Зворотний клапан з регульованим прохідним каналом

Реферат: Зворотний клапан, що скомпонований із циліндричного корпусу, у середині якого розміщене фігурне кільце, яке взаємодіє з кульовим запірним елементом, що зв'язаний із обмежником, котрий оснащений периферійними отворами, пружиною та рухомим елементом, який встановлений з можливістю зворотно-поступального руху повздовж осі клапана. Зворотний клапан виконаний з регульованим прохідним каналом, при цьому рухомий елемент клапана, встановлений з можливістю зворотно-поступального руху повздовж осі клапана, виконаний у вигляді зовнішньої обойми, що має щонайменше 2 вертикальні периферійні отвори, розташований на внутрішній обоймі, що має щонайменше 2 аналогічні вертикальні периферійні отвори, і підпружинений відносно внутрішньої обойми пружиною з обмежником зворотнопоступального руху у вигляді стопорного кільця, внутрішня обойма виконана з опорою на фігурному кільці і зафіксована у циліндричній виточці фіксуючого перевідника. UA 72879 U (12) UA 72879 U UA 72879 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до технологічного обладнання, що може використовуватися для оснащення обсадних колон у процесі кріплення нафтових і газових свердловин. Відомий кульовий зворотний клапан, зразка 02, який складається з металевого корпуса з приєднувальною різьбою, штока, верхньої гайки, шайби, пружини, втулки, сідла, тарілки і нижньої гайки [К.В.Иогансен. Спутник буровика, М. Недра, 1981, С. 90, Рис. 34]. Однак цей клапан немає достатньої ефективності, оскільки його прохідний канал має сталу площу і при збільшенні тиску всередині обсадної колони у процесі закачування цементного розчину збільшується швидкість його руху, унаслідок чого відбувається розрив суцільності потоку розчину, що негативно відбивається на формуванні кріплення свердловини. Відомий також зворотний клапан зразка ЦКОД, що складається з корпуса, притискуючої гайки, пластмасової підвіски, розрізних шайб, гумової діафрагми, металевої втулки, пластмасової кулі і дроселя [К.В.Иогансен. Спутник буровика, М. Недра, 1981, С. 90, Рис. 35]. Однак і цей клапан недостатньо ефективний, оскільки також має сталу площу прохідного каналу, що не забезпечує стабільності витрати цементного розчину при зміні тиску всередині обсадної колони, а нестабільність швидкості руху бурового розчину негативно впливає на якість формування кріплення свердловини. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є зворотний клапан з рухомим дроселем, що скомпонований із циліндричного корпусу, усередині якого розміщене сідло під фігурне кільце, яке взаємодіє з кульовим клапаном/запірним елементом, що зв'язаний із обмежником, котрий оснащений периферійними отворами, пружиною та рухомим елементом, при цьому на торці сідла з боку кульового клапана виконаний паз під гумове кільце, і кульовий клапан безпосередньо зв'язаний з пружиною та жорстко під'єднаний до рухомого елемента у вигляді штока, який встановлений з можливістю зворотно-поступального руху повздовж осі клапана, причому кульовий клапан виконаний із карболітового матеріалу, пружина оснащена обмежувальною гільзою, яка регулює величину стискування пружини, а шток, встановлений по центру обмежника, є центратором кульового клапана, крім того шток додатково обладнаний регулюючим вузлом у вигляді шайби і гайки, які розташовані за клапаном. [Патент України № 15798, UA, F16K 15/02, Бюл. № 7, 2006 р]. Проте конструктивні особливості цього зворотного клапану, зумовлені необхідністю задання визначеного притискуючого зусилля пружині у відповідності до робочого тиску закачуваного бурового розчину у обсадну колону, із врахуванням швидкості спрацювання клапана при тому чи іншому тиску і хрупкістю карболітового матеріалу, з якого виготовлений кульовий запірний елемент, дещо обмежують його використання. Крім того, цей зворотний клапан також має сталу площу прохідного каналу, що не забезпечує стабільності витрати цементного розчину при зміні тиску всередині обсадної колони, а нестабільність швидкості руху бурового розчину негативно впливає на якість формування кріплення свердловини. