RU96605U1

RU96605U1 - CHECK VALVE

Info

Publication number: RU96605U1
Application number: RU2009134576/03U
Authority: RU
Inventors: Рауф Нухович Рахманов; Фарит Фоатович Ахмадишин; Ильгиз Камаевич Кашапов; Сергей Леонидович Багнюк; Владимир Борисович Оснос; Альберт Салаватович Ягафаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2010-08-10

Abstract

Обратный клапан для обсадной колонны, включающий цилиндрический корпус с осевым каналом, оснащенным снизу седлом, шарнирно прикрепленный снизу подпружиненный запорный элемент, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия с седлом, и дроссельные отверстия для заполнения скважинной жидкостью через них обсадной колонны при спуске, отличающийся тем, что запорный элемент выполнен изогнутой формы, позволяющей плотно прилегать к стенке обсадной колонны в открытом состоянии, а седло выполнено сложной формы под запорный элемент, при этом дроссельные отверстия выполнены в запорном элементе и перекрыты обратным клапаном. The check valve for the casing string, including a cylindrical body with an axial channel equipped with a bottom seat, a spring-loaded locking element pivotally attached from the bottom, which is capable of tightly interacting with the seat, and throttle openings for filling the casing string with fluid through them during descent, characterized in that the locking element is made of a curved shape, allowing it to fit snugly against the wall of the casing in the open state, and the saddle is made of complex shape for the locking element, etc. and this throttle hole is made in the locking element and is blocked by a check valve.

Description

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к обратным клапанам, устанавливаемым в колонне обсадных труб.The invention relates to drilling wells, in particular to check valves installed in a casing string.

Известен «Клапан для обсадных колонн» (патент RU №2250355, 7Е21В 34/06, 33/14 опубл. Бюл. №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором. взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, при этом наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, причем седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жестко соединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, из которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, при этом наружная плоскость цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, причем эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной.The well-known "Valve for casing strings" (patent RU No. 2250355, 7Е21В 34/06, 33/14 publ. Bull. No. 11 of 04/20/2005), including a limiter with a seat and side channels, a check valve placed below, the sleeve installed in the axial channel of the limiter on the shear elements above the side channels with the possibility of their tight overlap, while the limiter is additionally equipped with a stopper. interacting with the sleeve in its lower position, while the outer surface of the limiter above the side channels is provided with an elastic ring with a stop and is configured to tightly install the limiter in the required interval between the casing pipes when assembling them, and the saddle is made with cylindrical sampling on the lower plane of the limiter, and the check valve is made of a poppet, spring-loaded with the possibility of rotation relative to the fastener to the limiter, consisting of rigidly interconnected elastic second cuff and the cylindrical centralizer plate from which an annular groove, installed opposite the internal bottom plane of the limiter, the outer plane cylindrical plates placed opposite the seat stopper, wherein the elastic sleeve is positioned between the bottom plane and cylindrical restrictor plate.

Недостатками этого клапана являются:The disadvantages of this valve are:

- высокие затраты на изготовление, обусловленные большим количеством сопрягаемых деталей, точностью их изготовления и подгонки;- high manufacturing costs due to the large number of mating parts, the accuracy of their manufacture and fitting;

