16 и 17 увеличенной длиной 62 входной цилиндрической части 63 золотниковой втулки 9 уплотнения золотниковой втулки 29 и 30, контактирующие с внутренней поверхностью 31 гильзы 25, расположены, каждое, ниже по потоку текучей среды 15 от расходных отверстий циркуляционных портов 16 и 17, изображено на фиг. 2, 3, 8.

Такое выполнение циркуляционного клапана обеспечивает повышение ресурса и надежности циркуляционного клапана бурильной колонны при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, за счет предотвращения гидроабразивного размыва верхнего по потоку текучей среды 15 уплотнения 29 (манжеты из эластомера) в золотниковой втулке 9 за счет расположения уплотнений 29, 30 золотниковой втулки 9, каждого, ниже по потоку текучей среды 15 от расходных отверстий 18, 19 циркуляционных портов 16, 17 в положении перекрытия расходных отверстий 18, 19 циркуляционных портов 16, 17 увеличенной длиной 62 входной цилиндрической части 63 золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 2, 3, 8.

Далее осуществляют промывку бурильной колонны от указанных кольматационных материалов 31 при помощи насосной подачи бурового раствора 15, например, полимер-глинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, по бурильной колонне через открытые циркуляционные порты 16, 17, что необходимо для предотвращения попадания кольматационных материалов 31 в фильтр героторного винтового гидравлического двигателя, при этом активационный шар 21 перекрывает седло 10 золотниковой втулки 9, вследствие этого обеспечивается повышение ресурса и надежности циркуляционного клапана бурильной колонны при использовании упомянутого бурового раствора, также за счет предотвращения гидроабразивного размыва верхнего по потоку текучей среды 15 уплотнения 29 (манжеты из эластомера) в золотниковой втулке 9 за счет расположения собственных уплотнений 29, 30 золотниковой втулки 9, каждого, ниже по потоку текучей среды 15 от расходных отверстий 18, 19 циркуляционных портов 16, 17 в положении перекрытия расходных отверстий 18, 19 циркуляционных портов 16, 17 увеличенной длиной 62 входной цилиндрической части 63 золотниковой втулки 9, изображено на фиг. 2, 3, 8.

Останавливают насос и устанавливают бурильную колонну в клинья.

При остановке бурового насоса золотниковая втулка 9 под действием пружины 14 прижимается до упора в торец направляющего кольца 12, размещенного во входной части 13 корпуса 1, при этом циркуляционные порты 16, 17 закрываются, предотвращая обратный переток бурового раствора 15 из затрубного пространства 42 в полость 20 бурильной колонны.

После выполнения запланированных технологических операций, для деактивации циркуляционного клапана, разъединяют бурильную колонну и бросают в бурильные трубы два стальных шара 21 и 22 с интервалом 60÷120 сек, чтобы предотвратить их слипание и остановку в местах, где бурильные трубы намагничены, и прокачивают их расчетным объемом полимер-глинистого бурового раствора 15 плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении, преимущественно 25÷30 МПа.

Внутренний профиль 37 и 38 входной части, соответственно 39 и 40 расходных отверстий 18 и 19 циркуляционных портов 16 и 17 выполнен конфузорным в направлении наружной поверхности 41 трубчатого корпуса 1, по существу, в направлении затрубного пространства 42 и стенки 43 скважины, изображено на фиг. 3,5.

Два запирающих стальных шара 21, 22, сбрасываемых друг за другом, взаимодействуют с внутренним профилем 37 и 38 входной части, соответственно 39 и 40 расходных отверстий 18 и 19 циркуляционных портов, 16 и 17, перекрывают расходные отверстия 18 и 19 циркуляционных портов и блокируют поток текучей среды 15 через указанные циркуляционные порты 18, 19, изображено на фиг. 4.

Буровой насос продолжает работать, давление растет, происходит деактивация циркуляционного клапана, при этом активационный шар 21, выполненный из резины ИРП-1226-5, продавливается через посадочное седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9 и направляется в устройство 24 для улавливания шаров 21, а также шаров 22, 23, прошедших через седло 10, расположенное в центральном канале 11 золотниковой втулки 9, содержащее фильтрующую трубу 53 с щелевыми каналами 54, входную втулку 55 и выходную втулку 56, изображено на фиг. 5.

Золотниковая втулка 9 под действием пружины 14 прижимается к запорному кольцу 12, перекрывая расходные отверстия 18, 19 циркуляционных портов 18, 19 и возвращается в первоначальное положение, изображено на фиг. 1.

Буровым насосом через колонну бурильных труб осуществляют насосную подачу полимер-глинистого бурового раствора 15 плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1%, и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении 25÷30 МПа, в указанном режиме продолжают бурение скважины.

Изобретение повышает ресурс и надежность циркуляционного клапана в составе бурильной колонны без выполнения спуско-подъемных операций, при использовании буровых растворов, включающих кольматационные материалы, за счет расположения уплотнений золотниковой втулки ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки.

