ПЕРЕПУСКНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫВКИ СКВАЖИНЫ Российский патент 2022 года по МПК E21B21/10 E21B34/10 

Настоящее изобретение относится к нефтедобыче, а именно, к перепускным устройствам для промывки скважины, предназначенным для применения совместно с комплектом инструмента для вырезания окна в обсадной колонне и зарезки бокового ствола с гидравлическим якорем [E21B 21/10, E21B 34/14].

Из уровня техники известен ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН [RU 2766968 С1, опубл. 16.03.2022], содержащий корпус с соединительными переводниками, поршень, имеющий на наружной поверхности продольно выполненный несквозной паз под направляющие пальцы, симметрично расположенные относительно друг друга и неподвижно закрепленные на корпусе устройства напротив поршня с возможностью ограничения перемещения поршня в пределах паза. На наружной поверхности поворотной втулки выполнен несквозной фигурный паз под направляющие пальцы, неподвижно закрепленные на корпусе устройства. В нижней части полого штока, жестко соединенного с поворотной втулкой, выполнены радиальные промывочные отверстия с возможностью их соосного расположения с радиальными промывочными отверстиями на корпусе устройства. Клапан содержит возвратную пружину со свободно установленными сверху и снизу опорными кольцами и уплотнители. Поршень и поворотная втулка выполнены раздельными элементами. Нижняя часть поршня имеет зубчатое окончание с конусообразными зубьями для зубчатого соединения с поворотной втулкой с возможностью совместного продольно-поступательного перемещения поршня и поворотной втулки и углового перемещения поворотной втулки относительно поршня. На корпусе ниже поворотной втулки на расстоянии не менее длины L хода полого штока неподвижно закреплены уплотнительные манжеты c обеспечением гидравлического сообщения между внутритрубным и затрубным пространством и между внутритрубным пространством и центральным проходным отверстием устройства при длине 2L хода штока. Поворотная втулка снизу поджата возвратной пружиной, опорными кольцами, опирающимися на обойму с уплотнительными манжетами, и нижним соединительным переводником с центральным проходным отверстием.

Недостатком аналога является невозможность предохранения гидравлического якоря от преждевременной активации в случае отключения насоса и несвоевременного долива. Кроме того, втулка известного устройства осуществляет кроме поступательного, еще и поворотное перемещение, таким образом создание и передача крутящего момента от поршня поворотной втулке обуславливает конструктивную сложность устройства и потенциальную возможность его заклинивания при работе.

Также из уровня техники известен ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ [RU 204914 U1, опубл. 17.06.2021], содержащий трубчатый корпус с резьбами на его краях, состоящий из трех частей - резьбовой переводник, верхняя часть и нижняя части, которые соединены между собой последовательно резьбовыми элементами, причем в верхней части размещен поршень, соединенный с пружиной для возврата поршня в момент дезактивации устройства, имеющей опорное кольцо, а также установлено резиновое уплотнение для герметизации поршня и выполнены циркуляционные порты с расходными отверстиями, расположенные в корпусе между верхним и нижним герметизирующими узлами под поршнем и усиленные втулками из твердого сплава, впаянными в верхнюю часть корпуса, причем циркуляционные порты закрыты в неактивном режиме и обеспечивают сообщение с внутренним пространством бурильной колонны, когда циркуляционный клапан в активном режиме, при этом поршень со стороны резьбового переводника имеет посадочное седло под шар активации, а внутри нижней части корпуса размещено устройство для улавливания шаров активации и дезактивации, при этом в резьбовом переводнике со стороны поршня размещена защитная втулка, имеющая ограничитель ее хода в виде стопорного винта. В канавках резиновых уплотнений верхней части корпуса, в канавках внутренней поверхности опорного кольца пружины и резьбового переводника размещены опорно-защитные кольца из антифрикционного полимерного материала, контактирующие с наружной поверхностью поршня и защитной втулки, при этом внутренние диаметры верхней части корпуса, опорного кольца и резьбового переводника больше наружного диаметра поршня и защитной втулки, причем последняя соединена с пружиной, которая одним концом упирается в переводник, а другим концом - во втулку, кроме того, поршень и втулка выполнены из коррозионностойкой стали.

Недостатком аналога является необходимость использования бросовых шаров для активации и дезактивации устройства, а также необходимость производить в процессе спуска устройства в скважину долив (постоянно заполнять промывочной жидкостью внутритрубное и затрубное пространство бурильных труб), при этом невыполнение этого условия приводит к деформации профильной трубы вследствие нарушения гидродинамического равновесия давления столба жидкости во внутритрубном и затрубном пространстве.

