Циркуляционный клапан Советский патент 1985 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к нефтега- зодобывающей промышленности, в частности к циркуляционным клапанам для регу:7ирования расхода потока флюида из скважины.

Известен циркуляционный клапан дли регулирования расхода флюида из скважины, вьтолненный из расположенной в трубе запорной втулки, имещей проходные отверстия и перемещающейся возвратно-поступательно в этой трубе Cl

Недостатком этого клапана является то, что посадочные уплотнительные поверхности втулки и трубы вьтолнены незаи1ир енными от воздействия флюида и имекщегося в нем песка Это особенно сказывается в газовых скважинах, где пескосодержание достаточно высоко и скорость движения газа имеет большие значения.

Наиболее близким к предлагаемому является циркуляционный клапан, управляемый спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник 2.

Недостатком известного клапана является сравнительно малая долговечность и надежность его работы из-за постоянного контакта уплотнительных колец и уплотняемьос поверхностей с потоком флюида, особенно в условиях повьппенного пескосодержания и агрессивности рабочих сред.

Цель изобретения - повьпаение надежности его работы и долговечное ти путем предотвращения контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида.

Поставленная цель достигается тем, что циркуляционный клапан, управляемьй спускаемым в скважину захватом, состоягций из корпуса с уплотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, снабжен размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, имеклчими уплотнительные кольца, последняя из которых оканчивается цангой, зажимные кулачки которой имеют внешний и внутренний конусные буртики, причем зажимные кулачки цанги в закрытом положении клапана взаимодействуют с расточкой выполненной в корпусе, и нарзокной поверхностью золотника, а в открытом положении клапана - с проточкой

и упорным буртиком, выполненными в золотнике, и с внутренней поверхностью корпуса.

. Кроме того, на внутренней поверхмости корпуса ниже расточки -выполнена канавка для размещения в ней в открытом положении клапана подпружиненного в сторону корпуса внешнего конусного буртика цанги, а диаметр внутреннего конусного буртика цанги меньше диаметра диаметра втулки.

Кроме того, внутри корпуса выше расточки выполнена выточка и устанолена аксиально подвижная дополнительная защитная втулка, имеющая уступ для взаимодействия с захватом и фиксатор, установленный с возможг ностью взаимодействия с выточкой в корпусе в открытом положении клапана.

На фиг. 1 изображен циркуляционный клапан в закрытом положении; на фиг. 2 - то же, в открытом положении; на фиг. 3 - с дополнительной защитной втулкой, в закрьггом положении; на фиг. 4 - то же, в открытом положении; на фиг, 5 - узел I на фиг. 4 с канавкой на внутренней поверхности корпуса.

Циркуляционный клапан состоит из соединенных корпусом 1 хвостовиков 2 и 3. В корпусе 1 выполнены радиальные проходные отверстия 4 и размещен с возможностью аксиального перемещения золотник 5, зазор между которым и корпусом герметизирован в области контакта с верхним хвостовиком 2 уплотнительными кольцами 6 и 7, а в области контакта с крр.пусом 1 - промежуточной втулкой 8 и расположенными в ней уплотнительны.мя кольцами 9 и 10. Золотник 5 управляется спускаемым сверку захватом (не показан), вьшолненным любой известной конструкции и взаимодействующим с размещенными в золотнике 5 базовыми расточками 11 (для подъема втулки вверх) и 12 (для опускания ее вниз), предназначенными для введения в них соответствующих деталей захвата.

