RU40375U1

RU40375U1 - DRILLING RING OVERVALVE

Info

Publication number: RU40375U1
Application number: RU2003125525/22U
Authority: RU
Inventors: А.В. Соболев; Д.А. Голдобин; В.Б. Голдобин; С.Г. Трапезников
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Буровая техника"
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2004-09-10

Abstract

Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для гидравлического сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством. Новым в предлагаемом переливном клапане, включающем полый корпус с боковыми отверстиями, седло, уплотнение, манжету, пружину и поршень, установленные внутри корпуса, является то, что манжета установлена во внутренней полости седла, а поршень снабжен боковыми отверстиями. Предложенная конструкция клапана позволяет увеличить долговечность и надежность его работы.The invention relates to the field of drilling equipment and is intended for hydraulic communication of the internal cavity of the drill string with the annulus. New in the proposed overflow valve, which includes a hollow body with side openings, a seat, a seal, a cuff, a spring and a piston installed inside the body, is that the cuff is installed in the inner cavity of the seat and the piston is provided with side openings. The proposed valve design allows to increase the durability and reliability of its operation.

Description

Изобретение относится к области буровой техники и предназначено для гидравлического сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством.The invention relates to the field of drilling equipment and is intended for hydraulic communication of the internal cavity of the drill string with the annulus.

Известен переливной клапан (патент СССР № 1657582 МКИ Е 21 В 4/00, 21/00). Клапан содержит полый корпус с боковыми отверстиями, седло и запорный элемент, установленный внутри корпуса. Запорный элемент выполнен в виде эластичной упругой гильзы, закрепленной одним концом в корпусе, перекрывающей с зазором зоны боковых отверстий части корпуса и седла, и на свободном конце эластичной упругой гильзы в зоне седла выполнен конфузор.Known overflow valve (USSR patent No. 1657582 MKI E 21 4/00, 21/00). The valve comprises a hollow body with side openings, a seat and a locking element mounted inside the body. 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 openings of the housing part 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 жидкость перетекает из затрубного пространства во внутреннюю полость бурильной колоны через боковые отверстия в корпусе и зазор между запорным элементом, корпусом и седлом.In this valve, with a small pressure drop, fluid flows from the annulus into the inner cavity of the drill string through the side openings in the housing and the gap between the locking element, the housing and the seat.

Повышение перепада давления приводит к расширению конфузора и перекрытию зазора в зоне седла, переливной клапан закрывается. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.The increase in pressure drop 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.

Недостатком известного клапана является то, что при закрытии зазора между запорным элементом и седлом происходит увеличение диаметра конфузора. При закрытии клапана упругий материал, из которого выполнен запорный элемент, A disadvantage of the known valve is that when closing the gap between the locking element and the seat, the diameter of the confuser increases. When closing the valve, the elastic material of which the locking element is made,

воспринимает растягивающие его нагрузки. Для обеспечения устойчивого и прочного закрытия клапана, гильза изготовлена из упругого материала повышенной твердости. Чтобы обеспечить перекрытие зазора между упругой гильзой и седлом, необходимо приложить большие усилия, обеспечивающие растяжение упругого материала гильзы. Поэтому зазор между упругой гильзой и седлом выполнен минимальным и точным.perceives tensile loads. To ensure a stable and durable valve closure, the sleeve is made of an elastic material of increased hardness. To ensure the overlap of the gap between the elastic sleeve and the seat, it is necessary to exert great efforts to ensure stretching of the elastic material of the sleeve. Therefore, the gap between the elastic sleeve and the seat is made minimal and accurate.

Минимальный зазор не обеспечивает быстрое перетекание промывочной жидкости из затрубного пространства внутрь бурильных труб и обратно при открытом клапане, а увеличение зазора между упругой гильзой и седлом способствует ненадежному (плохому) перекрытию клапана. Минимальный зазор между упругой гильзой и седлом так же способствует быстрому засорению этого зазора и отказу клапана.The minimum clearance does not allow quick flow of flushing fluid from the annulus into the drill pipe and back when the valve is open, and an increase in the gap between the elastic sleeve and the seat contributes to unreliable (poor) valve closure. The minimum gap between the elastic sleeve and the seat also contributes to the rapid clogging of this gap and valve failure.

