RU2612409C1

RU2612409C1 - Ball valve of continuous well flushing side port

Info

Publication number: RU2612409C1
Application number: RU2015138415A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Ропяной; Валерий Залманович Скобло
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НТ КУРС"
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-09

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device comprises a ball with an axial through hole and a side hole perpendicular to the axial hole and connected thereto, a cylindrical body with side holes, sealing plates the outer side of which has a cylindrical shape, and the inner - a ball shape groove, a drive for the ball to rotate within the housing. The ball is made truncated, above and below bounded by parallel planes perpendicular to the through hole axis and composite of three parts: two spherical segments diametrically opposite on the ball edges, one of which is a side opening and the central portion of which has an axial through hole. The central part side surface is limited by a cylinder. Surfaces separating the ball components are parallel and coaxial with the through hole axis. The sealing plates are formed as diametrically opposite parts of the cylindrical body side surface which has a side opening, the axis of which coincides with the ball shape groove axis in the housing wall.

EFFECT: simplified design, higher operating reliability.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в том числе наклонно направленных и горизонтальных, строительство которых производится на суше и на море.The invention relates to the drilling of oil and gas wells, including directional and horizontal, the construction of which is carried out on land and at sea.

Непрерывная промывка скважин, предполагающая циркуляцию бурового раствора не только в процессе бурения скважины, но и при наращивании и подъеме бурильной колонны, является в настоящее время востребованным технологическим режимом. Особенно она эффективна при наличии или риске осложнений в стволе скважины, при бурении длинных горизонтальных стволов и наклонных скважин с большим отходом от вертикали, при бурении с контролем давления, бурении на депрессии и в других случаях.Continuous flushing of wells, which involves circulation of the drilling fluid not only during the drilling process of the well, but also when building and raising the drill string, is currently a demanded technological mode. It is especially effective in the presence or risk of complications in the wellbore, when drilling long horizontal shafts and deviated wells with a large deviation from the vertical, when drilling with pressure control, drilling in depression and in other cases.

Для организации непрерывной промывки скважины используется встроенный в колонну бурильных труб специальный переводник (Переводник для Непрерывной Промывки - ПНП), в котором размещается клапан (или несколько клапанов-кранов), перенаправляющий и перераспределяющий поток бурового промывочного раствора, а в боковой стенке этого переводника имеется отверстие - боковой порт, через которое эпизодически производится промывка скважины. Чтобы обеспечить непрерывную циркуляцию, модифицируется также гидравлическая система промывки - кроме обычной (основной) линии промывки, когда буровой раствор поступает в скважину через вертлюг на верхнем конце бурильной колонны (через верхнюю трубу), создается байпасная линия промывки, для подачи бурового раствора в скважину через боковой порт.To organize a continuous flushing of a well, a special sub (built-in Sub for Continuous Flushing - PNP) built into the drill string is used, which contains a valve (or several valve valves) that redirect and redistribute the drilling fluid flow, and there is an opening in the side wall of this sub - a lateral port through which the well is flushed occasionally. In order to ensure continuous circulation, the hydraulic flushing system is also modified - in addition to the usual (main) flushing line, when the drilling fluid enters the well through the swivel at the upper end of the drill string (through the upper pipe), a bypass flushing line is created to supply the drilling fluid to the well through side port.

Одна из таких систем непрерывной промывки (СНП) разработана компанией Managed Operations International Ltd (МРО) - Non Stop Driller Continuous Circulation System и представлена на сайте компании www.managed-pressure.com. В этой системе, рассматриваемой в качестве аналога, ПНП оборудован двумя клапанами - шаровой запорный кран перекрывает поток бурового раствора через верхнюю трубу, а другой кран, конструкция которого напоминает заслонку, открывает-закрывает боковой порт, обеспечивая подачу бурового раствора в скважину через байпасную линию промывки. В процессе бурения кран бокового порта закрыт, верхний шаровой запорный кран открыт и промывка скважины производится через верхнюю трубу бурильной колонны. При наращивании (или при подъеме, когда труба удаляется из бурильной колонны) к боковому порту ПНП подсоединяется байпасная линия, открывается кран бокового порта, а запорным шаровым краном перекрывается поток промывочной жидкости через верхнюю трубу, которую можно теперь отсоединить от бурильной колонны и произвести наращивание. Промывка скважины при этом не прерывается и производится через байпасную линию. После наращивания краны в ПНП в обратном порядке переводятся в прежнее положение, байпасная линия отсоединяется и промывка скважины возобновляется через верхнюю трубу бурильной колонны.One of such continuous flushing systems (SOPs) was developed by Managed Operations International Ltd (MPO) - Non Stop Driller Continuous Circulation System and is available on the company's website www.managed-pressure.com. In this system, considered as an analog, the PNP is equipped with two valves - a ball shut-off valve blocks the flow of drilling fluid through the upper pipe, and another valve, the design of which resembles a shutter, opens and closes the side port, ensuring the flow of drilling fluid into the well through the bypass flushing line . During the drilling process, the side port valve is closed, the upper ball shut-off valve is open and the well is flushed through the upper pipe of the drill string. When building (or when lifting, when the pipe is removed from the drill string), a bypass line is connected to the side port of the PNP, the side port valve opens, and the shut-off ball valve shuts off the flow of flushing fluid through the upper pipe, which can now be disconnected from the drill string and build up. In this case, the flushing of the well is not interrupted and is carried out through the bypass line. After building up, the cranes in the oil recovery pipe are reversed, the bypass line is disconnected and the flushing of the well is resumed through the top pipe of the drill string.