Между корпусом 1 и золотником 5 размещена защитная втулка 13, герметизированная относительно них при помощи уплотнительных колец 14 и 15 и оканчивающаяся цангой 16. Цднга 16 имеет внешний 17 и внутреиНИИ 18 конусные буртики, выполненны с заходами 19 и 50 (фиг 5) соответ ственно. Внешний конусньй буртик 17 взаимодействует с внутренней поверхностью корпуса 1 и с выполненно на этой внутренней поверхности расто кой 21, Внутренний буртик 18 взаимо действует с наружной поверхностью 1золотника 5 и с выполненными на ней проточкой 22 и упорным буртиком 23. Возможны варианты вьтолнения цир куляционного клапана. В частности, для повьшения надежности фиксации золотника 5 вместе с защитной втулкой 13 и цангой 16 в нижнем положеНИИ путем предотвращения ее непроизвольного подъема потоком флюида на внутренней поверхности корпуса 1 ниже расточки 21 может быть вы полнена (фиг. 5) канавка 24, взаимо действующая с внешним конусным буртиком 17 цанги 16. В этом случае зажимные кулачки цанги нужно вьтолнить радиально подпружинённьши в сторону корпуса 1. Подпружиненность может быть обеспечена как за счет собственных сил упругости цанги, так и за «чет установки специального разжимного элемента известного типа (не показан). При этом необхо-димо, чтобы внутренний диаметр конуского буртика 18 цанги 16 в разжатом Состоянии был меньше диаметра наружной поверхности золотника 5 JB месте ее контакта с буртиком 18. В варианте исполнения предлагаемого устройства предусмотрена установка внутри корпуса герметизирован ной и аксиально подвижной относительно него дополнительной защитной втулки 5. Герметизация этой втулки относительно хвостовика 2 корпуса осуществлена при помощи уплотнитель ного кольца 7.6 (фиг. 3 и 4) . Втулка 25 снабжена уступом 27 (для взаимодействия с захватом) и фиксатором 28 положения втулки, вьтолненным в виде упорного разрезного кольца взаимодействующего с размещенной в корпусе выточкой 29, t. Золотник 5 имеет верхний торец 30, а защитная втулка - верхний торец 3t и нижнюю расточку 32. Хвосто вик 2, имеющий внутреннюю поверхность 33, и защитная втулка 13 образуют кольцевое пространство 34, а дополнительная защитная втулка имее нижний торец 35. Циркуляционный клапан работает следующим образом. Спуск клапана в скважину осуществляют преимущественно в закрытом положении. Для его открытия в скважину спускают, захват, который приводят во взаимодействие с расточкой 12 (фиг, 1 и 2) золотника 5. Воздействием сверху золотник 5 продвигают вниз. Это движение вниз происходит сравнительно свободно до тех пор, пока конусный упорный буртик 23 золотника 5 не дойдет до верхнего торца внутреннего конусного буртика 18 цанги 16 и внешний конусньй буртик 17 золотник 5 не упрется в нижнюю коническую поверхность расточки 21, при этом проточка 22 подходит на уровень расположения буртика 18. Дальнейшее продвижение золотника 5 вниз потребует большего усилия для преодоления сопротивления упругости цанги 16. После приложения такого усилия коническая поверхность расточки 21, воздействуя на внешний буртик 17 цанги 16, заставляет цангу сжаться в радиальном направлении, в результате чего внутренний конусньй буртик 18 входит в проточку 22, а внешний буртик 17 может войти во взаимодействие с внутренней поверхностью корпуса. Благодаря этому золотник 5 имеет возможность продвигаться дальше вниз до тех пор, пока нижняя поверхность цанги 16 не упрется в верхнюю поверхность промежуточной втулт и 8 и золотник 5 ос- тановится, обеспечив при этом расположение верхнего торца 30 ниже проходного отверстия 4, т.е. открытое положение циркуляционного клапана о Следует отметить, что золотник 5 в начале своего продвижения вниз двигается один без защитной втулки 13, а после отжатия внешнего буртика 17 из расточки 2i он движется вместе с зарщтной втулкой 13 и связанной с ней цангой 16, в результате чего к моменту, когда золотник 5 займет нижнее возможное положение, верхний торец 31 защитной втулки 13 тоже будет находиться на одном уровне с торцом 30 золотника 5 (фиг. 2)« После этого захват извлекают из скважины. В другом варианте исполнения клапана (фиг. 5) канавка 24 служит 5. 