RU2245991C2

RU2245991C2 - Throttling check valve

Info

Publication number: RU2245991C2
Application number: RU2002112426/03A
Authority: RU
Inventors: В.И. Юрков (RU); В.И. Юрков; И.В. Свиридов (RU); И.В. Свиридов; О.Н. Обозин (RU); О.Н. Обозин; П.В. Ершов (RU); П.В. Ершов; В.П. Неудачин (RU); В.П. Неудачин
Original assignee: ООО "Нефтегазмаш-Технологии"
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2005-02-10

Abstract

FIELD: oil and gas extractive industry.

SUBSTANCE: valve has body of steel, throttling assembly, locking assembly with ball and saddle for it. Between locking and throttling assemblies resilient impenetrable wall separating these is mounted fixedly with possible interconnection via U-shaped, turned by its knee upwards, tubular channel, with inner diameter greater than ball diameter, having two branches directed downwards and having various lengths. Elongated pipe branch is connected through open end fixedly placed on wall to hollow of body throttling assembly. Short branch end is placed above wall and is within hollow of locking assembly. Short branch pipe is extended above the knee for distance greater than ball diameter. It is made in form of branch pipe with closed upper end, forming a hollow - tank with stopping device for placement and holding of ball therein in starting position. Ball can possibly fall freely under its own wait in downward direction onto saddle if released by stop as a result of effect from outside force from cementing plug at the end of cementation.

EFFECT: higher reliability, better quality.

7 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области цементирования при строительстве скважин и может быть использовано в нефтяной, газовой, геологоразведочной и других областях горной отрасли для непрерывного самонаполнения промывочной жидкостью спускаемой обсадной колонны, для упора (посадки) разделительной цементировочной пробки в заключение процесса и предотвращения обратного движения цементного раствора из затрубного пространства в колонну в период ожидания его затвердевания (ОЗЦ).The invention relates to the field of cementing during well construction and can be used in the oil, gas, exploration and other fields of the mining industry for continuous self-filling with flushing fluid of a descent casing string, for stop (landing) of a cement separation plug in conclusion of the process and preventing the backward movement of cement from annular space in the column during the period of waiting for its solidification (OZZ).

Известен клапан обратный дроссельный типа ЦКОД-М (1), показанный на фигуре 1. Этот клапан включает стальной корпус 1, в котором смонтированы два основных узла - запорный и дроссельный. Запорный узел включает шар 7 и седло, в конструкцию которого входят: нажимная гайка 2, резиновая диафрагма 3, набор резиновых шайб 4 и упорное кольцо 6. Дроссельный узел включает ограничитель 8, пяту 9, пружину 10, дроссель 11 и упор 12.Known check valve type TsKOD-M (1), shown in figure 1. This valve includes a steel body 1, in which are mounted two main nodes - shut-off and throttle. The locking unit includes a ball 7 and a seat, the structure of which includes: a pressure nut 2, a rubber diaphragm 3, a set of rubber washers 4 and a thrust ring 6. The throttle assembly includes a limiter 8, a heel 9, a spring 10, a throttle 11 and an emphasis 12.

Особенностью применения клапана по прототипу является необходимость сбрасывания шара с устья скважины на глубину расположения клапана в колонне обсадных труб (практически до 10 тыс. м.). Это приводит к многочисленным повреждениям поверхности шара вследствие столкновений его с жесткой шероховатой внутренней поверхностью колонны, в том числе с острыми кромками на стыках труб. Повреждения могут привести к потере работоспособности шара.A feature of the use of the valve according to the prototype is the need to drop the ball from the wellhead to the depth of the valve in the casing string (up to almost 10 thousand meters). This leads to numerous damage to the surface of the ball due to its collisions with the rigid rough inner surface of the column, including sharp edges at the pipe joints. Damage can lead to loss of performance of the ball.

Главным недостатком является то, что шар в рабочем положении оказывается ниже седла, в результате чего сила от массы шара направлена в сторону, противоположную от седла, и не способствует эффективному перекрытию его живого сечения шаром.The main disadvantage is that the ball in the working position is below the saddle, as a result of which the force from the mass of the ball is directed to the side opposite from the saddle, and does not contribute to the effective overlap of its live section by the ball.