Наиболее существенный недостаток рассмотренного аналога - сложная конструкция и низкая эксплуатационная надежность крана бокового порта в сравнении, например, с шаровым запорным краном в том же ПНП.The most significant drawback of the considered analogue is the complex design and low operational reliability of the side port crane in comparison, for example, with a ball shut-off valve in the same PNP.

Наиболее близкое техническое решение к заявляемому, принятое за прототип, представлено в патенте US 8201804 В2 от 19 июня 2012 года, автора Semen J Strazhgorodskiy, где описывается трехходовой шаровой кран, совмещающий в себе функции обоих кранов, рассмотренных в аналоге выше. Принцип действия этого шарового крана в составе ПНП 1 иллюстрируется Фиг. 1. Основой крана является шар 2 с двумя отверстиями - сквозным осевым и боковым отверстием, перпендикулярным осевому и соединенным с ним. При бурении шар 2 находится в положении 1 (см. Фиг. 1а), промывка скважины производится через верхнюю трубу, через сквозное осевое отверстие шара. Боковое отверстие шара при этом заглушено; так же заглушен поверхностью шара боковой порт ПНП 3. При наращивании к боковому порту ПНП 3 подводится байпасная линия промывки 4, шар 2 переводится в положение 2 (см. Фиг. 16), перекрывая поток бурового раствора через верхнюю трубу и одновременно открывая боковой порт, через который продолжается промывка скважины из байпасной линии. После наращивания, производя эти же действия в обратной последовательности - соединяя верхнюю трубу с ПНП и подавая через нее буровой раствор, переводя шаровой кран в положение1, прекращая подачу бурового раствора через боковой порт и отсоединяя байпасную линию, восстанавливается режим бурения без прерывания промывки скважины.The closest technical solution to the claimed one, taken as a prototype, is presented in patent US 8201804 B2 dated June 19, 2012, by Semen J Strazhgorodskiy, which describes a three-way ball valve that combines the functions of both valves described in the analogue above. The principle of operation of this ball valve in the PNP 1 is illustrated in FIG. 1. The base of the crane is a ball 2 with two holes - a through axial and a side hole perpendicular to the axial and connected to it. When drilling, the ball 2 is in position 1 (see Fig. 1a), the well is flushed through the upper pipe, through the axial through hole of the ball. The side opening of the ball is muffled; the PNP 3 side port is also drowned out by the surface of the ball. When building up, the PNP 3 side port is supplied with a bypass flushing line 4, ball 2 is moved to position 2 (see Fig. 16), blocking the flow of drilling fluid through the upper pipe and simultaneously opening the side port, through which flushing of the well from the bypass line continues. After building up, performing the same actions in the reverse order - connecting the upper pipe to the oil flow and supplying drilling fluid through it, turning the ball valve to position1, stopping the flow of drilling fluid through the side port and disconnecting the bypass line, the drilling mode is restored without interrupting the flushing of the well.

Основные недостатки прототипа связаны с конструкцией шарового крана, которая схематично показана на Фиг. 2 (рисунок скопирован из соответствующего патента).The main disadvantages of the prototype are associated with the design of the ball valve, which is schematically shown in FIG. 2 (the figure is copied from the corresponding patent).

Шаровой кран собирается в ПНП 1, в котором имеется боковой порт 3 и отверстие 5 для управления через него механизмом поворота шара 6. В отверстие бокового порта 3 закручивается заглушка-пробка 7, исключающая неконтролируемую утечку из него бурового раствора при нарушении герметичности шарового крана. Шар 2 вставляется в цилиндрический корпус 8 и располагается там между шайбами 9 и 10, на торцах которых, обращенных к шару, имеются кольцевые уплотнители, плотно прилегающие к гладкой поверхности шара и обеспечивающие герметичность этих соединений как в статике, так и при вращении шара в корпусе 8. Шайбы, кольцевые уплотнители и упругие элементы 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17 обеспечивают целостность сборки шарового крана в ПНП 1 и требуемый прижим кольцевых уплотнителей к поверхности шара 2, обеспечивающий герметичность шарового крана.The ball valve is assembled in PNP 1, in which there is a lateral port 3 and an opening 5 for controlling the ball 6 rotation mechanism through it. A plug-plug 7 is screwed into the hole of the lateral port 3, eliminating uncontrolled leakage of drilling fluid from it if the ball valve is not tight. The ball 2 is inserted into the cylindrical body 8 and is located there between the washers 9 and 10, on the ends of which, facing the ball, there are ring seals that fit tightly to the smooth surface of the ball and ensure the tightness of these joints both in static and when the ball rotates in the body 8. Washers, O-rings and elastic elements 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 and 17 ensure the integrity of the assembly of the ball valve in the PNP 1 and the required clamp of the ring seals to the surface of the ball 2, ensuring the tightness of the ball valve.