Наиболее близким по технической сущности является ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С ВИНТОВЫМ ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ [RU 2641800 C1, опубл. 22.01.2018], содержащий корпус с резьбовым выступом в его нижней части и внутренней резьбой в верхней части, а также радиальными отверстиями в средней части. В корпусе расположен полый ступенчатый поршень, на его нижнюю ступень надета пружина, в стенке нижней ступени поршня выполнены первые радиальные отверстия, в стенке верхней ступени поршня выполнены вторые радиальные отверстия, при этом поршень имеет среднюю ступень. Между поршнем и корпусом установлена втулка, верхняя часть втулки охватывает верхнюю ступень поршня. В средней части втулки выполнен внутренний кольцевой пояс, который охватывает среднюю ступень поршня. Над кольцевым поясом в стенке втулки выполнены первые радиальные отверстия, сообщающиеся с радиальными отверстиями в корпусе и со вторыми радиальными отверстиями, выполненными в средней ступени поршня. В верхней ступени поршня выполнена коническая расточка, внутренний диаметр которой расширяется к торцу верхней ступени поршня, втулка и поршень зафиксированы в корпусе в рабочем положении гайкой, внутренняя поверхность которой выполнена конической заподлицо с конической расточкой верхней ступени поршня. Пружина имеет многослойное антикоррозионное покрытие, ее нижней конец расположен в нижней кольцевой проточке, которая выполнена в корпусе клапана.

Основной технической проблемой прототипа является невозможность проведения промывок, как прямых, так и обратных, при спуске устройства в скважину, а также необходимость при перемещении поршня и перекрытии поршнем промывочных отверстий сжатия пружины, подверженной деформации, за счет чего увеличивается время срабатывания устройства, а также возможность отказа устройства.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является предотвращение преждевременной активации гидравлического якоря от действия избыточного затрубного или внутритрубного давления в процессе спуска в скважину за счет создания условий для гидродинамического равновесия в скважине, в частности, за счет защиты от загрязнения элементов гидросистемы якоря, расположенных ниже устройства, предохранения от преждевременной активации гидравлического якоря при несвоевременном доливе, возможности осуществления обратной промывки через устройство без воздействия перепада давления на якорь, а также осуществления самозаполнения бурильной колонны при спуске.

Указанный технический результат достигается за счет того, что перепускное устройство для промывки скважины содержит полый корпус с резьбовым выступом в его нижней части и внутренней резьбой в верхней части, а также верхними и нижним радиальными отверстиями, снабженных насадками, поршень, выполненный с возможностью размещения в сквозном центральном канале корпуса, отличающееся тем, что поршень визуально содержит средний, верхний и нижний участки, причем средний участок поршня выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства посредством срезного винта, в каждом из верхнего и нижнего участков поршня с его торцов выполнены осевые продольные отверстия, сообщенные с центральным каналом радиальными перепускными отверстиями, выполненными в стенках поршня, в центральном канале корпуса напротив нижнего радиального отверстия корпуса выполнено расширение, при этом поршень выполнен с возможностью линейного перемещения между верхним положением, в котором центральный канал корпуса устройства перекрыт средним участком поршня, а нагнетание жидкости в затрубное пространство из центрального канала осуществляется через верхнее продольное отверстие, радиальные перепускные отверстия в верхнем участке поршня и верхние радиальные отверстия в корпусе устройства, в нижнее положение, ограниченное выступом в нижней части центрального канала, в котором центральный канал корпуса устройства обеспечивает прямое нагнетание жидкости через верхнее продольное отверстие, перепускные отверстия в верхнем участке поршня, расширение, перепускные отверстия в нижнем участке поршня и нижнее продольное отверстие, а верхние радиальные отверстия корпуса перекрыты верхним участком поршня, при этом в верхнем положении поршня нижнее радиальное отверстие, сообщенное с расширением обеспечивает выравнивание давления в затрубном пространстве и предотвращает преждевременную активацию гидравлического якоря.

В частности, каждый из верхнего, нижнего и центрального участков поршня содержит кольцевые канавки, выполненные с возможностью размещения в них уплотнений.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан общий вид перепускного устройства для промывки скважины в неактивированном (транспортном) положении.

На фиг. 2 показан общий вид перепускного устройства для промывки скважины в положении после активации.

