RU166931U1 - Многоразовый циркуляционный клапан - Google Patents

Abstract

1. Многоразовый циркуляционный клапан, включающий полый корпус с наружными отверстиями, кольцевой поршень с седлом для сбросового шара и внутренними отверстиями, соединённый с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости, внутри кольцевого поршня установлена вставка, на кольцевой выступ которой опирается возвратная пружина, а под ней между корпусом и вставкой установлен поршень компенсатора давления, отличающийся тем, что механизм переключения направления подачи промывочной жидкости представляет собой втулку, на наружной поверхности которой выполнен фигурный паз, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами, штифты закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз включает три парных рабочих участка: короткий, длинный и средний, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки, кольцевого поршня и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки и участки переключения соединены наклонными пазами.2. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что три парных рабочих участка, выполненных на втулке, с разной длиной обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня: начальное, открытое для промывки затрубного пространства, и открытое для центральной промывки.3. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что возвратная пружина установлена в кольцевой расточке, выполненной во втулке между кольцевой поверхностью, образованной расточкой и

Description

Полезная модель относится к циркуляционным переводникам бурильной колонны, а именно к устройствам выборочной подачи промывочной жидкости к забою скважины или для промывки от шлама затрубного пространства.

Известен переливной клапан бурильной колонны с героторным двигателем по патенту РФ на изобретение №2204688. Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам переливных клапанов бурильной колонны с героторным двигателем для сообщения внутренней полости колонны с затрубным пространством при спускоподъемных операциях для заполнения и опорожнения колонны буровым раствором. Переливной клапан бурильной колонны с героторным двигателем содержит корпус с резьбами на его краях, радиальными отверстиями, размещенный с возможностью скольжения поршень, а также седло и пружину между ними. Поршень размещен внутри седла и образует с ним клапанную ступенчатую пару. Верхний торец седла и верхняя часть поршня ограничены от перемещения вверх закрепленным в корпусе направляющим кольцом. Седло содержит уменьшенный пояс скольжения с нижней частью поршня по сравнению с увеличенным поясом скольжения с верхней частью поршня. Периметр пояса скольжения седла с нижней частью поршня составляет 0,33-0,77 от периметра пояса скольжения седла с верхней частью поршня. Пружина размещена в полости между верхней частью поршня и нижней частью седла. Поршень выполнен с рядом радиальных каналов, расположенных ниже от радиальных отверстий в корпусе. Корпус образует с седлом тупиковую кольцевую щель, которая сообщена с полостью между седлом и поршнем радиальными окнами. Техническим результатом является повышение надежности и увеличение ресурса переливного клапана, используемого в составе бурильной колонны с героторным двигателем. Недостатком переливного клапана, является отсутствии возможности изменять направление потока текучей среды в стволе скважины.

Известен переключатель потока жидкости по патенту РФ на изобретение №2015306. Переключатель потока жидкости содержит корпус с продольным и боковым отверстиями, подвижный приводной элемент с возвратной пружиной, установленной в корпусе с возможностью продольного перемещения и поворота, втулку с замкнутой зигзагообразной канавкой из прямых и наклонных пазов, контактные элементы, взаимодействующие с пазами замкнутой зигзагообразной канавки, и гидрораспределитель, снабжен подвижным соединением приводного элемента с гидрораспределителем, втулка жестко связана с подвижным приводным элементом или с корпусом, контактные элементы подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения соответственно в корпусе или на подвижном приводном элементе, пазы канавки выполнены с максимальной глубиной в передней и задней по отношению к прямому движению подвижного элемента частях и минимальной глубиной в средней части, причем подвижный приводной элемент выполнен полым, переход от передней части прямых и задней части наклонных пазов к их средним частям выполнен плавным, а переход от задней части прямых к передней части наклонных выполнен ступенчатым. Гидрораспределитель выполнен в виде уплотненного относительно корпуса поворотного золотника с выходным отверстием, совпадающим при повороте на заданный шаг с продольным или боковым отверстием корпуса. При этом переключатель может быть снабжен приемной воронкой, связанной с подвижным приводным элементом и выполненной с фиксаторами, внешние части которых контактируют с внутренней поверхностью корпуса, выполненной с углублением. Подвижный приводной элемент под канавкой и втулка в своей верхней части имеют уплотнения одинакового диаметра, полость между уплотнениями заполнена смазывающей жидкостью. При этом переключатель может быть снабжен обратным клапаном, размещенным на выходе гидрораспределителя в продольном отверстии корпуса. Переключатель снабжен компенсаторами давления, размещенными в корпусе между уплотнениями подвижного приводного элемента. Рабочая часть гидрораспределителя и ответная часть корпуса имеют коническую форму, переключатель снабжен эластичной опорой, расположенной между корпусом и гидрораспределителем. При этом боковых отверстий корпуса может быть несколько. Недостатком переключателя потока жидкости является низкая надежность конструкциии делительного механизма и направления подачи текучей среды.

Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на полезную модель №155225. Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит трубчатый корпус, снабженный внешними отверстиями, ступенчатый золотник с радиальными отверстиями, пружину, седло, пробки, шары, внутреннее расходное отверстие, проходящее через трубчатый корпус и ступенчатый золотник, через которое проходит первичная траектория движения текучей среды. Ступенчатый золотник имеет первое положение, в котором внешние отверстия и радиальные отверстия перекрыты, и второе положение ступенчатого золотника, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды. Радиальные и внешние отверстия сообщаются для поступления всего объема текучей среды в кольцевой зазор ствола скважины. Циркуляционный переводник бурильной колонны содержит упор, уступ трубчатого корпуса, дроссельный диск между пружиной и торцом ступенчатого золотника. Кроме того, шары содержат не менее одного деформируемого шара блокирования и не менее одного жесткого шара деактивации. Кроме того, дополнительно содержит устройство приема шаров. Кроме того, сечение деформируемого шара блокирования превышает сечение внешнего отверстия трубчатого корпуса на 3%-15%, а сечение жесткого шара деактивации на 0,8-15% больше сечения радиальных отверстий ступенчатого золотника. Кроме того, радиальный зазор между дроссельным диском и расточкой трубчатого корпуса, составляет 1-5 мм, а высота диска составляет 3%-15% хода L ступенчатого золотника от упора до уступа трубчатого корпуса. Недостатком циркуляционного переводника бурильной колонны являются низкая надежность, быстрый абразивный износ его деталей и необходимость для переключения режимов использовать одноразовые разрушающиеся сбросовые шары.

Известен клапан буровой циркуляционный по патенту РФ на изобретение №2426862. Клапан буровой циркуляционный, включает соосные, находящиеся в зацеплении между собой посредством шипов и направляющих пазов системы корпуса и поршня, первая из которых содержит корпус в виде патрубка, замыкатель с каналами, сообщающими ее внутреннюю полость с затрубным пространством скважины, и уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а система поршня содержит поршень с сужающимся на входном участке проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с радиальными каналами, пружину сжатия, размещенную в запоршневой полости между уступом поршня и нижним ограничителем его хода, проточный канал выполнен с переменным сечением от сужающегося на входном участке до плавно расширяющегося на выходном участке, при этом на участке его максимального сужения в поршне выполнен перепускной канал, гидравлически сообщающий проточный канал с запоршневой полостью. Запоршневая полость гидравлически разобщена с затрубным пространством скважины посредством уплотнения, установленного в верхней части замыкателя выше его каналов. Плавно расширяющийся участок проточного канала поршня выполнен с уклоном 3-5°. Между уступом поршня и ограничителем хода поршня над или под пружиной установлен упорный подшипник. Недостатком клапана бурового циркуляционного является его низкая надежность, связанная с работой пружины и механизма переключения режима промывки в среде промывочной жидкости.

Известен циркуляционный переводник бурильной колонны по патенту РФ на изобретение №2440482 (прототип). Переводник включает трубчатый корпус, снабженный внешним отверстием, ступенчатый золотник, установленный с возможностью скольжения внутри трубчатого корпуса, внутреннее расходное отверстие, проходящее через трубчатый корпус и ступенчатый золотник, через которое проходит первичная траектория движения текучей среды, при этом ступенчатый золотник имеет первое положение, в котором внешнее отверстие выполнено перекрываемым от первичной траектории движения текучей среды, и второе положение, в котором блокируется первичная траектория движения текучей среды и открывается внешнее отверстие для обхода указанной траектории между расходным отверстием и кольцевым зазором ствола скважины, и делительный механизм, установленный между трубчатым корпусом и ступенчатым золотником для направления золотника между первым и вторым положением. Недостатком циркуляционного переводника бурильной колонны является сложность конструкции и низкая надежность механизма переключения клапана в различные режимы направления подачи промывочной жидкости.