Принципиальный недостаток этого шарового крана - необходимость размещения шара 2 внутри цилиндрического корпуса 8, поэтому внутренний диаметр корпуса должен быть больше диаметра шара (иначе он туда ни сверху ни снизу не пролезет). Поэтому, чтобы герметизировать боковые отверстия в шаре, используются специальные накладки 18 и 19, внутренняя поверхность которых выполнена в виде шарового углубления, на поверхности которых имеются кольцевые канавки, куда вставляются кольцевые уплотнители. Внешняя поверхность этих накладок цилиндрическая и вписывается в цилиндрическую стенку корпуса 8; накладки крепятся к корпусу упругими разрезными кольцами 20 и 21. При достаточном прижиме гладкая поверхность шара будет плотно прилегать к кольцевым уплотнителям в шаровых углублениях на внутренних стенках накладок, обеспечивая герметичность шарового крана со стороны бокового порта ПНП 3. Герметичность зазоров между внешней стороной накладок и внутренней стенкой ПНП 1 обеспечивается специальными резиновыми уплотнителями, канавки под которые имеются на внешней стороне накладок. Надежность такой "ступенчатой" герметизации, особенно герметизации внешней, цилиндрической стороны накладок, при длительном функционировании ПНП при высоком давлении бурового раствора, больших скоростях потока, наличии в нем песка и твердой фазы, в широком диапазоне температуры, при непрерывном ударном и вибрационном механическом воздействии будет недостаточной для длительной эксплуатации этого шарового крана. Кроме этого, за счет многофункциональности рассмотренного шарового крана, т.е. совмещения в нем функций двух кранов - обычного запорного шарового крана и крана для бокового порта, его конструкция значительно усложнилась, что также приводит к снижению его эксплуатационной надежности.The principal drawback of this ball valve is the need to place the ball 2 inside the cylindrical body 8, so the inner diameter of the body must be larger than the diameter of the ball (otherwise it will not creep in from above or below). Therefore, to seal the side openings in the ball, special pads 18 and 19 are used, the inner surface of which is made in the form of a spherical recess, on the surface of which there are annular grooves where the O-rings are inserted. The outer surface of these linings is cylindrical and fits into the cylindrical wall of the housing 8; the pads are attached to the body by elastic split rings 20 and 21. With sufficient pressure, the smooth surface of the ball will fit snugly to the O-rings in the ball recesses on the inner walls of the pads, ensuring the tightness of the ball valve on the side of the PNP side port 3. Tightness of the gaps between the outside of the pads and the inner the PNP wall 1 is provided with special rubber seals, grooves for which are on the outside of the linings. The reliability of such a "stepwise" sealing, especially sealing the outer, cylindrical side of the linings, with long-term operation of the oil recovery medium with high drilling fluid pressure, high flow rates, the presence of sand and a solid phase in it, over a wide temperature range, with continuous shock and vibration mechanical stress will insufficient for long-term operation of this ball valve. In addition, due to the multifunctionality of the considered ball valve, i.e. combining the functions of two cranes in it - a conventional shut-off ball valve and a crane for the side port, its design has become much more complicated, which also leads to a decrease in its operational reliability.

