Переливной клапан для забойных механизмов Советский патент 1982 года по МПК E21B4/00 E21B34/00 

(54) ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ МЕХАНИЗМОВ

1

Изобретение относится к буровой технике, в частности к переливным клапанам для забойных механизмов.

Известны переливнь1е клапаны, позволяющие отключать забойный механизм в необходимых случаях, облегчающие заполнение бурильного инструмента промывочной жидкостью при его спуске и слив жидкости из внутренней полости труб при подъеме ,инструмента.

Известен переливной клапан, содержа-, щий корпус с каналами, подпружиненный золотник с клапанной тарелкой, узел фиксации, втулку, седло, а также рычаги, которые взаимодействуют с клапанной тарелкой и с золотником I.

Недостатком указанного клапана является то, что при износе рабочих элементов рычагов и узла фиксации происходит заклинивание золотника при переключениях в положения промывки и бурения.

Наиболее близким к изобретению является переливной клапан для забойных механизмов, содержащий полый корпус с радиальными каналами, внутри которого установлены подпружиненный плунжер с тарелкой и седло с перепускными каналами.

При спуске- инструмента в скважину подпружиненный плунжер, находясь в крайнем верхнем положении, обеспечивает свободный переток жидкости внутрь бурильной колонны через боковые отверстия корпуса и седла. При подаче промывочной жидкости

5 в-бурильную колонну плунжер, сжимая пружину, перемещается в крайнее нижнее положение, а тарелка плунжера упирается в седло клапана. Переток жидкости в затрубное пространство через переливной клапан прекращается. Через центральное отверстие плунжера жидкость поступает к забойному механизму. В нижнем положении плунжер удерживается за счет перепада давления в центральном отверстии плунжера и разности давлений, возникающей при

)5 закрытии клапана и разделении внутренней полости бурильной колонны от затрубного пространства. При подъеме инструмента подача промывочной жидкости в колонну прекращается. Под действием пружины плунжер перемещается в крайнее верхнее

20 положение и открывает перепускные отверстия переливного клапана для перетока жидкости из внутренней полости бурильной колонны в затрубное пространство 2.

В указанном переливном- клапане при его закрытии на подвижное уплотнение между поршнем плунжера и внутренней стенкой корпуса воздействует перепад давления, возникающий при разобщении внутренней полости бурильных труб от затрубного пространства. При многократном срабатывании устройства в среде промывочной жидкости, содержащей твердые абразивные частицы и химически активные вещества, происходит быстрый износ уплотняемых поверхностей, особенно внутренней стенки корпуса и наружной поверхности уплотнения и нарущение герметичности сопряжения. Утечки жидкости через подвижное уплотнение между порщнем и стенкой корпуса приводят к дополнительному гидроабразивному износу сопрягаемых деталей. При возрастании утечек через подвижное уплотнение перепад давления, необходимый для перемещения плунжера, не обеспечивается, что приводит к снижению долговечности и надежности клапана.

Кроме того, при верхнем положении плунжера и. спуске бурового инструмента в скважину происходит переток жидкости как через боковые отверстия клапана, так и через забойный механизм или долото, расположенный ниже переливного клапана. Следовательно, данный клапан не предотвращает попадание снизу в забойный механизм взве шенных в промывочной жидкости твердых частиц при спуске инструмента в скважину, что приводит к щламованию рабочих элементов этих устройств.

Цель изобретения - повыщение надежности работы клапана.

Указанная цель достигается тем, что клапан снабжен установленной над седлом ступенчатой обоймой, внутри которой размещена тарелка плунжера, а в нижней час ти плунжер выполнен заглущенным и с кольцевым выступом для взаимодействия с седлом.

На чертеже изображен переливной клапан, общий вид.

Переливной клапан устанавливают в нижней части бурильной колонны над забойными механизмами, например, винтовым двигателем, которые необходимо отключать при спуске или подъеме колонны бурильных труб, бурильные трубы и забойный механизм на чертеже не показаны).

Переливной клапан содержит корпус 1 с радиальными каналами а, внутри которого установлено седло 2 с перепускными каналами б. В корпусе 1 выще седла 2 установлена ступенчатая обойма 3. Седло 2 взаимодействует с плунжером 4. Седло 2 и ступенчатая обойма 3 закреплены в корпусе 1 переводником 5. На седле 2 размещены уплотнения 6 и 7. Плунжер 4 выполнен в нижней части заглушенным и с каналами 0 и г, а также кольцевым выступом д в нижней части для взаимодействия

при верхнем положении плунжера 4 с нижней поверхностью седла 2. На плунжере 4 между втулкой 8 с каналами е и шайбой 9. закреплена гайками 10 тарелка плунжера 11. Плунжер 4 с тарелкой 11, втулкой-8, щайбой 9 и гайками 10 удерживается в верхнем положении посредством пружины -12.

Переливной клапан работает следующим образом.

При спуске бурильной колонны с перео ливным клапаном жидкость свободно перетекает из затрубного пространства через отверстия а в корпусе 1 и отверстия б седла 2, кольцевое пространство между ступенчатой обоймой 3 и тарелкой плунжера 11, а также через отверстие е втулки 8 и отверстие г плунжера 4 во внутреннюю полость бурильных труб.

В момент подачи насосом промывочной жидкости в трубы под напором потока плунжера 4 перемещается вниз при одновремено ном закрытии каналов е на втулке 8 и открытии каналов в на нижнем конце плунжера. При этом увеличивается гидравлическое сопротивление всего канала протока промывочной жидкости, так как открытие каналов в плунжера 4 не снижает давления из-за его перепада на забойном ме- ханизме, расположенном ниже клапана. Создаваемый перепад давления обеспечивает сжатие пружины 12 и тарелка 11 плунжера 4 перекрывает каналы б седла 2. Пео реток жидкости в затрубное пространство прекращается и жидкость через центральный канал и каналы в плунжера 4 поступает в забойный механизм, например, винтовой двигатель.

При подъеме инструмента и окончания прокачивания жидкости пружина 12 перемещает плунжер 4с тарелкой 11 в верхнее положение и жидкость свободно перетекает из внутренней полости колонны в затрубное пространство. При перемещении плунжера 4 вверх каналы в перекрываются, а выступ д входит в соприкосновение с нижней поверхностью седла 2, и клапан отключает забойный механизм от внутренней полости бурильных труб.

Наличие у переливного клапана ступен чатой обоймы, установленной над седлом клапана и с размещенной в ней тарелкой плунжера, позволяет повысить надежность закрытия клапана за счет изменения гидравлического сопротивления в кольцевой j, щели потоку жидкости соизмеримо с - увеличением сопротивления пружины сжатию. Отсутствие в переливном клапане подвижных уплотняющих элементов повыщает его долговечность. Кроме того, выполнение плунжера- в виде стакана с уступо.м в 5 нижней части плунжера позволяет при верхнем его положении разъединять забойный механизм от внутренней полости бурильных труб и предотвращать щламова