Гидравлический переключатель для забойных двигателей Советский патент 1993 года по МПК E21B4/00 E21B34/08 

Изобретение относится к буровой технике а именно к средствам, обеспечивающим возможность промывки ствола скважины без извлечения бурового инструмента на поверхность.

Целью изобретения является обеспечение возможности промывки скважины на любых режимах в течение любого времени с одновременным повышением надежности его работы и срока службы.

На фиг. 1 изображен общий вид гидравлического переключателя, на фиг. 2-6-два варианта фиксатора положения запорного элемента в различных рабочих положениях.

Переключатель состоит из корпуса 1 с осевым проточным каналом 2 для прохода текучей среды (фиг. 1). К корпусу переключателя подсоединяются бурильная колонна со стороны входа 8 проточный канал и забойный гидравлический двигатель с противоположной стороны, которые гидравлически со- единяются между собой проточным каналом 2 переключателя. Проточный канал разделен поперечной перегородкой 3, в которой имеются проточные отверстия 4 с калиброванными насадками 5. создающими перепад давления. Под перегородкой в стенке корпуса переключателя выполнен боковой канал 6 для сообщения проточного канала с затрубным пространством. Канал б изнутри перекрывается клапаном 7 для разобщения в процессе бурения полости корпуса 1 от затрубного пространства. Клапан 7 установлен с возможностью перемещения в осевом направлении от перепада давления и имеет шток 8. Для прохода штока 8 через перегородку 3 8 последней в ее середине выполнено сквозное отверстие 9. К перегородке

Ј

00 N5 00 00 О СО

сверху и снизу от штокового отверстия прикреплены эластичные камеры 10 и 11, помещенные в защитные кожухи 12 и 13 и зяаполненные смазывающей средой. Камеры 11 и 10 сообщаются между собой через штокоеое отверстие 9, которое для дозированного перетока масла из камеры в камеру имеет калиброванную насадку 14. Через нижнюю камеру 11 пропущен ипок 8 клапана, на штоке закреплен поршень 15, являющийся дном камеры 11. Кроме того, шток клапана снабжен фиксатора положения 16. Конструкция фиксатора положения может быть самой традиционной и разнообразной, например, в виде разновысотных прорезей 17 и 18 (фиг. 2-6) и фиксирующих элементов: горизонтальных 19 или вертикальных 34 штырей, входящих в соответствующую нужному положению клапана длинную 17 или короткую 18 прорезь и своим зацеплением фиксирующих отключение клапана или включение его в работу. Включенный в работу клапан срабатываетчерез фиксатор положения под действием перепада давления на насадках 5.

Фиксатор, изображенный на фиг. 2-3, состоит из двух фигурных втулок 23 и 24, нанизанных на шток 8. Верхняя втулка 23 установлена на штоке свободно и может вращаться на нем и продольно по нему перемещаться. На втулке имеются разновы- сотные длинные 17 короткие 18 прорези. Перегородки 20 между прорезями имеют скосы 21с торцевой стороны. Нижняя втулка 24 закреплена на штоке и имеет разновы- сотные зубья 25 и 26 с ответными торцевыми скосами 27. В зоне перемещения втулок в стенке отверстия 9 встроен штырь 19 также с ответным скосом 22.

Фиксатор, изображенный на фиг. 4-6 состоит из трех фигурных втулок 28, 29 и 30, нанизанных на шток 8 (фиг. 4) Нижняя втулка 28 закреплена в стенке отверстия 9 и имеет разновысотные длинные 17 и короткие 18 прорези с перегородками 20 между ними. На торцах перегородок имеются скосы 21. Внутри втулки имеются пазы (на чертеже не показаны). Средняя втулка 29 закреплена на штоке 8, имеет шлицы 32 с торцевыми косыми зубьями 33. Втулка 29 вместе со штоком может перемещаться внутри втулки 28, при этом ш-лицы 32 входят в пазы втулки 28. Втулка 30 установлена на шток свободно и может вращаться на нем и продольно по нему перемещаться до посадки на втулку 29. На втулке 30 имеются фиксирующие элементы в виде штырей 34, входящих в прорези 17 и 18 при совмещении втулок 28 и 30. Фиксирующие элементы-штыри 34 имеют скосы 22, ответные скосам 21.

Работает гидравлический двигатель следующим образом.

