Противовыбросовый клапан скважинного оборудования Советский патент 1992 года по МПК E21B34/06 F16K5/06 

Изобретение относится к области бу- ровой техники и может быть использовано как устройство, предохраняющее трубное пространство бурильной колонны от фонтанирования нефти и газа через него.

Изобретение может применяться в областях техники, где происходит перекачка жидкостей и газа, в качестве обратного клапана в нагнетательных трубопроводахо

Известен клапан, предназначенный для предотвращения выброса промывочной жидкости и пластовых флюидов и содержащий корпус, обойму, запорный элемент с цапфами и узлом фиксации, дросселирующий элемент, а корпус выполнен с пазом, В зависимости от направления потока жидкости клапан открыт или закрыт. Работа клапана осуществляется перемещением обоймы и взаимодействием при этом хвостовика с кулачками, расположенного на цапфе запорного элемента, и выступа на корпусе.

Недостатком этого клапана является то, что дросселирующий элемент перекрывает живое сечение трубного пространства, если он выполнен не эластичным или быстро изнашивается буровым раствором, содержащим абразив в виде кварца,барита и т.д., если он выполнен- эластичным. Кроме того, паз в кор- пусе снижает грузоподъемность клапана, устанавливаемого в верхней части бурильной колонны под ведущей трубой. Так как ведущая труба находится в J скважине, то паз,,ничем не защищенный, забивается породой, что приводит к неработоспособности клапана.

Известен внутренний клапан превен- тора (прототип), предназначенный для пропуска жидкости в одном направлении, содержащий верхнюю и нижнюю втулку,

СО

с

VJ

VI 00 Ю VI

о.

31778

связанные между собой соединительными штоками, а между втулками и штоками находится шаровой элемент, имеющий две канавки, в которые входят / два пальца, закрепленные в отверстиях корпуса Работа клапана сводится к подъему или опусканию втулок вместе с шаровым элементом потоком жидкости и повороту шарового элемента непод- Q викным пальцем за канавку, перемещающуюся мимо него

Недостатком указанного клапана является то, что в случае применения

его в качестве противовыбросового клат|д при этом корпус на внутренней поверх- пана, когда через него будет прокачиваться буровой раствор, содержащий кремний, барит, глину и др„, над его верхней втулкой будут скапливаться указанные компоненты. Это явление бу-20 тельных признаковс

ности имеет вкладыши с наклонными направляющими пазами, для размещения в них цапф поворотной пробки„

Рассмотрим существенность отличиРазмещение пружин и упорных .поверхноетей в изолированных полостях, образованных корпусом и втулками, позволило недопустить попадание осадка из бурового раствора под упорные поверхности втулок, тем самым гарантируется постоянная величина хода поворотной пробки, а соответственно, полное открытие и закрытие клапана„ Для того, чтобы в полости при работе клапана не возникало избыточного давления или разряжения, что обеспечивает ее изолированность, необходимо входное и выходное отверстие в полости, в которых установлена цилиндрическая втулка, иметь равного диаметра. Тогда изменения объема полости при перемещении втулки происходить не будет, что облег чает изоляцию путем установки уплот- нительных колец,, Изготовление поворотной пробки с цапфами и корпус на внутренней поверхности имеет вкладыш - с наклонными пазами для размещения в них цапф поворотной пробки,позволило усилить корпус, сделав его целиковым (без отверстий под пальцы и резьбовые втулки), и за счет этого увеличить j надежность клапана.

дет происходить потому, что после открытия клапана, когда верхняя и ниж- i няя втулка сожмут пружину, между верхней втулкой и корпусом образуется застойная кольцевая полость, в кото- 25 рой и будет отстаиваться осадок из бурового раствора. Особенно интенсивно этот осадок будет оседать в углах, т„ко турбулентное движение жидкости будет выносить его из средней части 30 полостио Поэтому, когда клапан будет закрываться, этот осадок не даст ему закрыться полностью и явится клином между втулкой и корпусом. Кроме того, через отверстия, выполненные в резьбо - вом кольце, которые служат для перето ка жидкости из полости, где находится г, пружина, будет попадать буровой раствор в указанную полость при закрытии клалана о Осаждение осадка в этой по- о лости может не позволить осуществиться нормальной работе клапана. Применение пальцев, установленных в отверстия, выполненные в корпусе, для взаимодействия с шаровым элементом снижают 5 прочностную надежность корпуса Указанные недостатки ведут к снижению надежности клапана как устройства

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана за счет возможности уменьшения накопления л абразивных частиц при прокачке бурового раствора при одновременном упрощении конструкции Поставленная цель Достигается тем, что в противовыбросо- вом клапане, содержащем корпус, пово ротную пробку, установленную между верхней и нижней подпружиненной втулками, и уплотнительные элементы, каж50