Указанные недостатки частично устранены в переливном клапане фирмы «Dyna-Drill», который является наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению и выбран в качестве прототипа (см. книгу Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. «Винтовые забойные двигатели», М., Недра, 1999г., стр. 73, рис. 3.19). Переливной клапан содержит полый корпус с боковыми отверстиями, поршень, перемещающийся в корпусе, пружину, седло, уплотнения и манжету, установленную на наружной поверхности поршня.These shortcomings were partially eliminated in the Dyna-Drill overflow valve, which is the closest analogue to the claimed technical solution and is selected as a prototype (see the book Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoev A.N. Downhole screw motors ”, M., Nedra, 1999, p. 73, Fig. 3.19). The overflow valve comprises a hollow body with side openings, a piston moving in the body, a spring, a seat, seals and a cuff mounted on the outer surface of the piston.

При спуско-подъемных операциях перепад давления между затрубным пространством и внутренней полостью бурильных труб небольшой, поэтому поршень, при помощи пружины, удерживается в верхнем положении. Затрубное пространство через отверстия в корпусе и седле сообщается с внутренней During tripping operations, the pressure drop between the annulus and the internal cavity of the drill pipe is small, so the piston is held in the upper position by means of a spring. Annulus through holes in the housing and seat communicates with the inner

полостью бурильной колонны. Происходит заполнение или опорожнение бурильной колонны. При наличии циркуляции промывочной жидкости внутри бурильной колонны поршень под давлением жидкости перемещается в нижнее положение и закрывает отверстия в седле, разделяя затрубное пространство от внутренней полости бурильных труб. Промывочная жидкость поступает в забойный механизм.cavity of the drill string. The drill string is filling or emptying. In the presence of circulation of flushing fluid inside the drill string, the piston moves to the lower position under fluid pressure and closes the holes in the seat, separating the annulus from the inner cavity of the drill pipe. Flushing fluid enters the bottomhole mechanism.

Недостатком известного клапана является то, что манжета установлена на наружной поверхности поршня, а поршень не имеет боковых отверстий. Поэтому при спуско-подъемных операциях манжета не находится в постоянном контакте и подвергается воздействию жидкости (бурового раствора), движущейся со скоростью 10 л/с и содержащей до 5% песка. Тем самым жидкость, перетекая из затрубного пространства во внутрь бурильной колонны и обратно, засоряет посадочные поверхности седла и манжеты. Вследствие этого повышается абразивный износ манжеты, установленной на наружной поверхности поршня, и увеличивается размыв посадочных поверхностей поршня и седла.A disadvantage of the known valve is that the cuff is mounted on the outer surface of the piston, and the piston does not have side openings. Therefore, during tripping operations, the cuff is not in constant contact and is exposed to fluid (drilling fluid) moving at a speed of 10 l / s and containing up to 5% sand. Thus, the fluid flowing from the annulus into the inside of the drill string and vice versa clogs the seating surfaces of the seat and cuff. As a result, the abrasive wear of the cuff mounted on the outer surface of the piston increases, and the erosion of the seating surfaces of the piston and seat increases.

Техническая задача, решаемая в данном изобретении, заключается в повышении долговечности и надежности переливного клапана бурильной колонны.The technical problem solved in this invention is to increase the durability and reliability of the overflow valve of the drill string.

Указанная задача решается тем, что в предлагаемом переливном клапане, включающем полый корпус с боковыми отверстиями, седло, уплотнение, манжету, пружину и поршень, установленные внутри корпуса, согласно изобретению, манжета установлена во внутренней полости седла, а поршень снабжен боковыми отверстиями.This problem is solved in that in the proposed overflow valve, comprising a hollow body with side openings, a seat, a seal, a cuff, a spring and a piston installed inside the body, according to the invention, the cuff is installed in the inner cavity of the seat, and the piston is provided with side openings.

Эти новые признаки переливного клапана - манжета, установленная во внутренней полости седла, и поршень, снабженный боковыми отверстиями, в совокупности с известными обеспечивают постоянный контакт манжеты с поршнем. Благодаря этому песок не попадает на манжету, посадочные поверхности поршня и седла и не выводит его из рабочего состояния преждевременно. Благодаря этому также уменьшается размыв упорных поверхностей клапана.These new features of the overflow valve - the cuff installed in the inner cavity of the seat, and the piston equipped with side openings, together with the known ones, ensure constant contact of the cuff with the piston. Due to this, the sand does not fall on the cuff, the seating surfaces of the piston and saddle and does not bring it out of service prematurely. This also reduces erosion of the thrust surfaces of the valve.