Задачей полезной модели является повышение надежности механизма переключения клапана в различные режимы направления подачи промывочной жидкости.

Поставленная задача решается за счет того, что многоразовый циркуляционный клапан, включает полый корпус с наружными отверстиями, кольцевой поршень с седлом для сбросового шара и внутренними отверстиями, соединенный с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости, внутри кольцевого поршня установлена вставка, на кольцевой выступ которой, опирается возвратная пружина, а под ней между корпусом и вставкой установлен поршень компенсатора давления, механизм переключения направления подачи промывочной жидкости, представляет собой втулку, на наружной поверхности которой, выполнен фигурный паз, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами, штифты закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз включает три парных рабочих участка: короткий, длинный и средний, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки, кольцевого поршня и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки и участки переключения соединены наклонными пазами. Три парных рабочих участка выполненных на втулке, с разной длиной обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня: начальное, открытое для промывки затрубного пространства и открытое для центральной промывки. Возвратная пружина установлена в кольцевой расточке, выполненной во втулке между кольцевой поверхностью, образованной расточкой и кольцевым выступом вставки. В местах соединения участков паза, параллельных оси с наклонными участками, выполнены направляющие фаски или радиусы. Ширина фигурного паза, выполнена больше диаметра штифта входящего с ним в зацепление. Втулка уплотнена относительно вставки. Штифты установлены в корпусе на резьбе и уплотнены. Вставка зафиксирована в корпусе крестовиной. Полость, образованная между корпусом и вставкой, заполнена смазкой. Кольцевой поршень уплотнен относительно корпуса и вставки.

Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении многоразового циркуляционного клапана применяются недефицитные материалы и известные технологии.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1…5, где:

На фиг. 1 показан многоразовый циркуляционный клапан в начальном положении, без сбросового шара, буровой раствор поступает к долоту, штифты механизма переключения находятся в коротких пазах.

На фиг. 2 показан многоразовый циркуляционный клапан в начальном положении, перед переключением, шар сброшен, штифты механизма переключения находятся в коротких пазах.

На фиг. 3 показан многоразовый циркуляционный клапан после первого переключения, в открытом для промывки затрубного пространства положении, штифты механизма переключения находятся в длинных пазах.

На фиг. 4 показан многоразовый циркуляционный клапан после второго переключения, в открытом для центральной промывки положении, буровой раствор поступает к долоту, штифты механизма переключения находятся в средних пазах.

На фиг. 5 показана развертка фигурного паза, выполненного на боковой поверхности втулки механизма переключения направления подачи промывочной жидкости.

Многоразовый циркуляционный клапан, состоит из полого корпуса 1 с наружными отверстиями 2, кольцевого поршня 3 с седлом 4 для сбросового шара 5 и внутренними отверстиями 6, соединенный с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости 7, внутри кольцевого поршня 3 установлена вставка 8, на кольцевой выступ 9 которой, опирается возвратная пружина 10, а под ней между корпусом 1 и вставкой 8 установлен поршень компенсатора давления 11, механизм переключения направления подачи промывочной жидкости 7, представляет собой втулку 12, на наружной поверхности которой, выполнен фигурный паз 13, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами 14, штифты 14 закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз 13 включает три парных рабочих участка: короткий 15, длинный 16 и средний 17, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки 12, кольцевого поршня 3 и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения 18, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки 15, 16, 17 и участки переключения 18 соединены наклонными пазами 19. Три парных рабочих участка 15, 16, 17, выполненных на втулке 12, с разной длиной, обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня 3: начальное, открытое для промывки затрубного пространства и открытое для центральной промывки. Возвратная пружина 10 установлена в кольцевой расточке 20, выполненной во втулке 12 между кольцевой поверхностью 21, образованной расточкой и кольцевым выступом 9 вставки 8. В местах соединения участков паза 15, 16, 17, 18, параллельных оси с наклонными участками 19, выполнены направляющие фаски или радиусы. Ширина фигурного паза 13, выполнена больше диаметра штифта 14, входящего с ним в зацепление. Втулка 12 уплотнена относительно вставки 8. Штифты 14 установлены в корпусе 1 на резьбе и уплотнены. Вставка 8 зафиксирована в корпусе крестовиной 22. Полость, образованная между корпусом 1 и вставкой 8, заполнена смазкой. Кольцевой поршень 3 уплотнен относительно корпуса 1 и вставки 8.

