RU37135U1

RU37135U1 - DRILLING RING OVERVALVE

Info

Publication number: RU37135U1
Application number: RU2003112758/20U
Authority: RU
Inventors: Д.А. Голдобин; А.В. Соболев
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-04-10

Description

МКИЕ21В4/00MKIE21V4 / 00

Переливной клапан бурильной колонныDrill string overflow valve

Полезная модель относится к области буровой техники и предназначено для гидравлического сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско - подъемных операциях.The utility model relates to the field of drilling equipment and is intended for hydraulic communication of the internal cavity of the drill string with the annulus during tripping.

Известен переливной клапан фирмы «Dyna-Drill (см. книгу Балденко Д. Ф., Балденко Ф. Д;,; Гноевых А. Н «Винтовые забойные двигатели, М;, Недра, 1999 г., стр. 73, рис. 3.19), содержащий корпус с радиальными отверстиями, подпружиненный поршень, перемещающийся в корпусе, седло и уплотнения.Known overflow valve company "Dyna-Drill (see the book Baldenko D.F., Baldenko F. D ;,; Gnoev A. N" Screw downhole motors, M ;, Nedra, 1999, p. 73, Fig. 3.19 ) containing a housing with radial holes, a spring-loaded piston moving in the housing, a seat and seals.

Недостатком известного клапана является то, что перемещение поршня с уплотнениями в корпусе клапана сопровождается трением. В абразивной среде промывочной жидкости это приводит к быстрому износу уплотнений, поршня и внутренней поверхности корпуса. В результате этого клапан перестает функционировать.A disadvantage of the known valve is that the movement of the piston with seals in the valve body is accompanied by friction. In the abrasive medium of the flushing fluid, this leads to rapid wear of the seals, piston and the inner surface of the housing. As a result, the valve ceases to function.

Указанные недостатки частично устранены в переливном клапане (патент СССР № 1091617 МКИ Е21В 34/06, 21/10), содержащем полый корпус с боковым отверстием с седлом под подпружиненный запорный элемент. Запорный элемент заьфеплен на пружине, причем пружина выполнена в виде скобы, концы которой жестко связаны с корпусом.These disadvantages are partially eliminated in the overflow valve (USSR patent No. 1091617 MKI E21B 34/06, 21/10), containing a hollow body with a side opening with a seat for a spring-loaded locking element. The locking element is secured to the spring, and the spring is made in the form of a bracket, the ends of which are rigidly connected to the housing.

При спуско - подъемных операциях клапан открыт, и затрубное пространство сообщается с внутренней полостью бурильных труб. При подаче промывочной жидкости давление внутри бурильных труб повышается, клапан закрывается, разделяя затрубное пространство от внутренней полости бурильных труб. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.During tripping operations, the valve is open and the annulus communicates with the internal cavity of the drill pipe. When flushing fluid is supplied, the pressure inside the drill pipe rises, the valve closes, separating the annulus from the inner cavity of the drill pipe. Flushing fluid enters the bottomhole mechanism.

Педостатком известного клапана является то, что седло и запорный элемент расположены в зоне потока промывочной жидкости. В связи с большой скоростью потока промывочной жидкости и наличием в ней абразивных частиц, происходит трение абразивных частиц о рабочие поверхности седла и запорного элемента. Это приводит к быстрому износу и поломке клапана.A disadvantage of the known valve is that the seat and the locking element are located in the flow zone of the flushing fluid. Due to the high flow rate of the washing liquid and the presence of abrasive particles in it, friction of the abrasive particles against the working surfaces of the seat and the locking element occurs. This leads to quick wear and damage to the valve.

Указанные недостатки частично устранены в клапане, который является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбран в качестве прототипа (патент СССР 1657582 МКИ Е21В 4/00, 21/00). Клапан содержит полый корпус с боковыми отверстиями, седло иThese disadvantages are partially eliminated in the valve, which is the closest analogue to the claimed technical solution and is selected as a prototype (USSR patent 1657582 MKI E21B 4/00, 21/00). The valve comprises a hollow body with side openings, a seat and

запорный элемент, установленный внутри корпуса. Запорный элемент выполнен в виде эластичной упругой гильзы, закрепленной в корпусе одним концом, перекрывающей с зазором зоны боковых отверстий, части корпуса и седла, и на свободном конце эластичной упругой гильзы в зоне седла выполнен конфузор.a locking element mounted inside the housing. The locking element is made in the form of an elastic elastic sleeve fixed at one end in the housing, overlapping with a gap of the zone of the side holes, part of the housing and the saddle, and a confuser is made on the free end of the elastic elastic sleeve in the saddle zone.