Для устранения указанных недостатков прототипа предлагается использовать в ПНП шаровой кран бокового порта, в котором для упрощения конструкции и повышения эксплуатационной надежности шар выполнен усеченным, ограниченным сверху и снизу параллельными плоскостями, расположенными перпендикулярно оси сквозного отверстия по обе стороны от бокового отверстия в шаре, и составным из трех частей - двух шаровых сегментов, диаметрально расположенных по краям шара, в одном из которых располагается боковое отверстие, и центральной части, в которой располагается осевое сквозное отверстие, причем боковая поверхность центральной части ограничена цилиндром, диаметр которого не превышает диаметр основания шаровых сегментов, поверхности, разделяющие составные части шара друг от друга, параллельны друг другу и коаксиальны оси сквозного отверстия, а герметизирующие накладки выполнены как диаметрально расположенные части боковой поверхности цилиндрического корпуса, в котором имеется боковое отверстие, ось которого совпадает с осью углубления шаровой формы в стенке корпуса. Кроме этого, составной шар крана располагается в корпусе таким образом, что ось его сквозного отверстия совпадает с осью цилиндра корпуса, а привод шара обеспечивает его поворот вокруг этой оси. В дополнении к этому, с целью обеспечения надежной герметизации крана в зазоры между составными частями шара размещаются упругие элементы, обеспечивающие прижим поверхностей шаровых сегментов к углублениям шаровой формы в стенке корпуса.To eliminate these disadvantages of the prototype, it is proposed to use a side port ball valve in the PNP, in which, to simplify the design and increase operational reliability, the ball is made by truncated parallel planes bounded above and below, perpendicular to the axis of the through hole on both sides of the side hole in the ball, and composite of three parts - two spherical segments diametrically located at the edges of the ball, in one of which there is a side hole, and a central part in which the axial through hole is located, and the lateral surface of the central part is limited by a cylinder whose diameter does not exceed the diameter of the base of the ball segments, the surfaces separating the components of the ball from each other are parallel to each other and coaxial to the axis of the through hole, and the sealing pads are made as diametrically located parts the lateral surface of the cylindrical body, in which there is a side hole, the axis of which coincides with the axis of the spherical recess in the wall of the body. In addition, the composite ball of the crane is located in the housing in such a way that the axis of its through hole coincides with the axis of the cylinder of the housing, and the ball drive ensures its rotation around this axis. In addition to this, in order to ensure reliable sealing of the valve, elastic elements are placed in the gaps between the components of the ball, which ensure that the surfaces of the ball segments are pressed against the recesses of the spherical shape in the wall of the housing.

Фиг. 3 - Фиг. 6 иллюстрируют принцип построения, конструкцию, сборку и функционирование заявляемого шарового крана бокового порта непрерывной промывки.FIG. 3 - FIG. 6 illustrate the principle of construction, construction, assembly and operation of the inventive ball valve side port continuous flushing.

На Фиг. 3 представлен усеченный составной шар и его составные части, образующие основу заявляемого устройства. 22 и 23 - диаметрально расположенные шаровые сегменты, 24 - центральная часть шара с осевым сквозным отверстием 25, 26 - боковое отверстие в шаровом сегменте 22, которое через отверстие 27 соединяется с осевым сквозным отверстием в центральной части шара. В верхней части фигуры показан вид сверху на шар, вдоль осевого сквозного отверстия, в нижней части - вид спереди, перпендикулярно оси этого отверстия. Фиг. З иллюстрирует также параллельность и коаксиальность поверхностей, отделяющих составные части шара друг от друга.In FIG. 3 presents a truncated composite ball and its components forming the basis of the claimed device. 22 and 23 are diametrically located spherical segments, 24 is the central part of the ball with an axial through hole 25, 26 is the side hole in the ball segment 22, which is connected through the hole 27 to the axial through hole in the central part of the ball. The upper part of the figure shows a top view of the ball along the axial through hole, in the lower part - front view, perpendicular to the axis of this hole. FIG. З also illustrates the parallelism and coaxiality of the surfaces separating the components of the ball from each other.

На Фиг. 4 детально показан состав заявляемого шарового крана бокового порта непрерывной промывки, а на Фиг. 5 - этот же шаровой кран в сборе в ПНП 1. 22, 23 и 24 - это составные части усеченного шара, 22 и 23 - шаровые сегменты с боковым отверстием 26 в сегменте 22, которое соединяется отверстием 27 с осевым сквозным отверстием в центральной части 24. Эта часть видоизменена (по сравнению с аналогичной частью на Фиг. 3) за счет увеличения вверх и вниз осевого центрального отверстия, заключенного в трубу 28. Боковая часть центральной части, расположенная между плоскостями, усекающими шар, осталась без изменений. Снизу на трубе центральной части располагаются цилиндрические ступенчатые утолщения 29 и 30, причем нижняя сторона основания цилиндра 30 выполнена в виде зубчатой шестеренки, через которую производится поворот центральной части (и составного шара в целом) относительно оси сквозного отверстия в нем.In FIG. 4 shows in detail the composition of the inventive ball valve side port continuous flushing, and FIG. 5 - the same ball valve assembly in PNP 1. 22, 23 and 24 are the components of a truncated ball, 22 and 23 are ball segments with a side hole 26 in segment 22, which is connected by a hole 27 with an axial through hole in the Central part 24 This part is modified (compared with the same part in Fig. 3) due to the increase of the up and down axial central holes enclosed in the pipe 28. The lateral part of the central part, located between the planes truncating the ball, remained unchanged. Bottom on the pipe of the central part are cylindrical step thickenings 29 and 30, and the lower side of the base of the cylinder 30 is made in the form of a gear gear through which the central part (and the composite ball as a whole) is rotated relative to the axis of the through hole in it.