Конструктивная особенность клапана вызывает необходимость установки шара в рабочее положение путем продавливания его сверху вниз сквозь седло, что чревато их взаимными повреждениями.The design feature of the valve necessitates the installation of the ball in the working position by forcing it from top to bottom through the seat, which is fraught with their mutual damage.

Седло клапана имеет слишком сложную многозвенную конструкцию, что усложняет его изготовление, монтаж и снижает надежность в работе.The valve seat has a too complex multi-link design, which complicates its manufacture, installation and reduces reliability.

Для реализации основной функции запорного узла - предотвращения обратного движения жидкости на этом участке внутриколонного канала скважины шар, увлекаемый потоком жидкости, должен быть перемещен снизу вверх - от опоры на ограничительной решетке к седлу и прижат к нему с необходимым усилием. Надежность выполнения этой функции клапана недостаточна, так как интенсивность потока жидкости, ограничиваемого дроссельным устройством, невелика, а плотность материала шара более чем в четыре раза превышает плотность жидкости. При этом велика вероятность отставания шара от потока или плохого его прилегания к седлу. Не исключена возможность (что подтверждается промысловой практикой) проникновения (обратный переток) значительных объемов жидкости (цементного раствора) из-за колонны в колонну, недоподъем цементного раствора за колонной и образование недопустимо большого цементного “стакана” влечет за собой значительные дополнительные материальные затраты. Недоподъем цементного раствора за обсадной колонной приведет к снижению качества цементирования скважины.To implement the main function of the locking unit - to prevent the reverse movement of fluid in this section of the annulus of the well, the ball carried away by the fluid flow must be moved from bottom to top - from the support on the restrictive grating to the saddle and pressed against it with the necessary effort. The reliability of this valve function is insufficient, since the intensity of the fluid flow limited by the throttle device is low, and the density of the ball material is more than four times the density of the fluid. In this case, there is a high probability of the ball lagging behind the flow or its poor fit to the saddle. The possibility (which is confirmed by field practice) of the penetration (return flow) of significant volumes of liquid (cement mortar) from the column into the column, under-raising of the cement mortar behind the column and the formation of an unacceptably large cement “glass” entails significant additional material costs. Insufficient cement slurry behind the casing will lead to a decrease in the quality of well cementing.

Попытки решить эту проблему уменьшением массы шара, например изготовление его пустотелым (2), технологически сложны и часто приводили к недопустимому снижению его прочности.Attempts to solve this problem by reducing the mass of the ball, for example, making it hollow (2), are technologically complex and often led to an unacceptable decrease in its strength.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности в работе дроссельного обратного клапана, улучшение качества цементирования и исключение связанных с этим непроизводительных затрат.The aim of the invention is to increase the functional reliability of the throttle check valve, improving the quality of cementing and eliminating the associated overhead.

Поставленная цель достигается обратным дроссельным клапаном, включающим стальной корпус, дроссельный узел, запорный узел с шаром и седлом к нему, согласно изобретению между запорным и дроссельным узлами неподвижно установлена разделяющая их прочная непроницаемая перегородка с возможностью сообщения посредством U-образного опрокинутого коленом вверх трубчатого канала с внутренним диаметром более диаметра шара, имеющего две направленные вниз ветви разной длины, удлиненная ветвь трубы сообщена через неподвижно закрепленный в перегородке открытый торец с полостью дроссельного узла корпуса, а торец короткой ветви расположен выше перегородки и находится в полости запорного узла, при этом труба короткой ветви имеет продолжение вверх выше колена на расстоянии больше диаметра шара в виде патрубка с заглушенным верхним торцом, образуя полость - депо со стопорным устройством для расположения и удержания там шара в исходном положении, с возможностью его свободного падения под собственным весом вниз на седло в рабочее положение при освобождении от стопора в результате действия внешнего усилия от цементировочной пробки в конце цементирования.The goal is achieved by a check throttle valve, comprising a steel casing, a throttle assembly, a locking assembly with a ball and a seat to it, according to the invention, a solid impenetrable partition separating them is fixedly mounted between the locking and throttle assemblies with the possibility of communication via a U-shaped tube bent upside down with with an inner diameter greater than the diameter of a ball having two downward directed branches of different lengths, an elongated pipe branch is communicated through a fixedly fixed part in the burnout an open end with a cavity of the throttle assembly of the case, and the end of the short branch is located above the partition and is located in the cavity of the locking assembly, while the pipe of the short branch has a continuation upward above the knee at a distance greater than the diameter of the ball in the form of a pipe with a damped upper end, forming a cavity - depot with a locking device for positioning and holding the ball there in the initial position, with the possibility of its free fall under its own weight down on the saddle into the working position when released from the stopper as a result of external force from the cement plug at the end of cementing.