В этом клапане при небольшом перепаде давления промывочная жидкость перетекает из затрубного пространства во внутреннюю полость бурильных труб через боковые отверстия в корпусе и зазор между запорным элементом, корпусом и седлом.In this valve, with a small pressure drop, the flushing fluid flows from the annulus into the internal cavity of the drill pipe through the side openings in the housing and the gap between the locking element, the housing and the seat.

При подаче промывочной жидкости давление внутри бурильных труб повышается. Это приводит к расширению конфузора и перекрытию зазора в зоне седла, переливной клапан закрывается. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.When flushing fluid is supplied, the pressure inside the drill pipe rises. This leads to the expansion of the confuser and the overlap of the gap in the seat area, the overflow valve closes. Flushing fluid enters the bottomhole mechanism.

Педостатком известного клапана является то, что зазор между запорным элементом и седлом в продольном сечении имеет большую длину. Такой зазор не обеспечивает быстрое перетекание промывочной жидкости из затрубного пространства внутрь бурильных труб и обратно при открытом клапане, а так же способствует быстрому засорению этого зазора и отказу клапана.A disadvantage of the known valve is that the gap between the locking element and the seat in longitudinal section has a large length. Such a gap does not provide a quick flow of flushing fluid from the annulus into the drill pipe and back when the valve is open, and also contributes to the rapid clogging of this gap and the failure of the valve.

Задачей настояш,ей полезной модели является создание переливного клапана, в котором устранены указанные недостатки, повышена надежность и долговечность работы.The real task, a useful model for her, is to create an overflow valve, in which these drawbacks are eliminated, reliability and durability are improved.

Техническим результатом, достижимым при использовании предложенной полезной модели, является повышение эффективности спуско подъемных операций за счет обеспечения достаточной скорости перетекания промывочной жидкости из затрубного пространства внутрь бурильных труб и обратно при открытом клапане, повышение долговечности за счет снижения засорения клапана.The technical result achievable by using the proposed utility model is to increase the efficiency of tripping operations by ensuring a sufficient flow rate of flushing fluid from the annulus into the drill pipe and back when the valve is open, increasing durability by reducing valve clogging.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом переливном клапане бурильной колонны, включающем полый корпус с боковыми отверстиями, седло и запорный элемент, установленный внутри корпуса и выполненный в виде упругой эластичной гильзы, закрепленной в корпусе одним концом, согласно полезной модели, запорный элемент содержит радиальный бурт в зоне седла, а седло содержит кольцевой торцевой выступ.This problem is solved by the fact that in the proposed overflow valve of the drill string, including a hollow body with side holes, a seat and a locking element mounted inside the body and made in the form of an elastic elastic sleeve fixed to the body at one end, according to a utility model, the locking element contains a radial shoulder in the area of the saddle, and the saddle contains an annular end protrusion.

Другим отличием является то, что седло установлено с зазором к внутренней поверхности корпуса клапана, а кольцевой торцевой выступ снабжен радиальными отверстиями.Another difference is that the seat is installed with a gap to the inner surface of the valve body, and the annular end protrusion is equipped with radial holes.

Благодаря выполнению запорного элемента с радиальным буртом, длина зазора между радиальным буртом и седлом в продольном сечении значительно уменьшена (например в 2-5 раз), чем длина зазора между запорным элементом и седлом в клапане, взятым за прототип и при этом обеспечивается надежность закрытия клапана за счет продольного изгиба радиального бурта. Малая длина зазора между радиальным буртом и седлом обеспечивает быстрое перетекание промывочной жидкости из затрубного пространства внутрь бурильных труб и обеспечивает снижение засорения клапана.Due to the implementation of the locking element with a radial shoulder, the length of the gap between the radial shoulder and the seat in the longitudinal section is significantly reduced (for example, 2-5 times) than the length of the gap between the locking element and the seat in the valve, taken as a prototype, and at the same time, the valve closes reliably due to the longitudinal bending of the radial collar. The small length of the gap between the radial collar and the seat provides a quick flow of flushing fluid from the annulus into the drill pipe and reduces clogging of the valve.

Кольцевой торцевой выступ, выполненный на седле данного клапана, способствует предохранению запорного элемента и седла от абразивных частиц, содержащихся в промывочной жидкости и движущейся с большой скоростью при работе бурильного устройства.An annular end protrusion made on the seat of this valve helps to protect the locking element and seat from abrasive particles contained in the flushing fluid and moving at high speed during operation of the drilling device.