- большое гидравлическое сопротивление при закачке цементного раствора, т.к. выполнение боковых каналов для заполнения обсадной колонны скважинной жидкостью и сопрягаемые в радиальном направлении ограничитель и втулка увеличивают поперечные размеры клапана и одновременно уменьшают диаметр его осевого отверстия.- high hydraulic resistance during the injection of cement mortar, because the implementation of the side channels for filling the casing with borehole fluid and the radially mating limiter and sleeve increase the transverse dimensions of the valve and at the same time reduce the diameter of its axial hole.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Обратный клапан для обсадной колонны» (патент RU №2232871, 7Е21В 34/06, 33/14 опубл. Бюл. №20 от 20.07.2004 г.), включающий цилиндрический корпус с осевым каналом, шарнирно прикрепленный снизу к корпусу подпружиненный запорный элемент, втулку с дроссельными отверстиями в нижней части, установленную в осевом канале корпуса и фиксированную срезными элементами, и сбрасываемую управляющую пробку, при этом втулка выполнена с радиальными дроссельными отверстиями, открытыми для заполнения через них скважинной жидкостью обсадных труб при их спуске, при этом осевой канал втулки закрыт снизу запорным элементом.The closest in technical essence and the achieved result is "Check valve for casing" (patent RU No. 2232871, 7Е21В 34/06, 33/14 publ. Bull. No. 20 from 07/20/2004), including a cylindrical body with an axial channel , a spring-loaded locking element pivotally attached to the bottom of the housing, a sleeve with throttle holes in the lower part, mounted in the axial channel of the housing and fixed by shear elements, and a resettable control plug, the sleeve being made with radial throttle holes open for filling casing through them downhole fluid during their descent, while the axial channel of the sleeve is closed from below by a locking element.

- низкая надежность, т.к. сбрасываемый сверху шар может не достичь посадочного седла втулки клапана из-за изгибов или выступов обсадной колонны, особенно в наклонных и искривленных скважинах;- low reliability, as a ball discharged from above may not reach the seat of the valve sleeve due to bends or casing protrusions, especially in deviated and deviated wells;

- большое гидравлическое сопротивление, обусловленное громоздкостью запорного элемента клапана и недостаточно большим диаметром осевого отверстия, что увеличивает время и усилие закачки в скважину тампонажного раствора.- large hydraulic resistance due to the bulkiness of the valve shutoff element and not large enough diameter of the axial hole, which increases the time and effort of pumping cement slurry into the well.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежной и дешевой конструкции обратного клапана для обсадной колонны, позволяющей производить закачку тампонажного раствора с минимальными гидравлическими сопротивлениями и без дополнительных операций по приведению запорного элемента клапана в рабочее положение.The technical task of the invention is the creation of a reliable and cheap design of the check valve for the casing, allowing the injection of cement slurry with minimal hydraulic resistance and without additional operations to bring the valve shut-off element into position.

Техническая задача решается обратным клапаном для обсадной колонны, включающим цилиндрический корпус с осевым каналом, оснащенным снизу седлом, шарнирно прикрепленным снизу подпружиненным запорным элементом, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия с седлом, и дроссельными отверстиями для заполнения скважинной жидкостью через них обсадной колонны при спуске.The technical problem is solved by a check valve for the casing string, which includes a cylindrical body with an axial channel equipped with a bottom seat, pivotally attached from the bottom with a spring-loaded shut-off element, which is able to tightly interact with the seat, and throttle openings for filling the casing string with fluid through them during descent.

Новым является то, что запорный элемент выполнен изогнутой формы, позволяющей плотно прилегать к стенке обсадной колонны в открытом состоянии, а седло выполнено сложной формы под запорный элемент, при этом дроссельные отверстия выполнены в запорном элементе и перекрыты обратным клапаном.What is new is that the locking element is made of a curved shape, which allows it to fit snugly against the wall of the casing in the open state, and the seat is made of a complex shape for the locking element, while the throttle holes are made in the locking element and are blocked by a check valve.

На фиг.1 показан обратный клапан для обсадной колонны в исходном положении при спуске обсадной колонны в скважину (разрез), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.2, на фиг.4 - клапан при заполнении затрубного пространства тампонажным раствором, на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.Figure 1 shows the check valve for the casing in the initial position when lowering the casing into the well (section), figure 2 - section aa in figure 1, figure 3 - view B in figure 2, figure 4 - valve when filling the annulus with cement slurry, figure 5 - section bb in figure 4.