Перед сборкой на центральную часть надеваются нижние крышки цилиндра корпуса 31 и 32 с центральными круговыми отверстиями и со специальными прорезями, позволяющими их продеть через боковые стороны 24 центральной части и через окружность ступенчатого цилиндрического утолщения 29. Туда же устанавливается упругий элемент 33 (пружина) специальной формы. Упругие элементы 34 и 35 располагаются на боковых сторонах центральной части усеченного шара в зазорах между составными частями шара. В цилиндрическом корпусе 8 имеются шаровые углубления 36 и 37 с кольцевыми канавками 38 и 39 в каждой, расположенными соосно с углублениями, а в углублении 37 (также соосно с ним) располагается боковое отверстие в стенке цилиндра 40, являющееся частью бокового порта ПНП. На внешней стенке цилиндра 8 располагаются кольцевые канавки 41 и 42 для размещения в них кольцевых уплотнителей, для герметизации бокового порта ПНП. Верхняя крышка цилиндра 43 имеет центральное круговое отверстие, в которое вставляется верхний подшипник 44, а между их плоскостями располагается упругий элемент - кольцевая пружина 45. Гайка 46 при сборке шарового крана наворачивается на резьбу 47 и завершает сборку сверху верхнее упорное цилиндрическое кольцо 48, кольцевая пружина 49 и шайба 50.Before assembly, the lower covers of the cylinder of the housing 31 and 32 with central circular holes and with special slots are put on the central part, allowing them to be passed through the sides 24 of the central part and through the circumference of the stepped cylindrical thickening 29. An elastic element 33 (spring) of a special shape is installed there . The elastic elements 34 and 35 are located on the sides of the Central part of the truncated ball in the gaps between the components of the ball. In the cylindrical body 8 there are spherical recesses 36 and 37 with annular grooves 38 and 39 in each, located coaxially with the recesses, and in the recess 37 (also coaxially with it) there is a side hole in the wall of the cylinder 40, which is part of the side port of the PNP. On the outer wall of the cylinder 8, there are annular grooves 41 and 42 for placing ring seals in them, for sealing the side port of the PNP. The top cover of the cylinder 43 has a central circular hole into which the upper bearing 44 is inserted, and an elastic element — an annular spring 45 — is located between their planes. Nut 46 is screwed onto the thread 47 when assembling the ball valve and completes the assembly from above the upper thrust cylindrical ring 48, the annular spring 49 and washer 50.

Снизу устанавливаются два цилиндрических кольца 51 и 52 с перегородками внутри. В перегородках имеются полукруглые отверстия для размещения в них оси приводной шестеренки 53, которая, вращаясь, входит в зацепление с шестеренкой 30 и поворачивает составной шар крана вокруг оси его сквозного отверстия относительно корпуса 8.Below are two cylindrical rings 51 and 52 with partitions inside. In the partitions there are semicircular openings for accommodating the axis of the drive gear 53, which, while rotating, engages with the gear 30 and rotates the composite ball of the crane around the axis of its through hole relative to the housing 8.

Перед сборкой внутрь кольцевых канавок 38, 39, 41 и 42 устанавливаются кольцевые уплотнители O-ring. Сборка шарового крана начинается с размещения внутри корпуса 8 один за другим двух шаровых сегментов 22 и 23, затем, раздвигая их до упора шаровых поверхностей сегментов в кольцевые уплотнители, расположенные в канавках 38 и 39 в шаровых углублениях в стенке корпуса. В образовавшийся зазор между ними вставляется центральная часть шара 24 с предварительно установленными на ней двух нижних крышек корпуса 31 и 32, кольцевой пружины 33 и упругих элементов 34 и 35 (таких упругих элементов всего четыре, два из которых располагаются симметрично на невидимой части чертежа). Эта центральная часть шара вставляется в зазор до упора ступенчатого цилиндрического утолщения 29 в нижнюю плоскость усеченных шаровых сегментов 22 и 23.Before assembly, O-rings are installed inside the annular grooves 38, 39, 41, and 42. The assembly of the ball valve begins with the placement of two ball segments 22 and 23 inside the housing 8, one after the other, then pushing them all the way to the ball surfaces of the segments in the ring seals located in the grooves 38 and 39 in the ball recesses in the wall of the housing. In the gap between them, the central part of the ball 24 is inserted with the two lower covers of the housing 31 and 32, the annular spring 33 and the elastic elements 34 and 35 pre-installed on it (there are only four such elastic elements, two of which are located symmetrically on the invisible part of the drawing). This central part of the ball is inserted into the gap to the stop of the stepped cylindrical thickening 29 in the lower plane of the truncated ball segments 22 and 23.