Зазор между седлом и внутренней поверхностью корпуса клапана, а так же отверстия, выполненные в кольцевом торцевом выступе седла, служат для сообщения затрубного пространства с внутренней полостью бурильных труб при открытом клапане.The gap between the seat and the inner surface of the valve body, as well as the holes made in the annular end protrusion of the seat, serve to communicate annular space with the internal cavity of the drill pipe with the valve open.

При спуско - подъемных операциях давление в бурильных трубах небольшое. Промывочная жидкость свободно проходит в зазор между радиальным буртом и седлом, зазор между седлом и корпусом клапана и через боковые отверстия в корпусе из внутренней полости бурильных труб в затрубное пространство и обратно. Клапан открыт.During tripping operations, the pressure in the drill pipes is small. Flushing fluid passes freely into the gap between the radial shoulder and the seat, the gap between the seat and the valve body and through the side holes in the body from the inner cavity of the drill pipe into the annulus and back. The valve is open.

При подаче промывочной жидкости давление в бурильных трубах увеличивается, радиальный бурт запорного элемента под напором промывочной жидкости изгибается в продольном направлении и прижимается к седлу, разобщая внутреннюю полость бурильных труб от затрубного пространства. Клапан закрыт.When flushing fluid is supplied, the pressure in the drill pipes increases, the radial collar of the locking element under the pressure of the flushing fluid bends in the longitudinal direction and is pressed against the seat, separating the internal cavity of the drill pipes from the annulus. The valve is closed.

На фиг. 1 показан общий вид клапана в продольном разрезе. На фиг.2 показан общий вид клапана в продольном разрезе в увеличенном масштабе.In FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the valve. Figure 2 shows a General view of the valve in longitudinal section in an enlarged scale.

Переливной клапан содержит корпус 1 с боковыми отверстиями 2. Внутри корпуса установлено седло 3 и запорный элемент 4, выполненный из упругого эластичного материала и закрепленный, например, на втулке 5. Запорный элемент 4 содержит радиальный бурт 6. Седло 3 содержит кольцевой торцевой выступ 7 с радиальными отверстиями 8. Втулка 5 и седло 3 уплотнены в корпусе 1 посредством, например, уплотнительных колец 9. Верхняя и нижняя части клапана содержат резьбы 10 и 11. К верхней резьбе 10 крепятся бурильные трубы (на рисунке не показаны), а к нижней резьбе 11 - забойный механизм (на рисунке не показан). Седло 3 и втулка 5 фиксируются в корпусе 1 посредством, например, гайки 12 и регулировочного кольца 13.The overflow valve comprises a housing 1 with side openings 2. A seat 3 is installed inside the housing and a locking element 4 is made of elastic elastic material and fastened, for example, to the sleeve 5. The locking element 4 contains a radial collar 6. The saddle 3 contains an annular end protrusion 7 with radial holes 8. The sleeve 5 and the seat 3 are sealed in the housing 1 by, for example, o-rings 9. The upper and lower parts of the valve contain threads 10 and 11. Drill pipes are attached to the upper thread 10 (not shown in the figure), and to the lower thread eleven - downhole mechanism (not shown in the figure). The seat 3 and the sleeve 5 are fixed in the housing 1 by means of, for example, a nut 12 and an adjusting ring 13.

Между радиальным буртом 6 и седлом 3 выполнен зазор А, а между седлом 3 и корпусом 1 клапана выполнен зазор Б.A gap A is made between the radial collar 6 and the seat 3, and a gap B is made between the saddle 3 and the valve body 1.

Клапан работает следующим образом. При спуско - подъемных операциях и небольшой разнице давления между затрубным пространством В и внутренней полостью Г бурильных труб, промывочная жидкость свободно перетекает через отверстия 8 в кольцевом торцевом выступе 7, зазоры А и Б и через боковые отверстия 2 в корпусе 1 из затрубного пространства В во внутреннюю полость Г бурильных труб и обратно.The valve operates as follows. During tripping and a small pressure difference between the annulus B and the inner cavity D of the drill pipe, flushing fluid flows freely through the holes 8 in the annular end protrusion 7, the gaps A and B and through the side holes 2 in the housing 1 from the annular space B into the inner cavity G of the drill pipe and back.