Стопорное устройство включает кинематически связанные между собой детали: фиксатор, оснащенный подпружиненным рычагом, корпус фиксатора, управляющую втулку с поперечиной и обойму втулки, взаиморасположенные с возможностью автоматического освобождения шара в депо под воздействием внешнего усилия.The locking device includes kinematically interconnected parts: a latch equipped with a spring-loaded lever, a latch housing, a control sleeve with a cross member and a sleeve holder, mutually arranged with the possibility of automatically releasing the ball in the depot under the influence of external force.

Фиксатор стопорного устройства выполнен в форме сплошного цилиндра, расположенного перпендикулярно короткой ветви трубчатого канала и усеченного в средней части менее чем на диаметр внутренней поверхностью трубы короткой ветви, при этом длина фиксатора больше, чем вмещающий его корпус, по краям, в пределах длины корпуса, он имеет кольцевые проточки с упругими уплотнительными кольцами, а по торцам, за пределами корпуса, - узлы неподвижных соединений с рычагом.The lock of the locking device is made in the form of a continuous cylinder located perpendicular to the short branch of the tubular channel and truncated in the middle part by less than the diameter of the inner surface of the pipe of the short branch, while the length of the lock is greater than the enclosing body, along the edges, within the length of the body, has annular grooves with elastic sealing rings, and at the ends, outside the housing, are nodes of fixed joints with a lever.

Корпус фиксатора выполнен в форме полого цилиндра, усеченного в средней части менее, чем на диаметр внешней поверхности короткой ветви трубчатого канала, и прочно герметично соединен с ней по линии сопряжения, при этом посадка пары деталей фиксатор - корпус выполнена с минимальным гарантированным зазором в сочетании с уплотнительными кольцами.The housing of the retainer is made in the form of a hollow cylinder, truncated in the middle part less than by the diameter of the outer surface of the short branch of the tubular channel, and is tightly sealed to it along the line of contact, while the landing of the pair of parts is the retainer - the housing is made with a minimum guaranteed clearance in combination o-rings.

Рычаг фиксатора выполнен в виде детали П-образной формы, оснащенной по середине перекладины дужкой, направленной вверх, с возможностью охвата ею перекладины управляющей втулки стопорного устройства в их сопряжении и удержания управляющей втулки в крайнем верхнем положении от самопроизвольного выхода ее из обоймы вверх под воздействием вибраций при движении колонны в скважине.The locking lever is made in the form of a U-shaped part, equipped with a handle in the middle of the crossbar, directed upwards, with the possibility of covering the bar of the control sleeve of the locking device in their pair and holding the control sleeve in its highest position from spontaneous exit from the cage upward under the influence of vibrations when the column moves in the well.

Управляющая втулка выполнена в виде полого цилиндра с косым срезом снизу, со стороны рычага, менее, чем на диаметр, и диаметральной цилиндрической перекладиной в нижнем торце, при этом общая высота втулки принята такой, что в исходном положении она выступает вверх над уровнем верхнего торца короткой ветви трубчатого канала на расстояние, обеспечивающее возможность при переходе ее в крайнее нижнее положение, в одном уровне с верхним торцом обоймы, освобождения шара от фиксатора в депо.The control sleeve is made in the form of a hollow cylinder with an oblique cut from below, on the side of the lever, less than a diameter, and a diametrical cylindrical crossbeam in the lower end, while the total height of the sleeve is assumed to be such that in the initial position it protrudes upward above the level of the upper end branches of the tubular channel to a distance that provides the opportunity, when moving it to its lowest position, at the same level as the upper end of the cage, to release the ball from the retainer in the depot.