Далее на выступающую сверху из корпуса 8 трубу 28 центральной части усеченного шара устанавливается верхняя крышка корпуса 43 с центральным круговым отверстием, в зазор между этим отверстием и трубой 28 вставляется втулка-подшипник верхний 44, а между плоскостями верхней крышки 43 и подшипника 44 устанавливается кольцевая пружина 45. Вся сборка стягивается гайкой 46, наворачиваемой на резьбу 47 до упора подшипника 44 в верхнюю плоскость усеченных шаровых сегментов 22 и 23. Верхняя 43 и нижние 31 и 32 крышки прижимаются к нему пружинами 33 (снизу) и 45 (сверху) с силой, определяемой только их упругостью и высотой зазоров, где они располагаются, и не зависящей, например, от момента закручивания гайки 46. Центральная часть усеченного шара 24 совместно с шаровыми сегментами 22 и 23 может вращаться вокруг оси сквозного отверстия, скользя, через кольцевые пружины по крышкам корпуса. Сила сжатия кольцевых пружин противодействует вертикальному смещению составного шара внутри корпуса 8.Next, the upper cover of the housing 43 with a central circular hole is installed on the pipe 28 protruding from the top of the housing 8 from the center of the truncated ball and the central circular hole is inserted into the gap between this hole and the pipe 28; the upper bearing sleeve 44 is inserted, and an annular spring is installed between the planes of the upper cover 43 and the bearing 44 45. The whole assembly is pulled together by a nut 46, screwed onto the thread 47 until the bearing 44 abuts against the upper plane of the truncated ball segments 22 and 23. The upper 43 and lower 31 and 32 covers are pressed against it by springs 33 (bottom) and 45 (over ) with a force determined only by their elasticity and the height of the gaps where they are located, and not depending, for example, on the moment of tightening of the nut 46. The central part of the truncated ball 24 together with the ball segments 22 and 23 can rotate around the axis of the through hole, sliding through ring springs on the housing covers. The compression force of the annular springs counteracts the vertical displacement of the composite ball inside the housing 8.

Окончательная сборка заявляемого шарового крана производится в специальном переводнике 1 (который является частью ПНП) и показана на Фиг. 5. В нем имеется боковое отверстие 3 - боковой порт, которое при бурении закрыто герметичной предохранительной заглушкой 7. Еще одно отверстие в боковой стенке переводника 5 предназначено для установки в нем штока управления 54 шаровым краном, через который вращение передается на приводную шестеренку крана 53; герметичность этого отверстия и штока управления обеспечивается специальной гильзой 55 с внешними и внутренними уплотнителями.The final assembly of the inventive ball valve is made in a special sub 1 (which is part of the PNP) and is shown in FIG. 5. It has a side hole 3 — a side port, which is closed by a sealed safety plug 7. When drilling, another hole in the side wall of the sub 5 is used to install the control rod 54 in it with a ball valve through which rotation is transmitted to the crane gear 53; the tightness of this hole and the control rod is provided by a special sleeve 55 with external and internal seals.

Снизу к корпусу прижимаются два цилиндрических кольца - нижнее кольцо 51 и нижнее упорное кольцо 52, между ними устанавливается приводная шестеренка 53, которая при отсутствии зазоров между кольцами фиксируется в пространстве между ними с возможностью ее вращения вокруг собственной оси. Кольцо 52 в процессе сборки прижимается своей верхней цилиндрической кромкой к нижней кромке корпуса цилиндра 51, а высота этих колец и диаметр шестеренки 53 подобраны таким образом, что в сборе зубчатая поверхность шестеренки 53 совмещается и входит в зацепление с шестеренкой 30, передавая вращение от штока управления 54 шаровому крану.Two cylindrical rings are pressed from the bottom to the casing - the lower ring 51 and the lower thrust ring 52, a drive gear 53 is installed between them, which, in the absence of gaps between the rings, is fixed in the space between them with the possibility of rotation around its own axis. The ring 52 in the assembly process is pressed with its upper cylindrical edge to the lower edge of the cylinder body 51, and the height of these rings and the diameter of the gear 53 are selected so that the complete gear surface of the gear 53 is aligned and engages with the gear 30, transmitting rotation from the control rod 54 ball valves.

Сверху к верхней кромке корпуса 8 прижимается верхнее упорное кольцо 48, а поверх него - кольцевая пружина 49 и шайба 50. Все эти элементы - между верхней шайбой 50 и нижним упорным кольцом 52 устанавливаются через ниппельную часть в переводнике 1 до посадки нижнего упорного кольца 52 на кольцевой выступ 56 в теле переводника, после чего прижимаются переводником 57 до упора. Сжатие всей конструкции производится по стенкам цилиндрических колец 48, 51, 52 и стенки корпуса 8 до кольцевого выступа 56 и не воздействует на вращающиеся элементы крана.The upper thrust ring 48 is pressed against the upper edge of the housing 8, and the annular spring 49 and the washer 50 are pressed over it. All these elements are installed between the upper washer 50 and the lower thrust ring 52 through the nipple part in the sub 1 until the lower thrust ring 52 fits onto an annular protrusion 56 in the body of the sub, after which they are pressed by the sub 57 all the way. The entire structure is compressed along the walls of the cylindrical rings 48, 51, 52 and the wall of the housing 8 to the annular protrusion 56 and does not affect the rotating elements of the crane.