При подаче промывочной жидкости в забойный механизм, давление во внутренней полости Г бурильных труб и клапане возрастает, а в зазорах А, Б и затрубном пространстве В остается низким. При достижении определенного перепада давления в полости Г, происходит изгиб радиального бурта 6, прижатие его к поверхности Д седла 3 и перекрытию зазора А. Переливной клапан закрыт. Промывочная жидкость по внутренней полости Г бурильных труб поступает в забойный механизм. Перепад давления, при котором происходит закрытие клапана, варьируется в широких пределах (например 0,5-1,0 МПа) и зависит от свойств упругого эластичного материала, из которого выполнен запорный элемент 4, а так же величины зазора А между радиальным буртом 6 и поверхностью Д седла 3.When flushing fluid is supplied to the downhole mechanism, the pressure in the inner cavity G of the drill pipe and valve increases, and in the gaps A, B and the annulus C remains low. When a certain pressure drop in cavity G is reached, the radial shoulder 6 bends, presses it against the surface D of the seat 3 and closes the gap A. The overflow valve is closed. Flushing fluid through the internal cavity G of the drill pipe enters the bottomhole mechanism. The pressure drop at which the valve closes varies over a wide range (for example, 0.5-1.0 MPa) and depends on the properties of the elastic elastic material of which the closure element 4 is made, as well as the size of the gap A between the radial collar 6 and surface D of the saddle 3.

Основным отличием работы предложенного клапана является то, что зазор А между радиальным буртом 6 запорного элемента 4 и седлом 3 имеет уменьшенную длину в продольном сечении, чем зазор между запорным элементом и седлом в клапане, взятым за прототип, что способствует легкому перетеканию промывочной жидкости из затрубного пространства В во внутреннюю полость Г бурильных труб и обратно при открытом клапане и повышению долговечности за счет снижения засорения клапана, и при этом обеспечивается надежность закрытия клапана за счет продольного изгиба радиального бурта 6.The main difference between the operation of the proposed valve is that the gap A between the radial shoulder 6 of the locking element 4 and the seat 3 has a reduced length in longitudinal section than the gap between the locking element and the seat in the valve, taken as a prototype, which facilitates easy flow of flushing fluid from the annulus the space B into the inner cavity D of the drill pipe and vice versa with the valve open and increasing durability by reducing valve clogging, while ensuring reliable valve closure due to longitudinal about bending radial shoulder 6.

В отличие от прототипа, в данном клапане запорный элемент 4 и седло 3 расположены вне зоны основного потока промывочной жидкости, что способствует их предохранению от износа абразивными частицами, находяш;имися в промывочной жидкости и движуш;имися с большой скоростью при работе забойного механизма и закрытом клапане. Предохранение запорного элемента 4 и седла 3 от абразивных частиц обеспечивается благодаря наличию кольцевого торцевого выступа 7, выполненного на седле 3.Unlike the prototype, in this valve, the locking element 4 and the seat 3 are located outside the main flow of the flushing liquid, which helps to protect them from wear by abrasive particles, located in the flushing liquid and moving; they are present at high speed when the downhole mechanism is operating and closed valve. The protection of the locking element 4 and the seat 3 from abrasive particles is ensured by the presence of an annular end protrusion 7 made on the saddle 3.

Радиальные отверстия 8, выполненные на кольцевом торцевом выступе 7, зазор Б между седлом 3 и корпусом 1 способствуют циркуляции промывочной жидкости при спуско - подъемных операциях и малом перепаде давления из затрубного пространства В во внутреннюю полость Г бурильных труб и обратно при открытом клапане.Radial holes 8, made on the annular end protrusion 7, the gap B between the seat 3 and the housing 1 contribute to the circulation of flushing fluid during tripping and small pressure drop from the annulus B to the inner cavity D of the drill pipe and back when the valve is open.

Таким образом, конструкция предложенного клапана позволяет увеличить надежность и долговечность его работы, увеличить скорость перетекания промывочной жидкости из затрубного пространства во внутреннюю полость бурильных труб и обратно при небольшом перепаде давления и открытом клапане, снизить засорение клапана.Thus, the design of the proposed valve allows to increase the reliability and durability of its operation, increase the flow rate of flushing fluid from the annulus into the internal cavity of the drill pipe and back with a small pressure drop and open valve, and reduce clogging of the valve.

Claims

1. The overflow valve of the drill string, including a hollow body with side openings, a seat and a locking element mounted inside the housing and made in the form of an elastic elastic sleeve fixed to the housing at one end, characterized in that the locking element contains a radial collar in the area of the seat, and the seat contains an axial protrusion.

2. The overflow valve of the drill string according to claim 1, characterized in that the seat is installed with a gap to the inner surface of the valve body, and the annular end protrusion is provided with radial holes.