5

дая цилиндрическая втулка выполнена по всей длине одного диаметра с упорами на наружной поверхности, при ч этом жесткость пружины верхней втулки меньше жесткости пружины нижней втулки,а корпус выполнен по внутренней поверхности ступенчатым и снабжен кольцевым выступом в нижней части, кроме этого корпус и втулки образуют герметичные кольцевые канавки, в которых размещены пружины с возможностью взаимодействия с упорами и корпусом, поворотная пробка имеет две цапфы,

при этом корпус на внутренней поверх- тельных признаковс

ности имеет вкладыши с наклонными направляющими пазами, для размещения в них цапф поворотной пробки„

Рассмотрим существенность отличид при этом корпус на внутренней поверх- 0 тельных признаковс

50 - о. 550

55

Размещение пружин и упорных .поверх ноетей в изолированных полостях, образованных корпусом и втулками, позволило недопустить попадание осадка из бурового раствора под упорные поверхности втулок, тем самым гарантируется постоянная величина хода поворотной пробки, а соответственно, полное открытие и закрытие клапана„ Для того, чтобы в полости при работе клапана не возникало избыточного давления или разряжения, что обеспечивает ее изолированность, необходимо входное и выходное отверстие в полости, в которых установлена цилиндрическая втулка, иметь равного диаметра. Тогда изменения объема полости при перемещении втулки происходить не будет, что облегчает изоляцию путем установки уплот- нительных колец,, Изготовление поворотной пробки с цапфами и корпус на внутренней поверхности имеет вкладыш - с наклонными пазами для размещения в них цапф поворотной пробки,позволило усилить корпус, сделав его целиковым (без отверстий под пальцы и резьбовые втулки), и за счет этого увеличить j надежность клапана.

таким образом, заявленный противо- выбросовый клапан по отношению к известным аналогичным устройствам соответствует критерию новизна. Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод ; об отсутствии в них признаков,сходных i с существенными, отличительными прРГзна - ками в заявляемом устройстве, а это свидетельствует о том, что отличитель- ные признаки заявляемого решения соот

к

ветствуют критерию существенные отличия.

На фиг0 1 изображен клапан, разрез; на фиг о 2 - сечение А-А по оси

рец 6 втулки 0 Пробка 13, втулки 2 и 3 переместятся вниз на ход К, при этом пружина 7 подожмет втулку 2 к по воротной пробке 13° Перемещение пово- поворотной пробки; на фиг0 3 поло- ротной пробки 13 с втулками 2 и 3 бу- жение поворотной пробки по отношению дет происходить до взаимодействия по- к двум вкладышам с направляющими па- верхности 12 втулки 3 с корпусом 10 зами; на фиг„ Д - разрез Б-Б поворот- Во время перемещения поворотная проб- ной пробки по отношению к двум вкла- ю ka 13 будет вращаться за счет взаимо- дышам с направляющими пазами; на действия цапф и 15 с направляющими фиг„ 5 - поворотная пробка; на фиг06- вид В на поворотную пробку.

Предлагаемый противовыбросовый клапан включает корпус 1, в котором ус- § да он открыт, начнется нефтегазопрояв- тановлены цилиндрические втулки 2 и 3 ление, которое будет передавливать с возможностью их перемещения на ход поток промывочной жидкости, то оно Н. Между корпусом 1 и цилиндрически- будет воздействовать на торец 7 втул- ми втулками 2 и 3 имеются изолирован- ки 3 и дополнительно с пружиной 8 (бо- ные полости и 5, которые герметизи- 20 лее сильной, чем пружина 7) будет

пазами 20 и 21 вкладышей 18 и 17 В конце хода пробки 13 клапан откроется Если во время работы клапана, когруются уплотнениями 6. Втулки 2 и 3 подпружинены относительно корпуса 1 пружинами 7 и 8, установленными на упорах 9 И 100 На втулках 2 и 3 имеются упорные поверхности 11 и 12, находящиеся в изолированных полостях 4 и 5о Усилие пружины 8 больше усилия пружины 7. Поворотная пробка 13 находится между втулками 2 и 3, имеет цапфы 1 и 15 и параллельные между собой плоскости 16 и 17о Между плоскостями 16 и 17 и корпусом 1 установлены вкладыши 18 и 19 Вкладыши 18 и 19 имеют направляющие пазы 20 и 21,

перемещать втулки 2 и 3 вместе с поворотной пробкой 13 ввергх до упора по- верхностыо 11 в корпус 1. Во время перемещения поворотной пробки 13 она

25 повернется вокруг своей оси 25 за счет взаимодействия цапф 14 и 15с пазами 20 и 21„ Клапан закроетсяа Будет предотвращен выброс нефти или газа из скважиныа После окончания бурения кла30 пан удаляется из скважины