Изобретение относится к циркуляционным клапанам бурильной колонны. Клапан содержит трубчатый корпус, золотниковую втулку, размещенную внутри корпуса и имеющую седло, выполненное в центральном канале золотниковой втулки, направляющее кольцо, установленное во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу, через внутренние полости корпуса и седла золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, а также содержит два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, а также содержит сбрасываемый активационный шар, выполненный с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, а также содержит два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды через указанные циркуляционные порты, а также содержит скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло золотниковой втулки, а также содержит гильзу, расположенную внутри трубчатого корпуса, золотниковая втулка выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты расположены ниже по потоку от седла, а уплотнения золотниковой втулки расположены по разные стороны относительно циркуляционных портов, при этом в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, верхний по потоку край золотниковой втулки расположен ниже по потоку от циркуляционных портов, при этом гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями, каждый циркуляционный порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем, а гильза зафиксирована каждым сквозным боковым отверстием относительно края направленного внутрь циркуляционного порта. При этом золотниковая втулка выполнена с увеличенной длиной ее входной цилиндрической части, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением, контактирующим с внутренней поверхностью гильзы, и верхним по потоку торцом золотниковой втулки, при этом минимальная длина упомянутой входной цилиндрической части золотниковой втулки, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением и верхним по потоку торцом, равна расстоянию между уплотнениями золотниковой втулки, расположенными по разные стороны относительно циркуляционных портов в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, а при достижении контакта с седлом золотниковой втулки сбрасываемого активационного шара, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, золотниковая втулка выполнена с возможностью перемещения вместе с активационным шаром, сжимая пружину, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки уплотнения золотниковой втулки, контактирующие с внутренней поверхностью гильзы, расположены, каждое, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов. Технический результат заключается в повышении ресурса и надежности циркуляционного клапана. 8 ил.

Циркуляционный клапан бурильной колонны, содержащий трубчатый корпус, золотниковую втулку, размещенную внутри корпуса и имеющую седло, выполненное в центральном канале золотниковой втулки, направляющее кольцо, установленное во входной части корпуса, пружину, прижимающую золотниковую втулку к направляющему кольцу, через внутренние полости корпуса и седла золотниковой втулки осуществляется насосная подача текучей среды, а также содержащий два закрепленных в корпусе циркуляционных порта с расходными отверстиями, циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой в неактивном режиме, при котором осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, и открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, а также содержащий сбрасываемый активационный шар, выполненный с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, а также содержащий два запирающих шара, сбрасываемых друг за другом, взаимодействующих с циркуляционными портами для блокирования потока текучей среды через указанные циркуляционные порты, а также содержащий скрепленный с корпусом резьбовой переводник с расположенным внутри него устройством для улавливания шаров, прошедших с потоком текучей среды через седло золотниковой втулки, а также содержащий гильзу, расположенную внутри трубчатого корпуса, золотниковая втулка выполнена сплошной, размещена с возможностью продольного перемещения внутри гильзы и снабжена уплотнениями, контактирующими с внутренней поверхностью гильзы, при этом в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, указанные циркуляционные порты расположены ниже по потоку от седла, а уплотнения золотниковой втулки расположены по разные стороны относительно циркуляционных портов, при этом в активном режиме, при котором циркуляционные порты открыты и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, верхний по потоку край золотниковой втулки расположен ниже по потоку от циркуляционных портов, при этом гильза выполнена со сквозными боковыми отверстиями, каждый циркуляционный порт выполнен с выступающим внутрь от внутренней поверхности корпуса краем, а гильза зафиксирована каждым сквозным боковым отверстием относительно края направленного внутрь циркуляционного порта, отличающийся тем, что золотниковая втулка выполнена с увеличенной длиной ее входной цилиндрической части, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением, контактирующим с внутренней поверхностью гильзы, и верхним по потоку торцом золотниковой втулки, при этом минимальная длина упомянутой входной цилиндрической части золотниковой втулки, расположенной между ее верхним по потоку уплотнением и верхним по потоку торцом, равна расстоянию между уплотнениями золотниковой втулки, расположенными по разные стороны относительно циркуляционных портов в неактивном режиме, при котором циркуляционные порты закрыты золотниковой втулкой и осуществляется насосная подача текучей среды по бурильной колонне, а при достижении контакта с седлом золотниковой втулки сбрасываемого активационного шара, выполненного с возможностью деформации и прохождения через седло золотниковой втулки при движении текучей среды по бурильной колонне, золотниковая втулка выполнена с возможностью перемещения вместе с активационным шаром, сжимая пружину, таким образом, что в положении перекрытия расходных отверстий циркуляционных портов увеличенной длиной входной цилиндрической части золотниковой втулки уплотнения золотниковой втулки, контактирующие с внутренней поверхностью гильзы, расположены, каждое, ниже по потоку от расходных отверстий циркуляционных портов.