Циркуляційний клапан

Реферат: Циркуляційний клапан, що містить розміщений між верхнім та нижнім перехідниками корпус, в якому утворений вхідний канал з радіальним отвором. Для підвищення надійності, ефективності роботи пристрою та його довговічності у корпусі додатково утворений циркуляційний канал, в якому встановлені підпружинені запірні елементи. UA 99520 C2 (12) UA 99520 C2 UA 99520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до нафтогазовидобувної промисловості, зокрема до пристроїв, що призначені для сполучення і роз'єднання затрубного і трубного простору свердловин, як обладнаних пакерами, так і без них, при їх освоєнні і глушінні, при проведенні технологічних операцій з використанням гідравлічних двигунів. 7 Відомий циркуляційний клапан (патент України № 2071, МПК Е21В 34/06, 49/00, опубл. 15.10.2003, Бюл. № 10, 2003 р.), що містить корпус з циркуляційними каналами, диференціальну запірну втулку, цанговий фіксатор, циркуляційні канали в корпусі утворені внутрішнім кільцевим розточенням і радіально розташованими циліндричними камерами, усередині яких поміщені підпружинені плунжери з конічними затворами, закріпленими розрізним кільцем, при цьому у внутрішній порожнині корпуса встановлена з можливістю осьового переміщення обмежувальна маточина, яка підтиснута тарувальною пружиною, а усередині диференційної втулки виконано кільцеве розточення. Недоліками цього пристрою є неможливість здійснення циркуляції робочого середовища з трубного простору в затрубний, неможливість виконання даної конструкції для малих зовнішніх діаметрів з причини значного зменшення циркуляційних отворів, а також конструкція клапана складна у виготовленні та ненадійна при роботі у середовищі з високим вмістом абразивних та механічних домішок в робочому агенті. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення по технічній суті і результату, 3 що досягається, є клапан циркуляційний (а. с. СРСР № 968336, МПК Е21В 34/06, опубл. 23.10.1982, Бюл. № 39), основними вузлами якого є корпус з радіальним отвором, гайка і мембрана, а також встановлені в радіальному положенні корпуса два кільця, що мають різний діаметр, між якими розміщена мембрана. Недоліками цього пристрою є те, що після спрацювання клапана не відбувається перекриття зворотного потоку робочого агента, складність підбору товщини мембрани, недоцільність використання при освоєнні свердловини як з пакером, так і без, неможливість використання в компоновці з гідравлічними двигунами. Задачею винаходу є підвищення надійності роботи клапана, його довговічність та розширення функціональних можливостей за рахунок удосконалення конструкції пристрою. Для вирішення поставленої задачі циркуляційний клапан, що містить розміщений між верхнім та нижнім перехідниками корпус, в якому утворений вхідний канал з радіальним отвором, згідно з запропонованим технічним рішенням, додатково містить циркуляційний канал, в якому встановлені підпружинені запірні елементи. Як варіант конструктивного виконання пристрою один з запірних елементів може бути виконаний у вигляді заглушки. Крім того, циркуляційний клапан може додатково містити другий вхідний канал. Як варіант, діаметр вхідного каналу може бути більше діаметра циркуляційного каналу, при цьому вхідний канал розміщується таким чином, що відстань між його віссю і віссю корпуса мінімальна. Корпус містить виконані паралельно його осі отвори з спеціально розміщеними підпружиненими запірними елементами, які забезпечують відсіювання твердих частинок у свердловину при циркуляції робочого агента. За рахунок конструктивного виконання з мінімізованою площею зони контакту сідла та запірного елемента здійснюється підвищення надійності роботи запірного елемента в агресивному середовищі та в середовищі з вмістом абразивних частинок, які рухаються під високим тиском. Виконання корпусу з спеціально розміщеними отворами забезпечує збалансованість корпуса при використанні його в технологічних операціях з обертовим рухом, а також проведення геофізичних досліджень після технологічних операцій. Технічним результатом, який досягається при використанні запропонованого пристрою, є підвищення надійності, ефективності роботи пристрою та його довговічність. Надійність роботи циркуляційного клапана забезпечується простотою конструкції та точністю посадки запірних елементів, а також збільшення пропускної здатності радіального отвору та каналу зі збереженням зовнішніх габаритних розмірів при використанні