Все кромки цилиндрических стенок корпуса и колец выполнены в виде чередующихся выступов и углублений. При сборке выступы на одних кромках попадают в соответствующие углубления на других, что исключает их взаимный поворот и облегчает сборку. Также выступы имеются и на нижней кромке нижнего упорного кольца, а на кольцевом выступе 56 - соответствующие углубления, что обеспечивает точную "фазировку" элементов шарового крана относительно отверстий в переводнике 1. Боковое отверстие 40 в корпусе 8 совпадает с отверстием 3 в стенке переводника 1 (боковой порт), а отверстие 5 под гильзу 55 располагается таким образом, что оси штока управления 54 и приводной шестеренки 53 располагаются на одной прямой (или вблизи нее), что обеспечивает их стыковку и вращение шарового крана через шток 54.All edges of the cylindrical walls of the housing and rings are made in the form of alternating protrusions and recesses. When assembling, the protrusions on one edge fall into the corresponding recesses on the other, which eliminates their mutual rotation and facilitates assembly. There are also protrusions on the lower edge of the lower thrust ring, and on the annular protrusion 56 there are corresponding recesses, which ensures accurate “phasing” of the ball valve elements relative to the holes in the sub 1. The side hole 40 in the housing 8 coincides with the hole 3 in the wall of the sub 1 ( side port), and the hole 5 under the sleeve 55 is located so that the axis of the control rod 54 and the drive gear 53 are located on one straight line (or near it), which ensures their docking and rotation of the ball valve through the rod 54.

В заявляемом шаровом кране всегда обеспечивается свободное движение жидкости через его осевое сквозное отверстие. В нормальном состоянии шаровые сегменты 22 и 23 установлены таким образом, что отверстие 3, а также боковое отверстие 40 полностью перекрывается шаровой поверхностью сегмента 22, причем герметичность перекрытия обеспечивается уплотнительными кольцами O-ring в кольцевых канавках 38, 41 и 42. Вращая управляющий шток 54, шаровые сегменты 22 и 23 поворачиваются вплоть до положения, когда оси отверстия 40 в корпусе 8 (и отверстие 3 бокового порта) и отверстия 26 в шаровом сегменте совпадут. В этом положении шаровой кран полностью открыт и жидкость из бокового порта попадает в осевое сквозное отверстие крана, причем герметичность его обеспечивается теми же уплотнительными кольцами. Такая герметизация бокового порта проще и надежней, чем в прототипе. Симметричное расположение шарового сегмента 23 (по отношении к сегменту 22) и уплотнительного кольца 39 (по отношению к кольцу 38) обеспечивает равновесное состояние усеченного шара под воздействием внешних и внутренних сил. Функциональная простота заявляемого крана обеспечила и простоту его конструкции по сравнению с прототипом, что является залогом его более высокой эксплуатационной надежности.In the inventive ball valve always provides free movement of fluid through its axial through hole. In the normal state, the ball segments 22 and 23 are installed so that the hole 3, as well as the side hole 40, are completely blocked by the ball surface of the segment 22, and the tightness of the overlap is provided by O-rings in the ring grooves 38, 41 and 42. Rotating the control rod 54 , the ball segments 22 and 23 rotate up to the position where the axis of the hole 40 in the housing 8 (and the hole 3 of the side port) and the hole 26 in the ball segment match. In this position, the ball valve is fully open and fluid from the side port enters the axial through hole of the valve, and its tightness is ensured by the same o-rings. Such sealing of the side port is simpler and more reliable than in the prototype. The symmetrical arrangement of the ball segment 23 (with respect to the segment 22) and the sealing ring 39 (with respect to the ring 38) provides the equilibrium state of the truncated ball under the influence of external and internal forces. The functional simplicity of the claimed crane ensured the simplicity of its design in comparison with the prototype, which is the key to its higher operational reliability.

Работа заявляемого шарового крана в системе непрерывной промывки иллюстрируется на Фиг. 6.The operation of the inventive ball valve in a continuous flushing system is illustrated in FIG. 6.