Использование предлагаемого проти- вовыбросового клапана учитывая значительные затраты на ликвидацию фонтанов, позволит получить экономический

в которые цапфами 1А и 15 установлена 3& эффект, исходя из средних затрат на поворотная пробка 13 Параллельные ликвидацию таких аварий в СССР плоскости 16 и 17 параллельны оси 22

62,5 тыс. руб0 в год на одно изделие Формула изобретения

отверстия 23 поворотной пробки 13, а ось 2k цапф Т и 15 перпендикулярна плоскостям 16 и 17 и от оси 25 поворотной пробки 17 находится с эксцентриситетом Z под углом V к оси 22 отверстия 23° Пт величины эксцентри62,5 тыс. руб0 в год на одно изделие Формула изобретения

40

Противовыбросовый клапан сквакин- ного оборудования, содержащий корпус, поворотную пробку, установленную между .верхней и нижней подпружиненной лок 2 и 3 и поворотной пробки 13 втулками, и уплотнительные элементы, мывочная жидкость и нефтегазопроявле- отличающийся тем, что, с ние имеет возможность взаимодейство- целью повышения надежности клапана путем уменьшения накопления абразивных частиц при перекачке бурового раствора

Клапан работает следующим образом RQ при одновременном упрощении конструк- В исходном положении клапан уста- ции, верхняя и нижняя втулки выполнены по всей длине одного диаметра и с упорами по наружной поверхности, верхняя втулка выполнена подпружиненной,

ситета Z зависит величина хода Н втувать с поворотной пробкой 13 и торцами 26 и 27 втулок 2 и 3

навливается в буровую колонну за долотом и в скважине находится в закрытом положении, при этом поворотная

пробка 13, втулки 2,3 пружиной 8 при- gg причем жесткость ее пружины меньше, жимают к корпусу 1 упорной поверх- чем жесткость пружины нижней втулки,

рец 6 втулки 0 Пробка 13, втулки 2 и 3 переместятся вниз на ход К, при этом пружина 7 подожмет втулку 2 к по воротной пробке 13° Перемещение пово- ротной пробки 13 с втулками 2 и 3 бу- дет происходить до взаимодействия по- верхности 12 втулки 3 с корпусом 10 Во время перемещения поворотная проб- ka 13 будет вращаться за счет взаимо- действия цапф и 15 с направляющими

да он открыт, начнется нефтегазопрояв- ление, которое будет передавливать поток промывочной жидкости, то оно будет воздействовать на торец 7 втул- ки 3 и дополнительно с пружиной 8 (бо- лее сильной, чем пружина 7) будет

пазами 20 и 21 вкладышей 18 и 17 В конце хода пробки 13 клапан откроется Если во время работы клапана, когперемещать втулки 2 и 3 вместе с поворотной пробкой 13 ввергх до упора по- верхностыо 11 в корпус 1. Во время перемещения поворотной пробки 13 она

повернется вокруг своей оси 25 за счет взаимодействия цапф 14 и 15с пазами 20 и 21„ Клапан закроетсяа Будет предотвращен выброс нефти или газа из скважиныа После окончания бурения клапан удаляется из скважины

Использование предлагаемого проти- вовыбросового клапана учитывая значительные затраты на ликвидацию фонтанов, позволит получить экономический

эффект, исходя из средних затрат на ликвидацию таких аварий в СССР

эффект, исходя из средних затрат на ликвидацию таких аварий в СССР

62,5 тыс. руб0 в год на одно изделие Формула изобретения

Предохраняет трубное пространство бурильной колонны от восходящего потока флюида. Уменьшает накопление абразивных частиц при прокачке бурового раствора Содержит корпус, две подвижные цилиндрические втулки. Пружины, поджимающие втулки,расположены в замкнутых полостях и защищены с помощью уплотнений от попадания абразивных частиц бурового раствора Поворотная пробка перемещается вдоль оси корпуса с помощью цапф, контактирующих с наклонными пазами на внутренней поверхности корпуса. 6 ил.

ностыо 11 о R случае подачи промывочной жидкости через клапан она воздей- - ствует на поворотную пробку 13 и токорпус выполнен по внутренней поверхности ступенчатым и снабжен кольцевым выступом в нижней части, при этом корпус и втулки образуют герметичные кольцевые полости, в которых размещены пружины с возможностью взаимодействия с упорами и корпусом, поворотная ,

ЛромыВочная жидкость

Нефще- газопроябление

Фие.г

пробка выполнена с цапфами,а корпус на внутренней поверхности имеет вкла дыши с наклонными пазами для размеще ния в них цапф поворотной пробки„

А-А

18

т

19

IS

Фиг. 2

У

Фиг.З

6-6

#

Фиг А

ss

Jy

/ 1U

/;р 4Ъе.6