Клапан для обсадных колонн Советский патент 1993 года по МПК E21B34/10 E21B33/14 

Изобретение относится к бурению, в частности к цементированию обсадных ко- лонн, способствующему повышению .герметизации башмаков после окончания цементирования и ожидания затвердевания цемента (03 Ц).

Целью изобретения является, упроще ние конструкции при одновременном улучшении качества цементирования и повышения производительности работ при спуске путем самозаполнения буровым раствором.

На фиг. 1 показано устройство, разрез; на фиг. 2 - устройство с овальным сквозным отверстием на шпильке и обратным клапаном, выполненным из эластичного материала.

Клапан имеет упорное кольцо 1 с отверстиями 2, клапанное седло 3 с осевыми отверстиями 4 и 5, продавочную пробку 6, тарелка 7 с рабочей конической поверхностью с эластичным кольцом 8, подпружиненный шток 9 со сквозным отверстием 10, жзстко связанный с тарелкой 7 фильтр 11, срезаемый фиксатор 12, возвратную пружину 13. Фильтр выполнен в виде кольца и размещен в нижней части сёдла осевого канала по внутренней его поверхности.

Отверстие 4 в верхней части седла выполнено перпендикулярно центральной оси седла и соосно со сквозным отверстием 10.

Клапан работает следующим образом.

Устройство устанавливают в нижней части обсадной колонны между трубами и муфтовым соединением, Во время спуска колонны раствор, находящийся в скважине, через зазор Н, образованный фильтром 11 и тарелкой 7, отверстия 5 клапанного-седла

00

го

W

3, отверстия 2 упорного кольца 1, зазор С, образованный упорным кольцом 1 и стенкой обсадной трубы, перетекает во внутрен- нюю полость обсадной колонны. В зависимости от скорости спуска колонны в скважину и во избежание перелива раствора на устье зазор Н регулируется завинчиванием тарелки 7 по резьбе штока 9. При промывке скважины и прокачке тампонаж- ного раствора под воздействием давления зазор Н автоматически увеличивается, достигается это за счет наличия отверстия 4 или 10, допускающего свободное перемещение срезаемого фиксатора 12 вниз. После окончания прокачки растворов возвратная пружина 13 возвращает тарелку 7 в исходное положение. Цементирование скважины происходит аналогично прокачке растворов с той лишь разницей, что после окончания цементирования с помощью избыточного давления внутри колонны через продавочную пробку 6 фиксатор 12 срезается, затем давление в колонне снижается до О, та к как плотность продавочной жидкости в колонне в два раза меньше плотности цементного раствора взатрубном пространстве, в результате большого перепада давления, из затрубного пространства цементный раствор стремится попасть в зону меньшего давления, т.е. в колонну. Освободившись от удерживающего срезаемого фиксатора 12 под воздействием возвратной пружины 13 и- потока цементного раствора, тарелка 7 закрывается, прижимаясь к фильтру 11 эластичным кольцом 8. Через фильтр 11 отбирается избыточная вода 13 цементного раствора, на поверхности фильтра 11 происходит накопление массы обезвоженного цементного раствора, что ведет к дополнительной герметизации зоны башмака колонны, так как у обезвоженного цементного раствора практически сразу наступает конец схватывания, а через 2 ч раствор приобретает свойства цементного камня двухсуточного возраста, что ведет к значительному сокращению сроков 03Ц.

Испытания устройства для цементирования обсадных колонн на месторождениях Нефтеюганска и Нижневартовска показали, что зазор Н при спуске колонны 1 м в 1 с не должен превышать 5 мм, а при спуске колонны со скоростью 2 м в 1 с зазор должен быть 7-8 мм. Необходимое избыточное давление для срезания штифта не должно превышать 10 атм. Проведенные испытания

показали надежную работу предлагаемой конструкции устройства для цементирования обсадных колонн.

Применение в устройстве фильтрующего элемента в виде кольца позволяет увеличить надежность работы устройства, сделать его компактным и простым в изготовлении. Применение упорного кольца с отверстиями 2 и зазором С позволяет избежать заклинивания обратного клапана 7 от попадания инородных тел (штыри, пакеры, крупные камни). В аналогичных устройствах и в прототипе возможность заклинивания не исключена. В зависимости от глубины

скважины применяются для глубоких скважин металлические обратные клапаны с эла- стичными элементами, а для мелких скважин обратные клапаны, выполненные полностью из эластичного материала. Изготовление овальных отверстий в седле клапа- на или в шпильке обусловлено возможностями производства, так как сама конструкция устройства и применяемые для его изготовления материалы рассчитаны на

изготовление как на специализированных заводах, так и в мастерских при управлениях буровых работ.

Формула изобретения

1. Клапан для обсадных колонн, содержащий клапанное седло с осевыми отверстиями, тарелку с рабочей конической поверхностью с размещенной под седлом, подпружиненный шток, жестко соединенный с тарелкой, и срезной фиксатор, о т л и- чающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, при одновременном улучшении качества цементирования и повышения производительности работ при спуске путем самозаполнения буровым раствором, он снабжен фильтром, выполненным в виде кольца и размещенным в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности, подпружиненный шток выполнен со

сквозным отверстием под срезной фиксатор, а клапанное седло в верхней части выполнено с Отверстием, перпендикулярным к центральной оси седла, и соосным сквозному отверстию подпружиненного штока, при

этом тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности.

2. Клапан по П. 1,отличающийся тем, что тарелка выполнена из эластичного

материала.

Сущность изобретения: в клапане для обсадных колонн шток выполнен со сквозным отверстием под срезной фиксатор. Клапанное с.едло в верхней части выполнено с отверстием, перпендикулярным к центральной оси седла и соосным со сквозным отверстием подпружиненного штока. Тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности. Клапан снабжен фильтром, выполненным в виде кольца, размещенного в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности. Тарелка может быть выполнена из эластичного материала. Данное устройство позволит производить спуск обсадной колонны с автоматическим дозаливом буровым раствором для избежания перелива бурового раствора на устье во время спуска колонны в скважину. Зазор между обратным клапаном и седлом клапана может регулироваться. 1 з.п. ф-лы, 2 ил,