клапан для обсадной колонны

Формула изобретения

Клапан обсадной колонны, включающий ограничитель с седлом и с осевым и боковыми каналами, полую втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, подпружиненный тарельчатый обратный клапан, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с седлом, отличающийся тем, что ограничитель снабжен сквозными каналами, расположенными между осевым каналом и седлом, а его осевой канал снабжен снизу заглушкой, причем тарельчатый клапан выполнен с возможностью осевого перемещения, не перекрывая боковые каналы ограничителя, относительно которого подпружинен вверх.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к цементированию обсадных колонн.

Известен «Клапан обсадной колонны» (см. патент SU №1493768, МПК 7 Е21В 34/10, опубл. БИ №26 23.10.84), включающий корпус с центральными и периферийными осевыми каналами, установленное в нижней части центрального канала корпуса седло под запорный орган, выполненный в виде поплавка и расположенный в нижней части подвижно установленной в центральном канале корпуса втулки с радиальными каналами и разрывной мембраной под ними, при этом он снабжен дополнительным запорным органом с узлом привода его в рабочее положение, периферийный канал выполнен с двумя седлами, а полость между ними связана с полостью центрального канала радиальным каналом, причем узел привода дополнительного запорного органа выполнен в виде клинового элемента и установлен в исходном положении с возможностью взаимодействия с подвижной втулкой.

Известен также "Клапан для обсадной колонны" (см. патент SU №1120093, МПК 7 Е21В 34/10, опубл. БИ №39 23.10.84), содержащий корпус с центральными и периферийными осевыми каналами, подвижно установленную с возможностью осевого перемещения в центральном канале корпуса втулку с опрессовочной диафрагмой и радиальными каналами в верхней части и запорный элемент, при этом он снабжен дополнительной втулкой, установленной коаксиально с подвижной втулкой на срезных элементах в центральном канале корпуса над его периферийными каналами, а запорный элемент выполнен в виде поплавка и жестко связан с нижней частью подвижной втулки, причем последняя имеет дополнительные радиальные каналы, совмещаемые с периферийными каналами корпуса при ее верхнем положении.

Недостатками обеих конструкций являются:

во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;

во-вторых, невозможно работать с использованием продавочных пробок;

в-третьих, за время поднятия запорного органа до посадки его в седло, которое не нормируется и не регулируется, пространства под клапаном и над клапаном сообщаются через центральный и нижние радиальные каналы, в результате цементный раствор попадает из затрубья внутрь обсадной колонны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является "Клапан для обсадной колонны" (см. патент RU №2250355, МПК 7 Е21В 34/06, 33/14, опубл. БИ №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, причем ограничитель дополнительно оборудован стопором, взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, при этом наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, причем седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жесткосоединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, на которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, при этом наружная плоскость цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, причем эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной, при этом ограничитель размещен в нижней части корпуса и снабжен сквозными отверстиями, причем седло обратного клапана выполнено в виде внутреннего кольцевого выступа корпуса, при этом на седле, снизу на наружной поверхности осевого канала ограничителя, с возможностью осевого перемещения герметично установлен тарельчатый затвор, подпружиненный снизу относительно ограничителя.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;

во-вторых, ограничитель и полая втулка значительно уменьшают внутреннее проходное сечение обсадной колонны, что увеличивает время и усилие закачки цементного раствора;

в-третьих, при значительных давлениях закачки цементного раствора возможно разрушение эластичной манжеты, что ведет к выходу из строя тарельчатого клапана и снижению надежности работы клапана для обсадной колонны в целом.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы клапана для обсадной колонны, позволяющего без потери внутреннего проходного сечения обсадной колонны произвести закачку цементного раствора.

Техническая задача достигается описываемым клапаном для обсадной колонны, включающим ограничитель с седлом и с осевым и боковыми каналами, полую втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, подпружиненный тарельчатый обратный клапан, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с седлом.

Новым является то, что ограничитель снабжен сквозными каналами, расположенными между осевым каналом и седлом, а его осевой канал снабжен снизу заглушкой, причем тарельчатый клапан выполнен с возможностью осевого перемещения, не перекрывая боковые каналы ограничителя, относительно которого подпружинен вверх.

На чертеже в продольном разрезе изображен клапан для обсадной колонны.

Клапан для обсадной колонны состоит из ограничителя 1 с седлом 2 и осевым 3 и боковыми каналами 4, полой втулки 5, установленной в осевом канале 3 ограничителя 2 на срезных элементах 6 над боковыми каналами 4 с возможностью их герметичного перекрытия, тарельчатого обратного клапана 7.

Ограничитель 1 снабжен сквозными каналами 8, а его осевой канал 3 заглушен снизу посредством заглушки 9. Тарельчатый обратный клапан 7 герметично установлен на наружной поверхности осевого канала 3 ограничителя 1 с возможностью осевого перемещения. Тарельчатый обратный клапан 7 снизу герметично размещен на седле 2 ограничителя 1 и снизу поджат посредством пружины 10 относительно заглушенного посредством заглушки 9 осевого канала 3 ограничителя 1.

Несанкционированные перетоки жидкости предотвращаются уплотнительными элементами 11, 12, 13.

Клапан для обсадной колонны работает следующим образом.

Клапан для обсадной колонны в сборе (см. чертеж) герметично устанавливают между трубами обсадной колонны (не показано), после чего обсадную колонну спускают в скважину. В процессе спуска скважинная жидкость заполняет внутреннее пространство обсадной колонны, перетекая снизу вверх через боковые каналы 4 и осевой канал 3 ограничителя 1, благодаря чему не требуется долив жидкости и исключается эффект «поршневания» (импульсный излив жидкости на устье во время спуска в результате гидроудара).

По достижении требуемого интервала производят закачку цементного раствора в затрубье (не показано) обсадной колонны с применением цементировочной пробки (не показано).

Под давлением закачки цементного раствора, воздействующего на тарельчатый обратный клапан 7 сверху через сквозные отверстия 8 ограничителя 1, тарельчатый обратный клапан 7 перемещается вниз по наружной поверхности осевого канала 3 ограничителя 1, сжимая пружину 10. В результате цементный раствор через открывшийся тарельчатый обратный клапан 7 устремляется под клапан, а затем в затрубье обсадной колонны.

По завершении закачки цементировочная пробка сверху воздействует на полую втулку 5, установленную в транспортном положении посредством срезных элементов 6, в заглушенном снизу заглушкой 9 осевом канале 3 ограничителя 1 выше боковых каналов 4. В результате срезные элементы 6 разрушаются, а полая втулка 5 смещается вниз до тех пор, пока своим нижним торцом не упрется в заглушенный снизу заглушкой 9 осевой канал 3 ограничителя 1, исключая эффект «поршневания».

В итоге полая втулка 5 герметично перекрывает боковые каналы 4 ограничителя 1, после чего ловят «стоп» (значительное повышение давление на устье), а затем сбрасывают давление внутри обсадной колонны, при этом тарельчатый обратный клапан 7 за счет возвратной силы сжатой пружины 10 перемещается вверх относительно осевого канала 3 ограничителя 1 и герметично садится на седло 2 ограничителя 1, перекрывая проходное сечение и предотвращая обратное перетекание цементного раствора в обсадную колонну.

Предлагаемый клапан для обсадной колонны является простой и надежной конструкцией с небольшим количеством деталей, кроме того, он не сужает внутреннее проходное сечение обсадной колонны, что в результате приводит к экономии материальных и финансовых затрат.