RU2813603C1 - Обратный клапан для обсадной колонны - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к обратным клапанам, применяемым при цементировании обсадных колонн. Обратный клапан для обсадной колонны содержит корпус, седло с посадочной поверхностью, жестко установленное в корпусе, шток, тарелку, жестко соединенную с штоком, пружину, цангу. Обратный клапан оснащён постаментом, жестко соединенным с корпусом, нажимной втулкой и проходной втулкой, жестко установленной на штоке. Цанга в нижней части жестко соединена с постаментом. Цанга в верхней части в зоне раскрытия оснащена утолщением, имеющим снизу плоскую поверхность, перпендикулярную оси клапана и коническую в верхней части. Цангу охватывает разрывной предохранительный хомут. Предварительно сжатая пружина одним концом упирается в постамент, другим в упорную втулку. Внутренний диаметр цанги в раскрытом состоянии в месте утолщения и внутренний диаметр нажимной втулки обеспечивают свободный проход в осевом направлении упорной втулки. Достигается технический результат - упрощение и повышение надежности конструкции. 4 ил.

Description

Изобретение относится к обратным клапанам низа обсадной колонны и может применяться при цементировании обсадных колонн.

Известен клапан для обсадной колонны (см. патент РФ №2 298 640, МПК. Е21В 34/10, опубликованный 10.06.2007 г. Бюллетень №13), включающий ограничитель с седлом и с осевым и боковыми каналами, полую втулку, подпружиненный тарельчатый клапан. Последний выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с седлом. Полая втулка установлена в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметического перекрытия. Последние расположены между осевым каналом и седлом. Осевой канал ограничителя снабжен снизу заглушкой. Тарельчатый клапан выполнен с возможностью осевого перемещения, не перекрывая боковые каналы ограничителя.

Недостатком данной конструкции являются небольшие размеры каналов по которым при спуске обсадной колонны в скважину происходит ее заполнение скважинной жидкостью, содержащей крупные частицы твердой фазы, забивающие эти каналы, что приводит к потере работоспособности устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является "Клапан обратный самозаполняющийся типа КОС" (см. https://drillings.rii/kos-klap), включающий откидную подпружиненную плашку, кольцо установочное, боковой канал, каналы радиальные, поршень, пружину, кольцо уплотнительное, трубу, воронку, штифт срезной, выемку кольцевую, цангу, втулку перекрывающую, корпус, уплотнение, плашку, ось, и шар. Каждое из глухих отверстий пересекается двумя сквозными радиальными отверстиями, нижние радиальные отверстия образуют с глухими перепускные каналы из-под плашечной полости колонны в надплашечную и перекрыты подпружиненными поршнями. Самозаполнение колонны труб при спуске их в скважину с поддержанием уровня жидкости, близком к устью, обеспечивается наличием в клапане типа КОС откидной подпружиненной плашки в нижней его части, подпружиненных тарированными пружинами поршней, установленных в глухих цилиндрических отверстиях, оси которых параллельны продольной оси симметрии клапана. Исключение перетока тампонажного раствора из затрубного пространства в колонну труб по окончании процесса цементирования обеспечивается наличием в центральном канале клапана КОС перекрывающей втулки, установленной с возможностью взаимодействия со сбрасываемым элементом и перемещения вниз до пропуска через себя этого элемента и перекрытия нижних и верхних радиальных отверстий, пересекающих глухие отверстия. Подпружиненная плашка перекрывает центральный канал клапана и жидкость из-под плашечного пространства в надплашечное перетекает под действием небольшого (заданного) перепада давления в колонне, обусловленного сопротивлением тарированных пружин перемещению вверх поршней в глухих отверстиях и открытию нижних радиальных отверстий. В процессе спуска обсадной колонны в скважину перекрывающая втулка закреплена в корпусе КОС в верхнем положении срезным штифтом. После завершения спуска колонны при промывке скважины в колонну труб сбрасывают шар, который в расчетное время садится на верхнюю разрезанную часть перекрывающей втулки. Давление на устье повышают до момента среза штифта, связывающего перекрывающую втулку с корпусом. Втулка перемещается вниз, перекрывает верхние и нижние радиальные отверстия и фиксируется в расточке корпуса своей расширяющейся верхней разрезной частью, через которую шар проходит вниз и с потоком жидкости, отжимающей плашку, падает на забой скважины. Для дальнейшего перепуска жидкости и цементирования остается свободным только центральный канал КОС, перекрытый подпружиненной плашкой. Недостатками этого клапана являются:

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

во-вторых, небольшие размеры каналов по которым при спуске обсадной колонны в скважину происходит ее заполнение скважинной жидкостью, содержащей крупные частицы твердой фазы, забивающие эти каналы, что приводит к потере работоспособности устройства.

в третьих, применение сбрасываемого в обсадную колонну шара, который должен попасть в клапан строго по оси, что в большинстве случаев невозможно, особенно в наклонных и горизонтальных скважинах.

Задача изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности работы обратного клапана для обсадной колонны.