Обойма управляющей втулки имеет трубчатую форму и прочно неподвижно присоединена к короткой ветви трубы так, что их верхние торцы оказываются в одной горизонтальной плоскости.The clip of the control sleeve has a tubular shape and is firmly fixed to the short branch of the pipe so that their upper ends are in the same horizontal plane.

На фигуре 2 приведена схема устройства клапана обратного дроссельного по предполагаемому изобретению.The figure 2 shows a diagram of the device check valve throttle according to the alleged invention.

На фигуре 3 приведен разрез по А-А фиг.2.The figure 3 shows a section along aa of figure 2.

На фигуре 4 приведен разрез по Б-Б фиг.2.The figure 4 shows a section along BB of Fig.2.

На фигуре 5 приведен разрез по В-В фиг.2.The figure 5 shows a section along bb In figure 2.

На фигуре 6 приведен разрез по Г-Г фиг.2.The figure 6 shows a section along G-D of figure 2.

Клапан содержит стальной корпус 1 с резьбами для присоединения к обсадной колонне (муфта - ниппель), включающий запорный 2 и дроссельный 3 узлы. При этом дроссельный узел содержит ограничитель 8, пяту 9, пружину 10, дроссель 11 и упор 12. Внутри корпуса между дроссельным и запорным узлами установлена прочная непроницаемая перегородка 13, разделяющая внутреннюю полость клапана на две камеры - верхнюю, содержащую запорный узел, и нижнюю, содержащую дроссельный узел. Запорный узел содержит U-образный опрокинутый коленом вверх трубчатый канал с внутренним диаметром более диаметра шара, имеющего две направленные вниз ветви разной длины. Удлиненная ветвь трубы 15 неподвижно закреплена в перегородке 13 корпуса так, что открытый ее торец сообщается с нижней камерой полости корпуса, содержащей дроссельный узел. Короткая ветвь 14 имеет круглую форму поперечного сечения с внутренним диаметром больше диаметра шара 5. Открытым торцом трубы она расположена выше перегородки 13 и сообщается с верхней камерой полости корпуса клапана. В нижнем торце труба короткой ветви оснащена неподвижным седлом 4 жесткой однозвенной конструкции с фиксированными размерами и диаметром живого сечения, меньшим диаметра шара. Короткая ветвь трубы имеет продолжение вверх, выше уровня колена 16, на высоту более диаметра шара, образуя тем полость в виде патрубка с заглушенным верхним торцом-депо 17, для расположения и удержания там с помощью стопорного приспособления шара в исходном положении. Стопорное устройство включает кинематически связанные между собой детали: фиксатор 19, оснащенный подпружиненным рычагом 20 с дужкой 25, пружину 18, корпус фиксатора 24, управляющую втулку 22 с цилиндрической поперечиной 21 и обойму втулки 23, взаиморасположенные с возможностью автоматического освобождения шара в депо под воздействием внешнего усилия.The valve comprises a steel casing 1 with threads for connection to the casing (coupling - nipple), including a shut-off 2 and a throttle 3 nodes. In this case, the throttle assembly contains a limiter 8, a heel 9, a spring 10, a throttle 11 and an abutment 12. A strong impermeable partition 13 is installed between the throttle and shutter assemblies inside the housing, dividing the valve’s internal cavity into two chambers - the upper one containing the shutter assembly and the lower one containing a throttle assembly. The locking unit contains a U-shaped upright knee-up tubular channel with an inner diameter greater than the diameter of the ball having two downward-directed branches of different lengths. The elongated branch of the pipe 15 is fixedly mounted in the partition wall 13 of the housing so that its open end communicates with the lower chamber of the cavity of the housing containing the throttle assembly. The short branch 14 has a circular cross-sectional shape with an inner diameter greater than the diameter of the ball 5. The open end of the pipe is located above the partition 13 and communicates with the upper chamber of the valve body cavity. In the lower end, the pipe of the short branch is equipped with a fixed saddle 4 of a rigid single-link structure with fixed sizes and a diameter of living section smaller than the diameter of the ball. The short branch of the pipe has a continuation upward, above the level of the knee 16, to a height greater than the diameter of the ball, thereby forming a cavity in the form of a pipe with a damped upper end-depot 17, for positioning and holding there with the ball stopper in its original position. The locking device includes kinematically interconnected parts: a latch 19, equipped with a spring-loaded lever 20 with a bow 25, a spring 18, a latch housing 24, a control sleeve 22 with a cylindrical cross member 21 and a sleeve sleeve 23, mutually arranged to automatically release the ball into the depot under the influence of an external efforts.