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створення зворотного клапана з можливістю регулювання зміни площі прохідного каналу у залежності від зміни тиску всередині обсадної колони, здатного підтримувати сталу витрату цементного розчину у процесі його закачування, шляхом регулювання площі пропускного каналу клапана зміщенням зовнішньої обойми відносно внутрішньої обойми рухомого елемента клапана, величина якого взаємопов'язана з величиною деформації пружини, котра в свою чергу взаємопов'язана зі зміною тиску всередині колони, забезпечити сталу швидкість руху бурового розчину та усунути негативний вплив цього явища на якість формування кріплення свердловини. Поставлена задача вирішується тим, що зворотний клапан виконаний з регулювальним прохідним каналом, при цьому рухомий елемент клапана, встановлений з можливістю зворотнопоступального руху повздовж осі клапана, виконаний у вигляді зовнішньої обойми, що має щонайменше 2 вертикальні периферійні отвори, розташований на внутрішній обоймі, що має щонайменше 2 аналогічні вертикальні периферійні отвори, і підпружинений відносно внутрішньої обойми пружиною з обмежником зворотно-поступального руху у вигляді стопорного кільця, внутрішня обойма виконана з опорою на фігурному кільці і зафіксована у циліндричній виточці фіксуючого перевідника, на фігурному кільці встановлено корпус кульового запірного елемента з вертикальними прорізами з направляючою втулкою для кулі всередині, діаметр якої відповідає діаметру посадочного скосу внутрішньої обойми, крім того внутрішня і зовнішня обойми зворотного клапана зафіксовані між собою шпонкою/обмежувачем обертового руху одна відносно одної. За рахунок запропонованого нового конструктивного вирішення зворотного клапана з можливістю регулювання зміни площі прохідного каналу у залежності від зміни тиску всередині колони, здатного підтримувати сталу витрату цементного розчину у процесі його закачування, 1 UA 72879 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шляхом зміщення зовнішньої обойми відносно внутрішньої обойми, кожна із яких конструктивно має щонайменше 2 вертикальні периферійні отвори, і переміщенням одна відносно одної змінюють площу прохідного каналу, при цьому величина такого зміщення взаємопов'язана з величиною деформації пружини, котрою підпружинена зовнішня обойма відносно внутрішньої з обмежником переміщення руху у вигляді стопорного кільця, в свою чергу взаємопов'язана зі зміною тиску всередині колони, саме таким вирішенням забезпечується стала швидкість руху бурового розчину та усувається негативний вплив цього явища на якість формування кріплення свердловини і таким чином сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак забезпечується причинно-наслідковий зв'язок з досягненням технічного результату, тобто маємо технічне рішення, що забезпечує вирішення поставленої технічної задачі корисної моделі Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На фіг. 1 зображений зворотний клапан з регульованим прохідним каналом у вихідному положенні (повздовжній розріз), на фіг. 2 - теж зі зміненою площею прохідного каналу і на фіг. 3 - поперечний розріз по лінії А-А. Зворотний клапан з регульованим прохідним каналом складається з циліндричного корпуса 1, який оснащений у верхній частині приєднувальною різьбою у вигляді муфти, а на нижню частину нагвинчений фіксуючий перевідник 2 з внутрішньою кільцевою виточкою, нижня частина якого оснащена приєднувальною різьбою у вигляді ніпеля. Всередині циліндричного корпуса 1 встановлена внутрішня обойма 3 з вертикальними периферійними отворами 4, яка нижнім торцем опирається на фігурне кільце 5, які разом зафіксовані у циліндричній виточці фіксуючого перевідника 2, нижнім торцем патрубка 1. На внутрішній обоймі 3 розташована зовнішня обойма 6 з вертикальними периферійними отворами 7, яка підпружинена відносно внутрішньої обойми 3 пружиною 8, причому переміщення зовнішньої обойми 6 відносно внутрішньої 3 обмежується стопорним кільцем 9, встановленим на внутрішній обоймі 3. У фігурному кільці 5 встановлений корпус кульового запірного елемента 10 з вертикальними периферійними прорізами 11, всередині якого розташована направляюча втулка 12 для кулі 13, діаметр якої відповідає діаметру посадочного скосу 14, внутрішньої обойми 3. Можливість обертання зовнішньої обойми 6 відносно внутрішньої 3 запобігається шпонкою/обмежником 15. Зворотний