На фигурах 1 - 2 обозначено: 1 – корпус перепускного устройства, 2 – сквозной центральный канал корпуса, 3 – поршень, 4 – верхний участок поршня, 5 – нижний участок поршня, 6 – центральный участок поршня, 7 – срезной винт, 8 – верхние радиальные отверстия, 9 – нижнее радиальное отверстие, 10 – насадки, 11 – верхнее продольное отверстие, 12 –радиальные перепускные отверстия, 13 – нижнее продольное отверстие, 14 – расширение, 15 – выступ, 16 – кольцевые канавки.

Осуществление изобретения

Перепускное устройство для промывки скважины содержит корпус 1 с осевым продольным сквозным центральным каналом 2, а также поршень 3, выполненный с возможностью размещения в центральном канале 2 корпуса 1.

Поршень 3 визуально содержит верхний участок 4, нижний участок 5 и центральный участок 6 поршня 3. В центральном участке 6 поршня 3 выполнено радиальное отверстие с возможностью соединения с корпусом 1 устройства посредством срезного винта 7, смонтированного через резьбовое отверстие корпуса 1 устройства.

В верхней части корпуса 1 устройства выполнены верхние радиальные отверстия 8. В преимущественном варианте осуществления изобретения указанные верхние радиальные отверстия 8 выполнены в количестве четырех, каждое из которых расположено под прямым углом относительно двух других в одной горизонтальной плоскости. Также в корпусе 1 устройства выполнено нижнее радиальное отверстие 9. В верхних радиальных отверстиях 8 размещены насадки 10 для циркуляции бурового раствора. В нижнем отверстии 9 размещена тонкостенная насадка (на фигурах не показана).

В верхнем 3 и нижнем 5 участках поршня 3 вблизи его центрального участка 6 выполнены радиальные перепускные отверстия 12, сообщенные с осевыми верхним 11 и нижним 13 продольными отверстиями, выполненными соответственно с верхнего и нижнего торцов поршня 3 до центрального участка 6.

По периметру поршня 3 в его верхнем 4 и нижнем 5 участках вдоль расположения радиальных перепускных отверстий 12 на корпусе поршня 3 выполнены кольцевые углубления (на фигурах не показаны).

В центральном канале 2 корпуса 1 в районе расположения нижнего радиального отверстия 9 выполнено расширение 14, при этом упомянутое радиальное отверстие 9 расположено по центру упомянутого расширения 14.

Для ограничения линейного хода поршня 3 центральный канал 2 в нижней части корпуса 1 снабжен выступом 15.

Каждая из верхней 4, нижней 5 и центральной 6 частей поршня 3 содержит кольцевые канавки 16 для размещения в них уплотнительных колец.

Перепускное устройство для промывки скважины работает следующим образом.

В неактивированном состоянии поршень 3 перепускного устройства для промывки скважин расположен в верхнем крайнем положении и зафиксирован срезным винтом 7.

В этом состоянии циркуляция раствора осуществляется через центральный канал 2, верхнее продольное отверстие 11 верхнего участка 4 поршня 3, радиальные перепускные отверстия 12 и верхние радиальные отверстия 8. За счет указанной циркуляции устройство позволяет проводить прямую и обратную промывку с расходом до 8 л/с без активации якоря, расположенного ниже устройства (не показан). Для выравнивания давления жидкости в затрубном пространстве с давлением в якоре с целью исключения преждевременной активации якоря циркуляция раствора при прямой и обратной промывке в затрубном пространстве осуществляется снизу через центральный канал 2, радиальные перепускные отверстия 12 нижнего участка 5 поршня 3, расширение 15 и нижнее радиальное отверстие 9.

При увеличении расхода промывочной жидкости до 16 л/с происходит активация устройства, при которой срезной винт 7 срезается воздействием давления промывочной жидкости на поршень 3, который перемещается из крайнего верхнего положения, соответствующего неактивированному состоянию в крайнее нижнее положение, в котором нижний торец поршня 3 упирается в выступ 16 центрального канала 2 корпуса 1. В указанном положении верхние радиальные отверстия 8 перекрываются верхним участком 4 поршня 3, и нагнетание промывочной жидкости для активации гидравлического якоря осуществляют через центральный канал 2 над поршнем 3, верхнее продольное отверстие 11, радиальные перепускные отверстия 12 в верхнем участке 4 поршня 3, расширение 15 между стенками центрального канала 2 и поршня 3, радиальные перепускные отверстия 12 нижнего участка 5 поршня 3 и нижнее продольное отверстие 13. Выравнивание давления жидкости в затрубном пространстве с давлением в якоре осуществляется через нижнее радиальное отверстие 9.