На фигуре 1 показан общий вид переливного клапана в продольном разрезе. На фигуре 2 показан общий вид переливного клапана в закрытом положении. В корпус 1, с боковыми отверстиями 2, установлено седло 3 с манжетой 4 и закреплено пробками 5. На поршень 6, с боковыми отверстиями 7 и установленный в корпусе, надета пружина 8 и установлено уплотнение 9. Сверху, предохраняя поршень и пружину от выпадения, установлено пружинное кольцо 10.The figure 1 shows a General view of the overflow valve in longitudinal section. The figure 2 shows a General view of the overflow valve in the closed position. In the housing 1, with side openings 2, a seat 3 with a sleeve 4 is installed and fixed with plugs 5. On the piston 6, with side openings 7 and installed in the housing, a spring 8 is put on and a seal 9 is installed. From above, protecting the piston and spring from falling out, set spring ring 10.

Клапан работает следующим образом. При небольшой разнице давления между затрубным пространством А и внутренней полостью бурильных труб Б, промывочная жидкость свободно перетекает через боковые отверстия 7 выполненные в поршне 6, седле 3 и корпусе 1 из затрубного пространства А во внутреннюю полость бурильных труб Б и обратно.The valve operates as follows. With a small pressure difference between the annulus A and the inner cavity of the drill pipe B, the flushing fluid flows freely through the side holes 7 made in the piston 6, the seat 3 and the housing 1 from the annulus A into the inner cavity of the drill pipes B and vice versa.

При подаче промывочной жидкости в забойный механизм, давление во внутренней полости бурильных труб Б возрастает, а в затрубном пространстве А остается низким. При достижении определенного предела давления пружина 8, а, следовательно, и поршень 6, перемещается до упора в седло 3. При этом боковые When flushing fluid is supplied to the bottomhole mechanism, the pressure in the inner cavity of drill pipe B increases, and in the annulus A remains low. Upon reaching a certain pressure limit, the spring 8, and, consequently, the piston 6, moves to the stop in the seat 3. In this case, the side

отверстия 7, выполненные в поршне 6, перемещаются за манжету 4, установленную в седле 3, и разделяют внутреннюю полость бурильных труб Б от затрубного пространства А (см. фиг.2). Промывочная жидкость по внутренней полости бурильных труб Б поступает в забойный механизм. При снижении давления во внутренней полости бурильных труб Б поршень 6, под действием пружины 8, перемещается до упора в пружинное кольцо 10 и внутренняя полость бурильных труб Б сообщается с затрубным пространством А, позволяя жидкости свободно перетекать из одной полости в другую.the holes 7 made in the piston 6 are moved behind the cuff 4 mounted in the seat 3 and separate the internal cavity of the drill pipe B from the annulus A (see figure 2). Flushing fluid through the inner cavity of drill pipe B enters the bottomhole mechanism. When the pressure in the inner cavity of the drill pipe B decreases, the piston 6, under the action of the spring 8, moves to the stop in the spring ring 10 and the inner cavity of the drill pipe B communicates with the annulus A, allowing fluid to flow freely from one cavity to another.

Основным отличием данного клапана от прототипа является то, что в предлагаемой конструкции переливного клапана манжета, установленная во внутренней полости седла, и поршень снабженный боковыми отверстиями в совокупности с известными признаками обеспечивают постоянный контакт манжеты 4 с поршнем 6, что способствует предохранению ее от износа абразивными частицами, находящимися в промывочной жидкости и движущихся с большой скоростью.The main difference between this valve and the prototype is that in the proposed design of the overflow valve, the cuff installed in the inner cavity of the seat and the piston equipped with side openings, together with known signs, ensure constant contact of the cuff 4 with the piston 6, which helps to protect it from wear by abrasive particles located in the flushing fluid and moving at high speed.

Таким образом, предложенная конструкция клапана позволяет увеличить долговечность и надежность его работы.Thus, the proposed valve design allows to increase the durability and reliability of its operation.

Claims

A drill string overflow valve comprising a hollow body with side openings, a seat, a seal, a cuff, a spring and a piston mounted inside the body, characterized in that the cuff is installed in the inner cavity of the seat and the piston is provided with side openings.