клапан з регульованим прохідним каналом встановлюють в обсадній колоні, з таким розрахунком, щоби віддаль до вибою свердловини після спуску колони була не менше 20-30 мм. Пропонований клапан працює наступним чином: Після досягнення обсадною колоною проектної глибини закачують цементний розчин всередину обсадної колони. У міру закачування розчину тиск всередині колони зростає за рахунок збільшення гідростатичної складової (густина цементного розчину найбільша у порівнянні з густиною інших рідин у свердловині). Цементний розчин проходить через прохідний канал, який утворюють суміщені вертикальні периферійні отвори 4 і 7 зовнішньої (6) та внутрішньої (3) обойм, і через вертикальні периферійні прорізи 11 корпуса кульового запірного елемента 10. Для недопущення збільшення швидкості руху потоку цементного розчину, площа прохідного каналу регулюється, за рахунок зміщення зовнішньої обойми 6 відносно внутрішньої обойми 3 вниз. Величина зміщення залежить від величини деформації пружини 8, що у свою чергу залежить від величини збільшення тиску всередині колони. Таким чином, пружину 8 попередньо протаровують так, щоб величина її деформації залежала від сили тиску на зовнішню обойму, який створюється всередині колони у процесі закачування цементного розчину. При максимально можливому тиску всередині колони (попередньо оцінюють розрахунковим шляхом) величина зміщення зовнішньої обойми 6 відносно внутрішньої обойми 3 є максимальною, а площа прохідного каналу - мінімальною. По закінченню закачування цементного розчину, за відомою технологією звільняють верхню цементувальну пробку, яка потрапляючи на кільце "стоп" (на фіг. не показано), або зворотний клапан сигналізує про закінчення процесу цементування обсадної колони. Після цього тиск всередині колони знижують до нуля і за рахунок різниці густин розчинів ззовні колони і всередині неї спрацьовує кульовий запірний елемент 13, куля якого піднімається по направляючій втулці 12 вверх до посадочного скосу 14, перекриваючи прохідний канал і таким чином унеможливлює перетікання цементного розчину у колону. Свердловину залишають на твердіння цементного каменю і подальші роботи проводять за планом. Пропонований зворотний клапан з регульованим прохідним каналом забезпечує зміну площі прохідного каналу у залежності від зміни тиску всередині колони і здатний підтримувати сталу витрату цементного розчину у процесі його закачування шляхом зміни площі прохідного каналу 2 UA 72879 U зміщенням зовнішньої обойми відносно внутрішньої, величина якого взаємопов'язана з величиною деформації пружини, яка в свою чергу взаємопов'язана зі зміною тиску всередині колони, чим забезпечується стала швидкість руху бурового розчину і усувається негативний вплив цього явища на якість формування кріплення свердловини. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Зворотний клапан, що скомпонований із циліндричного корпусу, у середині якого розміщене фігурне кільце, яке взаємодіє з кульовим запірним елементом, що зв'язаний із обмежником, котрий оснащений периферійними отворами, пружиною та рухомим елементом, який встановлений з можливістю зворотно-поступального руху повздовж осі клапана, який відрізняється тим, що зворотний клапан виконаний з регульованим прохідним каналом, при цьому рухомий елемент клапана, встановлений з можливістю зворотно-поступального руху повздовж осі клапана, виконаний у вигляді зовнішньої обойми, що має щонайменше 2 вертикальні периферійні отвори, розташований на внутрішній обоймі, що має щонайменше 2 аналогічні вертикальні периферійні отвори, і підпружинений відносно внутрішньої обойми пружиною з обмежником зворотно-поступального руху у вигляді стопорного кільця, внутрішня обойма виконана з опорою на фігурному кільці і зафіксована у циліндричній виточці фіксуючого перевідника, при цьому на фігурному кільці встановлено корпус кульового запірного елемента з вертикальними периферійними прорізами і з направляючою втулкою для кулі всередині, діаметр якої відповідає діаметру посадочного скосу внутрішньої обойми, крім того внутрішня і зовнішня обойми зворотного клапана зафіксовані між собою шпонкою/обмежувачем обертового руху одна відносно одної. 3 UA 72879 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4