Поставленная задача достигается тем, что в корпус установлен постамент, жестко соединенный с ним, на постаменте жестко смонтирована цанга, которая в верхней части в зоне раскрытия оснащена утолщением, имеющем снизу плоскую поверхностью, перпендикулярную оси клапана и коническую в верхней части утолщения, в верхней части штока установлена проходная втулка жестко соединенная с ним, в конической поверхности цанги свободно установлена нажимная втулка с возможностью перемещаться в осевом направлении. Цангу охватывает разрывной предохранительный хомут. Предварительно сжатая пружина одним концом упирается в постамент, другим в упорную втулку, при этом, внутренний диаметр цанги в раскрытом состоянии в месте утолщения и внутренний диаметр нажимной втулки обеспечивают свободный проход в осевом направлении упорной втулки.

На фиг.1 изображен обратный клапан в исходном положении при спуске обсадной колонны в скважину и ее заполнении скважинной жидкостью.

На фиг.2 то же в процессе закачки цементного раствора в обсадную колонну и вытеснение им скважинной жидкости из обсадной колонны.

На фиг.3 изображен обратный клапан в момент прокачки через него цементного раствора.

На фиг.4 изображен обратный клапан в момент окончания закачки цементного раствора в затрубное пространство.

Стрелками показано направление движения различных жидкостей.

Обратный клапан для обсадной колонны состоит из корпуса 1, седла 2 с посадочной поверхностью, тарелки 3, штока 4, постамента 5, пружины 6, цанги 7, разрывного хомута 8, проходной втулки 9, нажимной втулки 10. Корпус обратного клапана привинчен к низу обсадной колонны 11, внутри которой установлено стоп кольцо 12 на которое садится нижняя цементировочная пробка 13. Седло 2 жестко закреплено в корпусе 1, а тарелка 3, жестко соединена с штоком 4 на противоположном конце которого жестко прикреплена проходная втулка 9. Тарелка 3 при осевом перемещении вверх образует с посадочным местом седла 2 герметичную пару. Постамент 5 жестко закреплен в корпусе 1. Шток 4 проходит через центральное отверстие постамента 5 с возможностью перемещаться в осевом направлении. Между постаментом 5 и проходной втулкой 9 установлена сжатая пружина 6 с возможностью разжиматься в осевом направлении. Цанга 7 в нижней части жестко соединена с постаментом, а верхней части в зоне раскрытия оснащена утолщением, имеющем снизу плоскую поверхностью 14, перпендикулярную оси клапана и коническую 15 в верхней части.

Устройство работает следующим образом

Клапан для обсадной колонны в сборе (см. фиг 1) привинчивается к обсадной колонне 11, которая спускается в скважину на заданную глубину. В процессе спуска происходит самозаполнение обсадной колонны, когда скважинная жидкость поступает во внутреннее пространство обсадной колонны, перетекая снизу через зазор между тарелкой 3 и посадочной поверхностью седла 2 благодаря чему не требуется долив жидкости в обсадную колонну. По достижению требуемой глубины спуска в обсадную колонну вставляют нижнюю цементировочную пробку 13 и закачивают внутрь колонны цементный раствор (см. фиг.2). Цементный раствор вытесняет скважинную жидкость через зазор между тарелкой 3 и посадочной поверхностью седла 2 в затрубное пространство. При подходе нижней цементировочной пробки 13 (см. фиг.3) к стоп кольцу 12 она нажимает своей нижней частью на нажимную втулку 10, которая перемещаясь в осевом направлении по конической поверхности 15 при разрыве предохранительного хомута 8 разжимает цангу 7 до размера, обеспечивающего проход через нее проходной втулки. Под действием давления цементного раствора, который проходит через нижнюю цементировочную пробку и окна постамента 5, тарелка 3 отходит от седла 2, образуя зазор для прохода цемента в затрубье.

По завершении закачки цементного раствора (см. фиг.4) давление над тарелкой 3 становится меньше, чем под ней, и она садится на посадочное место седла 2, предотвращая перетекание цементного раствора в обсадную колонну.

Предлагаемый обратный клапан для обсадной колонны является простой и надежной конструкцией с небольшим количеством деталей, прост в изготовлении и применении, что в результате приводит к экономии материалов и финансовых затрат.

Claims (1)

1. Обратный клапан для обсадной колонны, включающий корпус, седло с посадочной поверхностью, жестко установленное в корпусе, шток, тарелку, жестко соединенную со штоком, пружину, цангу, отличающийся тем, что обратный клапан оснащен постаментом, жестко соединенным с корпусом, проходной втулкой, жестко установленной на штоке, нажимной втулкой, цанга в нижней части жестко соединена с постаментом, а в верхней части в зоне раскрытия оснащена утолщением, имеющим снизу плоскую поверхность, перпендикулярную оси клапана и коническую в верхней части, цангу охватывает разрывной предохранительный хомут, предварительно сжатая пружина одним концом упирается в постамент, другим в упорную втулку, при этом внутренний диаметр цанги в раскрытом состоянии в месте утолщения и внутренний диаметр нажимной втулки обеспечивают свободный проход в осевом направлении упорной втулки.