В ПНП, состоящем из двух переводников 1 и 57, размещаются два крана - обычный запорный шаровой кран 58, перекрывающий поток промывочной жидкости из верхней трубы, и заявляемый шаровой кран 59, управляющий потоком промывочной жидкости из байпасной линии промывки 4 через боковой порт ПНП 3. При бурении (Фиг. 6b), когда буровой раствор в скважину подается через верхнюю трубу, запорный шаровой кран 58 находится в открытом состоянии (положении 1), а заявляемый шаровой кран 59 - в закрытом состоянии (положение 1), перекрывая отверстие бокового порта 3 и пропуская поток бурового раствора через свое осевое сквозное отверстие. При наращивании - Фиг. 6б (или при подъеме, удаляя трубу из бурильной колонны), промывка скважины производится через байпасную линию промывки 4, подсоединенную к боковому порту ПНП 3. При этом заявляемый шаровой кран 59 переводится в положение 2, открывая боковой порт 3 для подачи в бурильную колонну бурового раствора из байпасной линии промывки 4, а запорный шаровой кран 58 переводится в положение 2, перекрывая промывку через верхнюю трубу - теперь она может быть удалена без прекращения циркуляции бурового раствора в скважине. После наращивания (или после удаления трубы при подъеме) восстанавливается прежнее состояние ПНП в обратной последовательности - подается промывка через верхнюю трубу, запорный шаровой кран 58 открывается (переводится в положение 1), заявляемый шаровой кран 59 закрывается (переводится в положение 1), байпасная линия промывки 4 отсоединяется от бокового порта 3. Промывка через верхнюю трубу восстанавливается без прекращения циркуляции и продолжается бурение скважины.In the PNP, consisting of two sub 1 and 57, two valves are placed - a conventional shut-off ball valve 58, which blocks the flow of flushing fluid from the upper pipe, and the inventive ball valve 59, which controls the flow of flushing fluid from the bypass flushing line 4 through the side port of the ПНП 3. During drilling (Fig. 6b), when the drilling fluid is fed into the well through the upper pipe, the shut-off ball valve 58 is in the open state (position 1), and the inventive ball valve 59 is in the closed state (position 1), blocking the hole of the side port 3 and skip Single mud flow through its axial through hole. When building - Fig. 6b (or when lifting, removing the pipe from the drill string), the well is flushed through a bypass flushing line 4 connected to the side port of the oil recovery pipe 3. In this case, the inventive ball valve 59 is moved to position 2, opening the side port 3 for feeding the drill string mud from the bypass flushing line 4, and the shut-off ball valve 58 is moved to position 2, blocking the flushing through the upper pipe - now it can be removed without stopping the circulation of the drilling fluid in the well. After the build-up (or after removing the pipe when lifting), the PNP returns to its previous state in the reverse sequence - flushing through the upper pipe is supplied, the shut-off ball valve 58 opens (translates into position 1), the inventive ball valve 59 closes (translates into position 1), the bypass line flushing 4 is disconnected from the side port 3. Flushing through the upper pipe is restored without stopping circulation and well drilling continues.

Замена трехходового шарового крана, сложного, многофункционального и поэтому недостаточно надежного, на два, один из которых - запорный шаровой кран представляет собой традиционное, высоконадежное буровое оборудование, давно и успешно использующееся в бурении, а другой - заявляемый шаровой кран, конструктивно и функционально проще и поэтому надежней прототипа, повышает надежность системы непрерывной промывки скважины в целом.Replacing a three-way ball valve, complex, multi-functional and therefore not sufficiently reliable, with two, one of which is a shut-off ball valve is a traditional, highly reliable drilling equipment that has been successfully used in drilling for a long time, and the other - the claimed ball valve, is structurally and functionally simpler and therefore, more reliable than the prototype, it increases the reliability of the continuous well washing system as a whole.

Claims

1. A ball valve of the side port for continuous flushing of wells, comprising a ball with an axial through hole and with a side hole perpendicular to the axial hole and connected thereto, a cylindrical body with side holes, sealing linings, the outer side of which is cylindrical in shape and the inside is a ball-shaped recess on the surface of which there is an annular groove for an annular seal, a drive for rotating the ball inside the housing, springs for pressing the sealing linings to the surface of the ball, characterized in that in order to reduce the dimensions of the valve, simplify its design and increase operational reliability, the ball is made truncated, bounded above and below by parallel planes located perpendicular to the axis of the through hole on both sides of the side hole in the ball, and composed of three parts - two ball segments diametrically located at the edges of the ball, in one of which a side hole is located, and a central part in which an axial through hole is located, the side surface of the center nth part is limited by a cylinder whose diameter does not exceed the diameter of the base of the ball segments, the surfaces separating the constituent parts of the ball from each other are parallel to each other and coaxial to the axis of the through hole, and the sealing pads are made as diametrically located parts of the side surface of a cylindrical body in which there is a side the hole, the axis of which coincides with the axis of the deepening of the spherical shape in the wall of the housing.

2. The device according to p. 1, characterized in that the composite ball of the crane is located in the housing in such a way that the axis of its through hole coincides with the axis of the cylinder of the housing, and the ball drive ensures its rotation around this axis.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that in order to ensure reliable sealing of the valve, springs are placed in the gaps between the components of the ball, which ensure that the ball surfaces of the ball segments are pressed against the recesses of the ball shape in the housing wall.