1 для фиксации положения цанги и защитной втулки 13 в нижнем положении Благодаря радиальной подпружиненности цанги 16 в сторону корпуса t, внешний конусный буртик 17 цанги при попадании его в канавку 24 расходится, и теперь, чтобы поднять цангу вверх, нужно приложить определенное усилие, что предотвращает случайное движение цанги t6, зас тной втулки 13 и золотгшка 5 вверх, под действием потока фпхянда. При необходимости закрыть циркуляционный клапан с поверхности опускают захват, который приводят во взаимодействие с расточкой 11 золотника 5 и, преодолевая удерживакяцее усилие верхнего конуса канавки 2Д, приподнимают золотник 5. Конусный буртик 18 утагшивается в проточку 22, и золотник 5 вместе с цангой 16 и заощтной втулкой 13 начинает двигаться вверх, перекрывая проходные отверстия 4, Это движение вверх .сравнительно свободно происхо дит до тех пор, пока верхний торец защитной втулки 13 не упрется в ниж ний торец хвостовика 2, К этому времени внешний конусн1 буртик 17 цанги 16 из контакта с внутренней поверхностью корпуса 1 и входит в расточку 21, зажимные ку лачки цанги расправляются и внутренний конусный буртик 18 выходит и проточки 22, в результате чего зоДотник 5 двигается дальше вверх. Это движение будет происходить до тех пор, пока упорный буртик 23 золотника 5 не упрется в нижнюю рас точку 32 защитной втулки 13. К этону времени верхняя часть золотника 5 вступает во взаимодействие с внут ренней поверхностью 33 хвостовика 2. и перекрывает ее, предотвратив ее контакт с потоком флюида, идущим из нижележащих пропластков. Г . В результате этого, при открытии проходных отверстий 4 верхняя упло нительная поверхность золотника 5 и расположенные на ней уплотнительные кольца 6 не подвергаются воздействию потока флюида и имеющихся в нем пескообразных абразивных вклю чений,что приводит к повышению герметичности и связанной с нею надежности, а также к существенному прод лению срока службы, во-вторых, при движении флюида из нижних пластов и 8 пропластков внутренняя поверхность хвостовика 2, являющаяся уплотнительной поверхностью, оказывается прикрытой от воздействия флюида, В то же время при открытом положении /цфкуляционного клапана поток флкяща через него идет по проходным отверстиям 4 и кольцевому пространству 34 между НИЖНИ14 торцом хвостовика 2 и верхним торцом защитной втулки 13. При этом уплотнительная поверхность золотника 5 также оказывается прикрытой от воздействия потока запщтной втулкой 13, в результате чего и в открытом положё- , НИИ циркуллционно го клапана уплотнигельная поверхность и расположенные на ней уплотнительные кольца, 6 оказываются защищенньв4и от воздействия потока флюида и имекяцегося в нем песка. Однако 8 данном варианте исполнения в момент, когда в открытом положении циркуляционного клапана внутренняя поверхность 33 хвостовика 2 остается неприкрытой от воздействия потока флнтда после определенного срока работы клапана в открытом положении при наличии абразивных частиц в потоке она может оказаться несколько изношенной и при закрытии клапана контакт поверхности 33 с золотником 5 не обеспечит достаточной герметичности. Дпя того, чтобы устранить это и предотвратить контакт с потоком флкщца всех уплотняемых поверхностей на всех работы, предназначен еще один вариант циркуляционного клапана, предусматривающий установку дополнительной защитной втулки 25 (фиг. 3 и 4). Работа этого варианта клапана происходит так же, как и основного. Однако имеются отличия, связанные с перемещением дополнительной защитной втулки 25. Для открытия клапана (фиг. 3) спускают захват, который приводят во взаимодействие с базовым уступом 27 дополнительной защитной втулки 25, и продвигают дополнительную защитную втулку 25 вниз. При этом вместе С ней двигается и золотник 5. Движение вниз сравнительно беспрепятственно происходит до тех пор, пока упорное разрезное кольцо 28 не дойдет до выточки 29 и не зафиксируется в ней. К этому моменту верхний