При этом, при постепенном повышении расхода до около 16 л/с, по причине уменьшения площади промывочных отверстий, происходит скачкообразный рост давления – показатель того, что устройство активировано.

После активации подача промывочной жидкости прекращается, устройство остается в активированном состоянии. Активация якоря гидравлического происходит за счет увеличения расхода промывочной жидкости и величины внутритрубного давления.

Технический результат изобретения – предотвращение преждевременной активации гидравлического якоря от действия избыточного затрубного или внутритрубного давления в процессе спуска в скважину достигается за счет конструктивного выполнения поршня 3 состоящим из верхнего 4, нижнего 5 участков, снабженных радиальными перепускными отверстиями 12, сообщенных в неактивированном состоянии соответственно с верхним 11 и нижним 13 осевыми продольными отверстиями в поршне 3 с возможностью сообщения центрального канала 2 корпуса 1 устройства с затрубным пространством через верхние радиальные отверстия 8 в корпусе 1 с одновременным выравниванием давления через нижнее радиальное отверстие 9, при этом активация устройства обеспечивается за счет управляемого гидравлического воздействия на поршень 3.

Необходимо понимать, что описанные выше для примера предпочтительные варианты осуществления изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к нефтедобыче, а именно к перепускным устройствам для промывки скважины, предназначенным для применения совместно с комплектом инструмента для вырезания окна в обсадной колонне и зарезки бокового ствола с гидравлическим якорем. Перепускное устройство для промывки скважины содержит полый корпус с резьбовым выступом в его нижней части, внутренней резьбой в верхней части и верхними радиальными отверстиями и нижним отверстием, с установленными насадками. В нижней части центрального канала корпуса выполнен выступ. В корпусе размещен поршень, содержащий средний, верхний и нижний участки. Средний участок поршня выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства посредством срезного винта, в каждом из верхнего и нижнего участков поршня выполнен продольный канал и кольцевое пространство. Во внутренней полости корпуса выполнено расширение. Поршень выполнен с возможностью линейного перемещения между положением, в котором центральный канал корпуса устройства перекрыт посредством соединения среднего участка поршня с корпусом устройства, верхние радиальные отверстия корпуса сообщаются с продольным каналом и кольцевым пространством верхнего участка поршня, в положение с упором в выступ нижней части центрального канала, в котором центральный канал корпуса устройства открыт, верхние радиальные отверстия перекрыты верхним участком поршня. В обоих указанных положениях нижнее отверстие сообщается с расширением, продольным каналом и кольцевым пространством нижнего участка поршня. Достигается технический результат – предотвращение преждевременной активации гидравлического якоря от действия избыточного затрубного или внутритрубного давления в процессе спуска в скважину, возможность осуществления обратной промывки через устройство без воздействия перепада давления на якорь. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Перепускное устройство для промывки скважины, содержащее полый корпус с резьбовым выступом в его нижней части и внутренней резьбой в верхней части, а также верхними и нижним радиальными отверстиями, снабженными насадками, поршень, выполненный с возможностью размещения в сквозном центральном канале корпуса, отличающееся тем, что поршень визуально содержит средний, верхний и нижний участки, причем средний участок поршня выполнен с возможностью соединения с корпусом устройства посредством срезного винта, в каждом из верхнего и нижнего участков поршня с его торцов выполнены осевые продольные отверстия, сообщенные с центральным каналом радиальными перепускными отверстиями, выполненными в стенках поршня, в центральном канале корпуса напротив нижнего радиального отверстия корпуса выполнено расширение, при этом поршень выполнен с возможностью линейного перемещения между верхним положением, в котором центральный канал корпуса устройства перекрыт средним участком поршня, а нагнетание жидкости в затрубное пространство из центрального канала осуществляется через верхнее продольное отверстие, радиальные перепускные отверстия в верхнем участке поршня и верхние радиальные отверстия в корпусе устройства, в нижнее положение, ограниченное выступом в нижней части центрального канала, в котором центральный канал корпуса устройства обеспечивает прямое нагнетание жидкости через верхнее продольное отверстие, перепускные отверстия в верхнем участке поршня, расширение, перепускные отверстия в нижнем участке поршня и нижнее продольное отверстие, а верхние радиальные отверстия корпуса перекрыты верхним участком поршня, при этом в верхнем положении поршня нижнее радиальное отверстие, сообщенное с расширением, обеспечивает выравнивание давления в затрубном пространстве и предотвращает преждевременную активацию гидравлического якоря.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый из верхнего, нижнего и центрального участков поршня содержит кольцевые канавки, выполненные с возможностью размещения в них уплотнений.