Клапанное устройство бурильной колонны Советский патент 1992 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к переливным и обратным клапанам для заёойных винтовых двигателей.

Известен переливной клапан для забойных двигателей, включающий корпус с радиальными отверстиями и, размещенные в его осевым канале, подпружиненный порщень с осевым каналом и седлом. Пружина удерживает поршень в верхнем положении, благодаря чему жидкость через отверстия ъ корпусе протекает в затрубное пространство. Под действием перепада давления, возникающего при прохождении потока промывочной жидкости через клапан, поршень двигается вниз, садится на седло и перекрывает радиальные отверстия в корпусе, забойный механизм начинает работать. При выключении насосов пружина поднимает поршень вверх и открываются отверстия корпуса за счет чего осуществляется гидравлическая связь с затрубным пространством.

Недостатком указанного переливного клапана является то, что при спуске инструмента на забой, наращивании или аварийной остановке насосов происходит переток промывочной жидкости из затрубного пространства в переливной клапан с большим содержанием абразивных частиц, что приводит к зашламовыванию забойного двигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при его использовании является переливной клапан для забойных двигателей, включающий корпус с радиальными отверстиями и размещенные в его осевом канале подпружиненный поршень с осевым каналом и седло. Корпус снабжен втулкой с радиальными отверстиями, установленной на корпусе, и отбойником, размещенным между втулкой и корпусом, причем радиальные отверстия корпуса и втулки расположены в интервале размещения отбойника, а в кольцевых полостях, образованных втулкой и отбойником и втулкой и корпусом.установлены соответственно впускной; и выпускной клапаны по отношению к полости, заключенной между ними.

Недостатком указанного переливного клапана является то, что при действии перепада давления, возникающего при прохождении потока промывочной жидкости через клапан, подвижный поршень совершает движение по своему каналу, подвергаясь при этом быстрому износу. К недостаткам конструкции можно отнести и то, что этот клапан требует использования обратного клапана для предотвращения зашламовывания забойного оборудования.

Цель изобретения - повысить надежность и эффективность работы клапана за счет расширения его функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что клапанное устройство бурильной колонны, выполняющее ро;;ь переливного клапана и включающее корпус, верхний переходник, шламоуловительную втулку с радиальными отверстиями, шламоочистительные каналы с запорными элементами, эластичный впускной клапан и заполнительный клапан, снабжено нижним переходником с заполнительным и выходным каналами, упорной втулкой и подъемником в виде цилиндрического стакана с радиальными отверстиями и отражателем с щламодробящими зубьями и запорным элементом, причем шламоуловительная втулка расположена внутри корпуса и закреплена в нижнем переходнике, а подъемник размещен внутри шламоуловителъной втулки и закреплен открытым концом в заполнительном канале нижнего переходника, при этом шламоуловительные каналы выполнены в нижнем переходнике и гидравлически сообщаются с внутренней полостью шламоуловительной втулки, отражатель установлен на верхней шламоуловительной втулки, а упорная втулка

установлена на отражателе и закреплена в верхнем перехо;з;нике. Дополнительно устройство снабжено ограничительной решеткой, установленной в заполнительном

канале между подъемником и заполнительным клапаном, который выполнен шаровым.

Анализ известного и предлагаемого изобретения указывает на наличие в последнем существенных признаков: подпружиненный поршень заменен стационарную упорную втулку с радиальными отверстиями; в нижнем переходнике имеются выходные каналы с эластичным

5 впускным клапаном, обеспечивающие работу устройства как обратного клапана; дополнительно введен отражатель с шламодробящими зубьями для дробления крупных частиц шлама, а отверстие в нем с

0 запорным элементом дает возможность для полной очистки клапанного устройства от шлама. Наличие указанных признаков показывает, что изобретение обладает новизной.

5 Положительный эффект от применения предложенной конструкции будет определяться экономией материалов (за счет сочетания переливного и обратного клапанов), повышением эксплуатационной надежности работы клапанного устройства (за счет предотвращения зашламовывания забойного оборудования и исключения подвижных подпружиненных деталей).

Анализ взаимодействия существенных

5 признаков изобретения по отношению к известным аналогам указывает на то, что предложенная конструкция обнаруживает новые технические свойства: отпадает необходимость установления обратного клапана, что позволяет снизить трудовые затраты при сборке бурильной колонны; появляется возможность длительного использования клапанного устройства за счет исключения подвижных частей и тщательной очистки от шлама, что позволяет снизить затраты на изготовление новых клапанных устройств.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого клапанного устройства;

0 на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Клапанное устройство состоит из корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 переходников. В верхнем переходнике закреплена упорная втулка 4 с радиальными отверстиями И,

5 которая расположена на отражателе 5, имеющем шламодробильные зубья 12 и запорный элемент 6. Отражатель установлен на верхней части шламоуловителыюй втулки 8 с радиальными отверстиями Ж, внутри которой размещен подъемник 7 с радиальными

отверстиями Е. Подъемник закреплен открытым концом в заполнительном канале К нижнего переходника.

Эластичный впускной клапан 9 эакрепляет ся в кольцевой полости межДу шламоуловительной втулкой и нижним переходником, в котором размещены выходные каналы Д и шаровой заполнительный клапан 10. Ограничительная решетка 11 установлена в заполнительном канале между подъемников и заполнительным клапаном. Запорный элемент 13 закрывает шламорчистительные каналы Г нижнего переходника, которые гидравлически сообщаются с внутренней полостью шламоуловительной тулки.