Обратный клапан для обсадной колонны содержит цилиндрический корпус 1 (фиг.1) с осевым каналом 2, оснащенным снизу седлом 3, шарнирно прикрепленным снизу с помощью оси 4 с применением возвратной пружины 5 запорным элементом 6. Запорный элемент 6 выполнен с возможностью герметичного, благодаря эластичному уплотнителю 7, взаимодействия с седлом 3 корпуса 1 и имеет дроссельные отверстия 8, сообщающиеся с осевым каналом 2 корпуса 1 и предназначенные для заполнения скважинной жидкостью обсадной колонны 9 при спуске в скважину (на фиг. не показана).The check valve for the casing string includes a cylindrical body 1 (Fig. 1) with an axial channel 2, a bottom equipped with a seat 3, pivotally attached from the bottom with the help of the axis 4 using a return spring 5 with a locking element 6. The locking element 6 is sealed due to the elastic the sealant 7, interacting with the saddle 3 of the housing 1 and has throttle openings 8 communicating with the axial channel 2 of the housing 1 and intended to fill the casing 9 with the borehole fluid during descent into the well (not shown in FIG.).

При этом запорный элемент 6 (фиг.4, 5) с целью уменьшения гидравлического сопротивления при закачке тампонажного раствора выполнен изогнутой формы, позволяющей плотно прилегать к стенке обсадной колонны 9 в открытом состоянии, а седло 3 (фиг.2) корпуса 1 выполнено сложной формы, соответствующей изгибу запорного элемента 6, и может быть наклонено по отношению к оси канала 2 (фиг.1) для уменьшения рабочего хода запорного элемента 6. Дроссельные отверстия 8, выполненные в запорном элементе 6, перекрыты обратным, например, лепестковым клапаном 10. При этом площадь дроссельных отверстий 8 и толщину лепестков 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) рассчитывают, исходя из внутреннего диаметра обсадной колонны 9 и скорости ее спуска в скважину, что позволяет исключить переливы промывочной жидкости па устье скважины, а также недолив обсадной колонны 9 и ее смятие.At the same time, the locking element 6 (Figs. 4, 5) is made in a curved shape in order to reduce the hydraulic resistance during grouting injection, allowing it to fit snugly against the wall of the casing string 9 in the open state, and the saddle 3 (Fig. 2) of the housing 1 is made of complex shape corresponding to the bending of the locking element 6, and can be tilted with respect to the axis of the channel 2 (Fig. 1) to reduce the working stroke of the locking element 6. The throttle holes 8 made in the locking element 6 are blocked by a check valve, for example, flap valve 10. When floor ohm, the area of the throttle holes 8 and the thickness of the petals 11 (Fig. 3) of the check valve 10 (Fig. 1) are calculated based on the inner diameter of the casing 9 and the speed of its descent into the well, which eliminates overflow of flushing fluid at the wellhead, and underfilling the casing string 9 and its collapse.

Обратный клапан для обсадной колонны работает следующим образом.The check valve for the casing operates as follows.

Перед спуском в скважину клапан герметично, благодаря упорному 12 и уплотнительному 13 кольцам, устанавливают между трубами обсадной колонны 9 в требуемом интервале. Затем клапан в составе обсадной колонны 9 спускают в скважину. При этом с увеличением скорости спуска обсадной колонны 9 увеличивается перепад давлений под клапаном и над ним, благодаря чему лепестки 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) «раскрываются» (приподнимаются вверх), освобождая дроссельные отверстия 8 и обеспечивая заполнение через них обсадной колонны 9 скважинной жидкостью. При выравнивании давления в момент остановок обсадной колонны 9 лепестки 11 (фиг.3) обратного клапана 10 (фиг.1) закрываются, плотно прижимаясь к запорному элементу 6 и перекрывая дроссельные отверстия 8. При необходимости промывки скважины запорный элемент 6 под воздействием потока промывочной жидкости повернется вокруг оси 4, не препятствуя проведению указанной операции.Before the descent into the well, the valve is hermetically sealed between the pipes of the casing 9 in the required interval thanks to the thrust 12 and sealing 13 rings. Then the valve in the casing 9 is lowered into the well. In this case, with an increase in the speed of descent of the casing string 9, the differential pressure under the valve and above it increases, so that the petals 11 (Fig. 3) of the check valve 10 (Fig. 1) “open” (rise upwards), freeing the throttle holes 8 and ensuring filling through them a casing string 9 downhole fluid. When equalizing the pressure at the time of stopping the casing 9, the petals 11 (Fig. 3) of the check valve 10 (Fig. 1) close tightly against the shut-off element 6 and block the throttle openings 8. If necessary, flush the well, the shut-off element 6 under the influence of the flow of flushing fluid will rotate around axis 4, without interfering with the specified operation.