Многоразовый циркуляционный клапан работает следующим образом. Корпус 1 соединяется с колонной буровых труб. В положении, показанном на фиг. 1 промывочная жидкость поступает к забойному двигателю и долоту. В случае необходимости интенсивной промывки скважины, в скважину бросают сбросовый шар 5, который задерживается седлом 4 (фиг. 2). Давление выше сбросового шара 5 увеличивается и передается через кольцевой поршень 3 на втулку 12 механизма переключения направления подачи промывочной жидкости 7. Втулка 12 взаимодействует фигурным пазом 13 со штифтами 14 и перемещается вниз, сжимая пружину 10. Втулка 12 поворачивается и штифт 14 переходит в длинный рабочий участок 16 фигурного паза 13. Кольцевой поршень 3 движется вниз, внутренние отверстия 6 в нем перекрываются вставкой 8, а наружные отверстия 2, выполненные в корпусе 1 открываются. После чего вся промывочная жидкость направляется на промывку затрубного пространства скважины. При выключении промывки пружина 10 давит на втулку 12, она поворачивается, и штифт 14 переходит в участок переключения 18. После включения насосов, штифт по участку переключения 18 переходит в средний рабочий участок 17 фигурного паза 13, при этом кольцевой поршень 3 движется вверх, внутренние отверстия 6 в нем открываются, а наружные отверстия 2, выполненные в корпусе 1 закрываются. После чего вся промывочная жидкость направляется к долоту и забойному двигателю. После очередного переключения насосов, штифт по участку переключения 18 переходит в начальное положение, рабочий участок 15. При дальнейших переключениях насосов, переключение режимов работы повторяется. Использование двух штифтов 14, работающих синхронно в пазах одинаковой длины, позволяет исключить перекос и заклинивание втулки 12 механизма переключения направления подачи промывочной жидкости 7.

Применение полезной модели позволило:

1. Повысить надежность устройства.

2. Снизить время технического обслуживания клапана.

3. Повысить качество очистки ствола скважины.

4. Увеличить объем прокачиваемой промывочной жидкости.

5. Увеличить скорость восходящего потока промывочной жидкости.

Claims (10)

1. Многоразовый циркуляционный клапан, включающий полый корпус с наружными отверстиями, кольцевой поршень с седлом для сбросового шара и внутренними отверстиями, соединённый с механизмом переключения направления подачи промывочной жидкости, внутри кольцевого поршня установлена вставка, на кольцевой выступ которой опирается возвратная пружина, а под ней между корпусом и вставкой установлен поршень компенсатора давления, отличающийся тем, что механизм переключения направления подачи промывочной жидкости представляет собой втулку, на наружной поверхности которой выполнен фигурный паз, входящий во взаимодействие с выступающими внутрь корпуса штифтами, штифты закреплены неподвижно в корпусе напротив друг друга, фигурный паз включает три парных рабочих участка: короткий, длинный и средний, расположенные параллельно оси клапана, определяющие осевое положение втулки, кольцевого поршня и три расположенных параллельно оси клапана парных участка переключения, расположенных между ними, причем парные пазы с одинаковой длиной находятся напротив друг друга, а с двух сторон рабочие участки и участки переключения соединены наклонными пазами.

2. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что три парных рабочих участка, выполненных на втулке, с разной длиной обеспечивают три варианта осевого положения кольцевого поршня: начальное, открытое для промывки затрубного пространства, и открытое для центральной промывки.

3. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что возвратная пружина установлена в кольцевой расточке, выполненной во втулке между кольцевой поверхностью, образованной расточкой и кольцевым выступом вставки.

4. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что в местах соединения участков паза, параллельных оси с наклонными участками, выполнены направляющие фаски или радиусы.

5. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что ширина фигурного паза выполнена больше диаметра штифта, входящего с ним в зацепление.

6. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что втулка уплотнена относительно вставки.

7. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что штифты установлены в корпусе на резьбе и уплотнены.

8. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что вставка зафиксирована в корпусе крестовиной.

9. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что полость, образованная между корпусом и вставкой, заполнена смазкой.

10. Многоразовый циркуляционный клапан п. 1, отличающийся тем, что кольцевой поршень уплотнён относительно корпуса и вставки.

Images