Клапан заявляемой конструкции обладает высокой функциональной надежностью и оптимальностью конструкции, исключающими необходимость сложной операции сброса шара на большое расстояние с устья скважины и обеспечивающими возможность автоматического его ввода в действие из исходного положения в депо в рабочее положение над седлом в оптимальный момент в конце цементирования.The valve of the claimed design has high functional reliability and design optimality, eliminating the need for complex operations to dump the ball over a large distance from the wellhead and providing the possibility of its automatic commissioning from the initial position in the depot to the working position above the seat at the optimal moment at the end of cementing.

В составе обсадной колонны клапан спускают в скважину на заданную глубину, где в процессе цементирования он работает, как показано на фигурах 7 и 8, следующим образом.As part of the casing, the valve is lowered into the well to a predetermined depth, where it works during cementing, as shown in figures 7 and 8, as follows.

При спуске обсадной колонны (смотри фиг.7) через дроссель 6 происходит ее долив в автоматическом режиме. Шар 5, находящийся в это время в депо 17, не препятствует перетеканию бурового раствора в колонну из заколонного пространства.When lowering the casing (see Fig.7) through the throttle 6 it is topped up in automatic mode. Ball 5, which was at that time in depot 17, does not prevent the flow of drilling fluid into the column from the annulus.

При промывке и цементировании скважины все рабочие жидкости беспрепятственно проходят через корпус 1 клапана. Поток последовательно переходит из верхней камеры 2 сквозь седло 4 внутрь короткой ветви 14 U-образного трубчатого канала, изменяя при этом направление движения на 180°. Далее, через колено 16 поток направляется внутрь удлиненной ветви 15, повторно изменяя направление на противоположное. Сквозь перегородку 13 через открытый торец удлиненной ветви из запорной камеры поток поступает в дроссельную камеру 3. Далее, как и по прототипу, отжимая подпружиненную пяту 9, через отверстия 7 в ограничителе 8 поток жидкости выходит за пределы корпуса клапана. В конце цементирования, когда цементировочная пробка 26 входит в корпус клапана, до момента прекращения своего движения она нижним своим основанием нажимает в торец управляющей втулки 22 и перемещает ее вниз. Втулка посредством поперечины 21 передает движение рычагу 20, поворачивая его на 30-40°. Стопорный элемент (усеченный цилиндр) 19 поворачивается в пространстве, освобождая шар 5, который под действием собственного веса перемещается вниз и садится на седло 4 (смотри фигуру 8). Дальнейшему движению жидкостей через клапан сверху вниз препятствует цементировочная пробка. Обратному движению жидкостей снизу вверх препятствует шар, прижимаемый к седлу перепадом давления, передаваемым из-за колонны через дроссель.When flushing and cementing the well, all working fluids freely pass through the valve body 1. The flow sequentially passes from the upper chamber 2 through the saddle 4 into the short branch 14 of the U-shaped tubular channel, changing the direction of movement by 180 °. Further, through the elbow 16, the flow is directed into the elongated branch 15, again reversing the direction. Through the baffle 13 through the open end of the elongated branch from the shut-off chamber, the flow enters the throttle chamber 3. Then, as in the prototype, squeezing the spring-loaded heel 9, through the openings 7 in the restrictor 8, the fluid flow extends beyond the valve body. At the end of cementing, when the cement plug 26 enters the valve body, until it stops moving, it presses its bottom base into the end of the control sleeve 22 and moves it down. The sleeve through the cross member 21 transmits the movement to the lever 20, turning it 30-40 °. The locking element (truncated cylinder) 19 rotates in space, releasing the ball 5, which under the influence of its own weight moves down and sits on the saddle 4 (see figure 8). Further movement of fluids through the valve from top to bottom is prevented by a cement plug. The backward movement of liquids from the bottom up is prevented by a ball pressed to the saddle by the differential pressure transmitted from the column through the throttle.