После спуска обсадной колонны 9 до проектной глубины производят закачку тампонажного раствора в скважину. Запорный элемент 6 (фиг.4) при этом, поворачиваясь вокруг оси 4 и преодолевая сопротивление пружины 5, прижмется к стенке обсадной колонны 9, максимально открывая осевой канал 2. После завершения процесса закачки давление в верхней части обсадной колонны 9 снижают до атмосферного. При этом запорный элемент 6 (фиг.1) под действием пружины 5 плотно, благодаря эластичному уплотнителю 7, прижимается к седлу 3 корпуса 1 и закрывает осевой канал 2. Ввиду большой вязкости тампонажното раствора и постепенного его обезвоживания, а также за счет малой величины отклонения лепестков 11 обратного клапана 10 от его первоначального положения происходит «зашламление» (заполнение) дроссельных отверстий 8 запорного элемента 6 и лепестков 11 клапана 10 вязкой составляющей тампонажного раствора, что исключает несанкционированное проникновение раствора из затрубья обсадной колонны 9 внутрь.After lowering the casing string 9 to the design depth, the cement slurry is injected into the well. The locking element 6 (figure 4) while turning around the axis 4 and overcoming the resistance of the spring 5, will be pressed against the wall of the casing 9, maximally opening the axial channel 2. After the completion of the injection process, the pressure in the upper part of the casing 9 is reduced to atmospheric. At the same time, the locking element 6 (Fig. 1), under the action of the spring 5, is tightly pressed, thanks to the elastic seal 7, to the seat 3 of the housing 1 and closes the axial channel 2. Due to the high viscosity of the cement slurry and its gradual dehydration, as well as due to the small deviation the petals 11 of the check valve 10 from its initial position, “throttling” (filling) of the throttle holes 8 of the locking element 6 and the petals 11 of the valve 10 of the viscous component of the cement slurry occurs, which eliminates unauthorized penetration s solution from the annulus inside the casing 9.

Преимущество предлагаемого обратного клапана для обсадной колонны заключается в том, что его конструкция благодаря минимальной металлоемкости и изогнутой поперечной форме запорного элемента позволяет производить закачку тампонажного раствора с минимальным гидравлическим сопротивлением, а присутствие дополнительного обратного клапана на запорном элементе исключает проведение дополнительных операций по приведению запорного элемента клапана в рабочее положение, что позволяет сэкономить время и средства на цементирование обсадной колонны.The advantage of the proposed check valve for the casing string is that its design, thanks to the minimum metal consumption and the curved transverse shape of the shut-off element, allows grouting to be injected with minimal hydraulic resistance, and the presence of an additional check valve on the shut-off element eliminates additional operations to bring the shut-off element of the valve in working position, which saves time and money on casing cementing the columns.

Claims

The check valve for the casing string, including a cylindrical body with an axial channel equipped with a bottom seat, a spring-loaded locking element pivotally attached from the bottom, which is capable of tightly interacting with the seat, and throttle openings for filling the casing string with fluid through them during descent, characterized in that the locking element is made of a curved shape, allowing it to fit snugly against the wall of the casing in the open state, and the saddle is made of complex shape for the locking element, etc. and this throttle hole is made in the locking element and is blocked by a check valve.