Клапан для бурильной колонны Советский патент 1980 года по МПК E21B17/00 

(54) КЛАПАН ДЛЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

I

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для предотвращения проявления через бурильные трубы.

Известен клапан для бурильной колонны, содержащий корпус с размещенными в нем затвором, седлом и приводом 1 .

Недостатком указанного клапана является низкая нгщежность работы изза незащищенности затвора от эррозии буровым раствором и использования буровых растворов в качестве рабочей жидкости.

Наиболее близким решением из известных является клапан для бурильной колонны, содержащий корпус, камеры рабочего цилиндра с поршнем, затвор и седло fSJ.

Недостаток указанного клапана заключается в том, что он имеет низкую нёщежность работы из-за невозможности предохранения привода от воздействия бурового раствора-и износа затвора.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана за счёт обеспечения возможности предохранения привода от воздействия бурового раствора и предотвращения износа его.

Указанная цель достигается тем, что клапан снабжен золотником с каналами и плунжером с кольцевыми проточками, а в корпусе выполнены заполненные маслом и имеющие эластичные диафрагмы верхняя и нижняя камеры с каналами для сообщения верхней

to камеры с внутритрубным пространством и надплунжерной полостью, а нижней - с затрубным пространством скважины и подплунжерной полостью, причем клапан снабжен установленной на

15 затворе эластичной оболочкой.

На фиг. 1 изображена схема клапана для бурильной колонны, верхняя часть; на фиг. 2 - то же, нижняя часть.

20

Клапан для бурильной колонны содержит корпус 1, в котором выполнены заполненные маслом и имеющие эластичные диафрагмы 2 и 3 верхняя 4 и нижняя 5 камеры с каналами 6-9, зо25лотник 10 с каналами 11, плунжер 12 с кольцевыми проточками 13. Верхняя камера 4 сообщается через каналы 6 с внутритрубным пространством 14, а через каналы 1-е надплунжерной 30 полостью 15. Нижняя камера 5 сообвдается с затрубным пространством скважины через каналы 8, а через канал 9 сообщается с подплунжерной полостью 16. Затвор 17 имеет конусовидную форму с вогнутой поверхностью и уступ 18. Рабочие кромки затвора 17 при открытом положении клапана защищены эластичной оболочкой 19. Затвор 17 жестко связан штоком 2 с поршнем 21, который делит рабочий цилиндр на верхнюю 22 и нижнюю 23 камеры. Каждая камера при помощи золотника 10 и плунжера 12 соединяется через соответствующие каналы с верхней 4 и нижней 5 камерами. Плунжер 12 подпружинен, пружиной 24.

Если давления в камерах 4 и 5 равны (т.е. внутритрубное давление равно давлению затрубного пространства) то плунжер 12, прижатый пружиной 24, будет находиться в нижнем положении, которое является исходным.

Там же находится плунжер 12, если внутритрубное давление больше затрубного (бурение или подъем бурильных труб), так как усилие от перепада давления в камерах в этом случае на,правлено вниз (совпадает с направлением усилия пружины).

Когда давление в затрубном пространстве становится больше внутритрубного (спуск бурильных труб, развившееся проявление), то усилие от перепада давления в полостях, образованных золотником и плунжером, направлено вверх, что вызывает соответствующее перемещение плунжера и сжатие пружины.

Таким Ьбразом, роль золотника и плунжера заключается в том, что плунжер, реагируя на изменение величины и направления перепада давления внутри труб и за трубами, направляет рабочую жидкость (масляную среду) из камер 4 и 5 в ту или иную камеру 22 и 23 рабочего цилиндра, тем самым открывая или закрывая клапан.

Клапан работает следующим образом При спуске труб в скважину затрубное давление больше внутрйтрубного. При этом рабочая жидкость поступает из камеры 5 по каналу 9 в подплунжерную полость 16, при этом плунжер 12 перемещается вверх. Упругость пружины 24 подбирается таким образом чтобы при заданных пределах перепада давления (которые приняты при спуске труб) соответствующие проточки плунжера 12 при его перемещении находились против отверстий каналов, соеди няющих камеру 22 с камерой 5, а камеру 23 с камерой 4. В результате рабочая жидкость из камеры 5 поступает в камеру 22, перемещая вни поршень 21 и связанный с ним затвор 17 (при этом рабочая жидкость из камеры 23 вытесняется в камеру 4), что приводит к открытию клапана и заполнению труб буровым раствором из скважины.

Через некоторое время после окончания спуска по мере заполнения труб раствором перепад давления уменьшается, что приводит к перемещению плунжера 12 под действием пружины 24 вниз, и в результате нижняя камера 5 соединяется с камерой 23, а камера 22 с верхней камерой 4. При это поршень 21 под действием имеющегося незначительного перепада давления перемещается вверх, и.клапан закрывается.

При подъеме труб или бурении, т.е когда внутритрубное давление больше затрубного, плунжер 12 находится в нижнем (исходном) положении. В этом случае рабочая жидкость поступает из-камеры 4 в камеру 22, перемещая вниз поршень 21 и связанный с ним затвор 17, что приводит к открытию клапана (жидкость из камеры 23 вытесняется в емкость 5).

Клапан остается полностью открытым до конца подъема труб, что исключает возникновение перелива бурового раствора при их отвинчивании.

В начале проявления происходит частичное разбавление бурового раствора, находящегося .в скважине, флюидом, поступающим из пласта. Это ведет к снижению удельного веса раствора и в результате к снижению затрубного давления, которое становит ся меньше внутрйтрубного. В этом случае клапан открыт, и раствор из труб перетекает в скважину. Когда давления выравняются, то по мере развития проявления начинается обратное движение жидкости, т.е. из скважины в трубы с нарастанием величины перепада давления. При определенном заданном его значении плунжер 12, сжав пружину, поднимается вверх до упора, при этом его проточки соединяют каналы камеры 5 с камерой 23, а камеру 22 с камерой 4, что вызывает движение затвора 17 вверх, т.е. закрытие клапана.

Эластичная оболочка 19 защищает рабочие кромки затвора 17 от размыва буровым раствором при открытом положении клапана. При движении затвора вверх (закрытие клапана), а также при возвращении его в нижнее положение (открытие клапана) оболочка растягивается, пропускает кромки элемента, затем, сокращаясь, плотно их облегает. Завихрение струи бурового раствора, прокачиваемого по трубам в скважину, образукадееся ввиду наличия уступа 18, способствует плотному прилеганию края оболочки к его рабочим кромкам.

Клапан позволяет полностью устранить верюятность проявлений через трубы, в результате чего создаются более благоприятные условия для ликвидации .возникших выбросов и фонтанов .