торец золотника 5 достигает уровня верхнего торца защитной втулки 13, упорный буртик 23 доходит до верхнего торца внутреннего конусного б5фтика 18 цанги 16, проточка 22 располагается напротив внутреннего конусного буртика 18. После этого захват приводят во взаигюдействие с расточкой 12 золотиика 5, который продвигают вниз. Это продвижение происхо; щт диалогично продвижению по первому варианту. В результате продвижения ёниз до упора циркуляционный клапан открывается, при этом makm торец 35 допо шитепьной защитной втулки 25 оказывается на одясм урбвне с НИЖН1Ш торцом хвостовика 2, а ве{яс ий торец 30 золотника 5 совмещается по уровшо с верхним торцом 31 защитной втулки 13, Улапая открывается, и фяюэд по. отверстиям 4 и каналу 34 проходит клапана. При этом при движении флквзда в в отрывом состоянии уплотнительная внутренняя поверхность 33 хвостовика 2 оказывается защищенной от его воздействия. При необходимости закрыть циркуляционный клапан захват

приводят во взаимодействие с верхней расточкой 11 золотника 5, и последний продвигают вверх. Его продвижение на первой стадии происхо pytf аналогично основному варианту устройства. После того, как при продвижении вверх верхний торец 30 золотника 5 достигнет нижнего торца дополнительной защитт втулки 25f продвижение их продолжают. При этом благодаря конйч.ескому скосу наружной поверхностк разрезного кольца 28 оно сжимается и не препят ствует продвиженш) дополнительной защитной втулки 25, которое продолжается до тех пор, пока дополнительная защитная втулка 25 не прейдет в крайнее верхнее положение. В этот :момент цйркуляционный клапан полностью закрывается.

Таким образом, предлагаемое изобретение и его варианты позволяют (ПОВЫСИТЬ надежность и долговечность циркуля1ц«ой1 Ьго клапана за счет предотвращения контакта всех уплотI няемьк поверхностей и уплотнительных колец с потоком флюида на всех режимах работы клапана. Фиг.1 Физ, 2 Фи9.Ъ

Фиг. 5

1. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ЮШПАН, управляемьй спускаемым в скважину захватом, состоящий из корпуса с уп- лотнительными кольцами, внутри которого расположен золотник, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности его работы и долговечности путем предотвращения контакта уплотнительных колец и уплотняемых поверхностей с потоком флюида, он снабжен размещенными между корпусом и золотником промежуточной и защитной втулками, именл ими уплотнительные кольца, последняя из которых оканчивается цангой, зажимные кулачки которой имеют внешний и внутренний конусные буртики, причем зажимные кулачки цанги в закрытом положении клапана взаимодействуют с расточкой, выполненной в корпусе, и наружной поверхностью золотника, a в открытом положении клапана - с проточкой и упорным буртиком, вьшолненными в золотнике, и с внутренней поверхностью корпуса. 2.Клапан по п. 1, отлич.акгщ и и с я тем, что на внутренней поверхности корпуса ниже расточки вьтолнена канавка для размещения в ней в открытом положении клапана, подпружиненного в сторону корпуса внешнего конусного буртика цанги, a диаметр внутреннего конусного буртика цанги меньше диаметра наружноТо диаметра втулки. 3.Клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутри корпуса выше расточки вьтолнена выточка и установлена аксиально подвижная дополнительная защитная СО :втулка, имеющая уступ для взаимою действия с захватом и фиксатор, усэо .тановленный с возможностью взаимо- ; .действия с выточкой в корпусе ввт крытом положении клапана.