Во время спуска колонны бурильных

труб с забойным механизмом, например, гидравлическим двигателем, оснащенным гидравлическим переключателем, последний находится в транспортном положении

0 (фиг. 1, 3 и 6). Клапан 7 открыт и удерживается пружиной в верхнем положении При использовании регулятора, изображенного на фиг 4-6 втулки 28-30 в это время нахо- дя1ся в контактном между собой положении

5 (фиг. 6) и втулка 30 зависает на втулках 28 и 29, опираясь своими скосами 22 одновременно на скосы 21 перегородок 20 втулки 28 и косые торцевые зубья 33 втулки 29. В этом случае жидкость из затрубною пространст0 вз через канал 6 поступает во внутреннюю полость корпуса 1 (фиг. 1) и затем в бурильную колонну. После включения наземных буровых насосов промывочная жидкость через этот же боковой канал 6 гидрэвлическо5 го переключателя поступает обратно в затрубное пространство и по затрубному пространству на поверхность. Производится промывка скважины без включения в циркуляционную систему двигателя и доло0 та. При этом в калиброванных насадках 5 перегородки срабатывается давление, которое действует на сгенки эластичной камеры 10 и вытесняет из нее через отверстие 14 смазывающую жидкость 8 камеру 11. При

5 достижении в камере 11 необходимого давления, действием его на поршень 15 перемещается шток 8 вниз, преодолевая усилие возвратной пружины. Вместе со штоком 8 перемещается вниз втулка 29, скользя сво0 ими шлицами 32 по внутренним пазам втулки 28. Втулка 30, оказавшись на перегородках 20 (фиг о) и опираясь только на них под собственным весом скатывается по скосам 2 1 и входит своими штырями 34 в

5 какую-либо из прорезей 17 или 18, в зависимости от того, на перегородке перед какой прорезью е данное время зависли штыри. Если штырь скатывается в длинную прорезь 17 (фиг. 5), то шток 8 с клапаном 7 доходит

0 до крайнего нижнего положения и клапан 7 перекрывает канал 6. Время, необходимое для перекрытия канала, задается временем,, необходимым для промывки скважины и рассчитывается по диаметру насадки 14,

5 обеспечивающим необходимую скорость перетока для достижения нужного давления и закрытия клапана по истечении заданного промежутка времени, достаточного для про- мыаки скважины, Таким образом, время, отведенное на перекрытие клапана

согласовано со временем, необходимым для промывки скважины.

После перекрытия клапана промывочная жидкость через осевой проточный канал 2 переключателя направляется в забойный двигатель и долото, приводя их во вращение, Проводят бурение. После остановки насосов и прекращения циркуляции под действием возвратной пружины клапан возвращается в исходное положение, вновь со- общая затрубное пространство с внутренней полостью бурильной колонны и исключая из системы промывки забойный двигатель и долото, а шток 8 в это время вместе со втулками 29 и 30 поднимается в крайнее верхнее исходное положение (фиг. 6), при этом штыри 34 опираются только на зубья втулки 29, штыри 34 скатятся по зубу до упора в соседний следующий зуб

Следующее включение насосов обеспечивает длительную промывку скважины, т.к. при достижении нужного давления на клапане его шток опять вместе с втулками 29 и 30 перемещается вниз, и когда плоскости скосов 21 перегородок 20 и параллельные им скосы зубьев 33 совпадут, штыри 34 оказываются опирающимися одновременно как на зубья 33, так и на скосы перегородок перед короткой прорезью 18. и как только втулка 29 со штоком втянется под давлением во втулку 28, штыри 34 зависают только на перегородках 20 и по их скосам 21 сползет в короткую прорезь 18, которая ограничивает дальнейшее осевое перемещение штока и не допускает закрытие клапана Шток зависает на штыре в фиксированном открытом положении клапана Жидкость продолжает поступать в затрубное пространство через канал 6 неограниченное время до момента отключения насосов. Как только насосы будут отключены, ш гок вновь поднимается в крайнее верхнее положение и штырь выйдет из зацепления с короткой прорезью Следующее включение насосов сопровождается ограниченной во времени промывкой скважины, сработкой клапана через заданное время и вхождением штыря в длинную прорезь, т.е перекрытием клапана. Чередуя включения насосов можно чередовать регламентированную промывку скважины с неограниченной.