В процессе работы забойного двигателя поток промывочной жидкости проходит через верхний переходник 2, радиальные отверстия И упорной втулки 4, полость Б, через впускной клапан 9. Ц1аровой заполнительный клапан 10, закрывая заполнительный канал К, изолирует внутреннюю полость клапанного устройства от затрубного пространства, ,

При установке буровых насосов (спуско-подъемные операции, наращивании труб и п.) за счет разности давления, поток жидкости проходит через аполнительный канал 4, шаровой заполнительный канал 10, поднимается через ограничительную решетку 11, образуя гидравлическую связь внутренней полости клапан с затрубным пространством.

При подъеме инструмента промыврчная жидкость из внутритрубного пространства движется через выходные каналы Д и впускной клапан 9. Шаровой заполнительный клапан при этом закрыт.

При спуске инструмента внутритрубноё пространство заполняется промывочной жидкостью из затрубного пространства по каналу 4 нижнего переходника 3, поднимая шаровой заполнительный клапан 10.

В данной конструкции происходит очистка промывочной жидкости, содержащей абразивные частицы выбуренной породы, поступающей из затрубного пространства. За счет перепада давления жидкость из затрубного пространства устремляетсяпо заполниуельному каналу К через ограничительную решетку 11 в полость В. ЖидкОйть ударяется о стенки шламоуловительной втулки, при этом происходит выпадение из жидкости абразивных частиц, которые скапливаются в полости В. Жидкость из кольцевой полости Б, открывая эластичный клапан 9, выносит скопившийся шлам из полости В в выходные каналы Д нижнего переходника 3 и далее по осевому каналу. Внутритрубноё

пространство заполняется очищенной жидкостью.

Весь существенным является то, что данное клапанное устройство можно использовать не только как переливной клапан, но и как обратный. Поток жидкости, заполняющий колонну снизу и доходящий до нижнего переходника 3, останавливается впускным клапаном 9, установленным в кольцевой полости нижнего переходника, что предотвращает зашламовыван ие забойного двигателя.

Для полной очистки клапанного устройства от шлама предусмотрен в нижнем Переходнике шламоочистительный канал Г. Открывая запорные элементы 6 и 13, к каналу подсоединяется шланг, по которому идет поток, например, воздух под давлением. Шлам, оставшийся в полости В, выносится через отверстие под запорный элемент 6.

Применение изобретения позволяет повысить надежность бурильной колонны за счет сокращения числа резьбовых соединений в колонне, а экономический эффект будет определяться снижением затрат на ремонт клапанного устройства.

Формула изобретения

1.Клапанное устройство бурильной колонны, включающее корпус, верхний переходник, шламоуловительную втулку с радиальными отверстиями, шламоочистительные каналы с запорными элементами, эластичный впускной клапан и заполнительный клапан, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы клапанного устройства за счет расширения его функциональных возможностей, оно снабжено нижним переходником с заполнительным и выходным каналами, упорной втул; ой и подъемником в виде цилиндрического стакана с радиальными отверстиями и отражателем с шламодробящими зубьями, причем шламоуловительная втулка расположена внутри корпуса и закреплена в нижнем переходнике, а подъемник размещен внутри шламоуловительной втулки и закреплен Открытым, концом в заполнительном канале нижнего переходника, при этом шламоочистительные каналы выполнены в нижнем переходнике и гидравлически сообщаются с внутренней полостью шламоуловительной втулки, отражатель установлен на верхней части шламоуловительной втулки, а упорная втулка установлена на отражателе и эакреплена в верхнем переходнике.

2.Устройство по п. 1, отличаю щ е ес я тем, что, с целью снижения степени зашламовывания внутренней полости шламоуловительной втулки, оно снабжено ограничительной решеткой, установленной в эаполнительном канала между подъемником и заполнительныМ клапаном,

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что запрлнительный клапан выполнен шаровым.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к переливным и обратным клапанам для забойных двигателей. Целью изобретения является повышение надежности и эффективности работы клапанного устройства за счет расширения его функциональных возможностей. Клапанное устройство содержит корпус 1, верхний 2 и нижний 3 переходники. В верхнем переходнике закреплена упорная втулка 4с радиальными отверстиями И, которая расположена на отражателе 5 с шламодробильными зубьями 12 и запорным элементом 6. Отражатель 5 установлен на верхней части шламоулови- тельной втулки 8 с радиальными отверстиями Ж, внутри которой размещен подъемник 1 с радиальными отверстиями Е. Подъемник закреплен открытым концом в заполнитель- ном канале К нижнего переходника. Эластичный впускной канал 9 закреплен в кольцевой полости между шламоуловитель- ной втулкой и нижним переходником, в котором размещены выходные каналы Д и шаровой заполнительный клапан 10. Ограничительная решетка 11 установлена в за- полнительном канале между подъемником 7 и заполнительным клапаном. Устройство можно использовать не только как переливной клапан, но и как обратный. Поток жидкости, заполняющий колонну снизу, останавливается впускныМ' клапаном 9 и предотвращается зашламование забойного , двигателя. 2 з. п. .ф-лы, 2 ил.^^ •^^

фие.1

физ.2