Список используемой литературыBibliography

1. О.И.Бездробный, А.И.Булатов, П.П.Макаренко. “Обслуживание наземного цементировочного оборудования”, Москва, Недра, 1996, с.422-425.1. O.I. Bezdrobny, A.I. Bulatov, P.P. Makarenko. “Maintenance of ground cementing equipment”, Moscow, Nedra, 1996, p.422-425.

2. Клапан конструкции ООО “Нефтегазмаш-Технологии” типа ЦКОД-Т, ТУ 3666-002-53434081-2000.2. Valve design LLC “Neftegazmash-Technology” type TsKOD-T, TU 3666-002-53434081-2000.

Claims

1. The non-return valve, comprising a steel casing, a throttle assembly, a locking assembly with a ball and a seat to it, characterized in that between the locking and throttle assemblies a solid impenetrable partition separating them is fixedly mounted, with the possibility of communication by means of a U-shaped knocked upside down, a tubular channel, with an inner diameter greater than the diameter of the ball having two downward directed branches of different lengths, the elongated pipe branch is communicated through an open end fixed in the partition with a cavity d the osseous node of the body, and the end of the short branch is located above the partition and is located in the cavity of the locking node, while the pipe of the short branch has a continuation upward above the knee by a distance larger than the diameter of the ball in the form of a pipe with a muffled upper end, forming a cavity - depot with a locking device for location and holding the ball there in its original position with the possibility of its free fall under its own weight down onto the saddle in the working position when released from the stopper as a result of external force from the cement internal plugs at the end of the cementing.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the locking device includes kinematically interconnected parts: a retainer equipped with a spring-loaded lever, a retainer housing, a control sleeve with a cross member and a sleeve holder, mutually arranged to automatically release the ball into the depot under the influence of external force .

3. The valve according to claim 2, characterized in that the lock of the locking device is made in the form of a continuous cylinder located perpendicular to the short branch of the tubular channel and truncated in the middle part by less than the diameter of the inner surface of the pipe of the short branch, while the length of the lock is more than accommodating its body, at the edges within the length of the body it has annular grooves with elastic sealing rings, and at the ends outside the body - nodes of fixed connections with a lever.

4. The valve according to claim 2, characterized in that the retainer body is made in the form of a hollow cylinder, truncated in the middle part by less than the diameter of the outer surface of the short branch of the tubular channel and is firmly, hermetically connected to it along the interface line, while landing a pair of parts retainer - the housing is made with a minimum guaranteed clearance in combination with o-rings.

5. The valve according to claim 2, characterized in that the latch lever is made in the form of a U-shaped part equipped with an upward-facing bow in the middle of the crossbar, with the possibility of covering the crossbar of the control sleeve of the locking device in their interface and holding the control sleeve in the extreme the upper position from its spontaneous exit from the cage up under the influence of vibrations when the column moves in the well.

6. The valve according to claim 2, characterized in that the control sleeve is made in the form of a hollow cylinder with an oblique cut from the bottom of the lever side by less than a diameter and a diametrical cylindrical crossbar in the lower end, while the total height of the sleeve is adopted such that in the initial position it protrudes upward above the level of the upper end of the short branch of the tubular channel to a distance that makes it possible, when it moves to the lowest position at the same level as the upper end of the cage, to release the ball from the retainer in the depot.

7. The valve according to claim 2, characterized in that the cage of the control sleeve has a tubular shape and is firmly fixedly attached to the short branch of the pipe so that their upper ends are in the same horizontal plane.