Фиксатор положения, изображенный на фиг. 2 и 3, работает аналогично.

При перекрытии канала 6 шток 8 с клапаном 7 находится в крайнем нижнем положении (фиг. 2), штырь 19 фиксатора входит в длинную 17 прорезь штока. После остановки насосов клапан возвращается в исходное открытое положение. При этом шток 8 поднимается вверх вместе с втулкой 24 я

подталкивая втулку 23 верх выведет ее из зацепления со штырем 19 и войдет в зацепление с ним сама. В это время шток 8 находится в крайнем верхнем положении, а

5 втулка 23 своими перегородками скатывается по скосам 27 зубьев 25 и 26 и, проворачиваясь на один зуб, зависает между зубьями 25 и 26 на штыре 19. При следующем включении насосов и достижении нужного давле10 ния на клапане его шток 8 перемещается вниз, штырь 19 выходит из зацепления с зубьями 25 и 26, и втулка 23 скосами 21 своих перегородок 20 скатится по скосу 22 штыря 19, и, в результате проворота втулки

5 23 еще раз на один зуб, штырь 19 войдет в зацепление с короткой прорезью 18, на которой шток зависнет в фиксированном открытом положении клапана (фиг. 3). Как только насосы будут отключены, шток под0 нимется вверх и штырь выйдет из зацепления с короткой прорезью. Следующее включение насосов сопровождается вхождением штыря в длинную прорезь штока, т.е перекрытием клапана,

5 Во время перекрытия канала клапаном, последний не подвержен пульсации жидкости, т е. непосредственного контакта жидкости с клапаном нет. Жидкость действует на клапан через масляную камеру, компен0 сирующим пульсирующую нагрузку и обеспечивает постоянное действие через смазочную среду Клапан в результате надежно перекрывает канал, и промывочная жидкость без утечек поступает к долоту и

5 обеспечивает заданные режимы бурения.

Преимуществом клапана является то, что увеличивает срок его службы и обеспечивается возможность промывки скважины на тех же режимах, на каких проводится

0 бурение, что сокращает непроизводительные затраты времени на промывку при пониженных расходах

Достоинством клапана является и то, что после промывки скважины клапан авто5 матически перекрывается, а в случае необходимости в длительной промывке скважины, достаточно отключить-включить насосы и тем самым зафиксировать клапан в открытом положе-нии.

0 Формула изобретения

1. Гидравлический переключатель для забойных двигателей, включающий полый корпус с осевым проточным каналом, разделенным проточной поперечной перегород5 кой, под которой через стенку корпуса выведен боковой канал, перекрываемый изнутри клапаном, установленным с возможностью осевого перемещения от перепада давления в текучей среде на перегородке, в которой имеется сквозное отверстие под

шток клапана, отличающийся тем, что с целью обеспечения возможности промывки скважины на любых режимах путем затяжной сработки переключателя с одновременным повышением надежности его работы и срока его службы, к перегородке с двух сторон от ее штокового отверстия прикреплены эластичные камрпы, заполненные масляной средой и помещенные в защитные кожухи, через нижнюю камеру

пропущен шток клапана, а в отверстии перегородки под шток клапана установлен дозатор перетока масляной среды, например в виде калиброванных насадок

2 Переключатель по п. 1, о т л и ч a rout и и с я тем, что, с целью .обеспечения

возможности нерегламентированной промывки скважины на любых режимах, шток- клапана снабжен фиксатором положения.

Использование: бурение скважин на нефть и газ забойными двигателями. Сущность изобретения, переключатель содержит корпус с осевым проточным каналом, разделенным поперечной перегородкой с отверстием под шток клапана. В корпусе под перегородкой выполнен боковой канал, который перекрывается клапаном, срабатывающим от перепада давления К перегородке с двух сторон прикреплены эластичные маслонаполнен- ные камеры, помещенные в защитные кожухи. Через нижнюю камеру пропущен шток клапана. В отверстии перегородки под шток установлены калиброванные насадки для перетока масла. На штоке клапана установлен фиксатор положения штока. 1 з.п.ф- лы, 6 ил

Фиг1

со

О

со со

CN

со

4

й Sfcr$3eofc: fe

« О

оо

со

СЧ1

со

Nh

Фиг 5

Фиг.б