в обсадних колонах малих діаметрів. Точність посадки запірного елемента нижнього у сідло забезпечується циркуляційним каналом, що служить ще як напрямна, що розміщений паралельно осі корпуса, точність посадки запірного елемента верхнього забезпечується обмежувачем підйому, який є і напрямною та розміщений паралельно осі корпуса. Розподіл циркуляційного клапана на канали та камеру забезпечує стабілізацію потоку при проходженні у вхідному каналі, далі в камері робоче середовище, що рухається в трубному просторі під високим тиском та з певним вмістом абразивних частинок створює вихровий рух, 1 UA 99520 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 яким тяжчі частинки відходять на периферію та затримуються, а очищений потік рухається через циркуляційний канал, де здійснюється часткова стабілізація потоку робочого середовища. Запропоноване конструктивне виконання запірних елементів та їх сідел забезпечує відсіювання абразивів та інших домішок за рахунок гасіння швидкості та зміни напрямку руху його потоку в камері, що розміщена під нижнім запірним елементом, при подачі робочого середовища в трубний простір. При подачі в затрубний простір гасіння потоку проходить між внутрішнім простором обсадної колони та зовнішньою поверхнею спущеної колони труб, що також забезпечує зменшення абразивного руйнування герметизуючих поверхонь. Підпружинена конструкція запірного елемента забезпечує, при зупинці циркуляції робочого середовища, швидке закриття за рахунок спільної дії на запірний елемент пружини та зворотноінерційного потоку, що діє на всю площу запірного елемента, а також його використання в будьякому положенні: горизонтальному, вертикальному, під кутом. Для надійного кріплення сідла використовуємо стопорний елемент, що забезпечує зменшення габаритних розмірів корпуса та надійну фіксацію сідла в корпусі. Запропоноване конструктивне рішення забезпечує надійну та ефективну роботу циркуляційного клапана як у горизонтальному, так і у вертикальному положенні, відмінну ремонтопридатність під час експлуатації, якісне відсікання зворотного потоку, відсутність перетоків, зменшує кількість створення аварійних ситуацій, підвищує термін служби механічної та гідравлічної частини обладнання, розширює напрямки використання конструкції, а також підвищує рівень техніки безпеки при проведенні технологічних операцій з його використанням. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 зображено загальний вигляд циркуляційного клапана, на фіг. 2 - варіант виконання циркуляційного клапана з верхнім запірним елементом у вигляді заглушки, на фіг. 3 - інший варіант виконання циркуляційного клапана з нижнім запірним елементом у вигляді заглушки, на фіг. 4 - розріз А-А конструкції клапана, на фіг. 5 - розріз А-А варіанта виконання конструкції клапана з використанням другого вхідного каналу, на фіг. 6 - розріз А-А варіанта виконання конструкції клапана, коли діаметр вхідного каналу більше діаметра циркуляційного каналу Циркуляційний клапан складається з корпуса 1, в якому виконаний вхідний канал 2 та циркуляційний канал 3, в останньому виконано радіальний отвір 4 та встановлено нижній запірний елемент 5, що утримується пружним елементом 6, який може бути виконаний секційно, причому кожна секція може мати різний коефіцієнт жорсткості матеріалу, та контактує з сідлом 7, а також верхній запірний елемент 8, що утримується пружиною 9 та контактує з сідлом 10, яке фіксується обмежувачем руху 11. Для встановлення в циркуляційну мережу передбачені верхній перехідник 12 та нижній перехідник 13 з камерою 14. Для використання пристрою в залежності від необхідності здійснення тої чи іншої технологічної операції, наприклад, при освоєнні свердловини, верхній запірний елемент 8 або нижній запірний елемент 5 може бути замінений заглушкою 15 (див. фіг. 2, 3). Для встановлення в компоновці труб в місцях, що сприймають великі крутні моменти, використовують конструкцію циркуляційного клапана згідно фіг. 4. Для збільшення прохідної здатності технологічних рідин та покращення балансування циркуляційного клапана при його обертанні пристрій може додатково містити другий вхідний канал 16 (див. фіг. 5), який розміщений співвісно першому вхідному каналу. Для забезпечення проведення геофізичних досліджень свердловини без додаткових затрат часу на спуско-піднімальні роботи діаметр вхідного каналу більше діаметра циркуляційного каналу (див. фіг. 6), при цьому вхідний канал розміщений таким чином, що відстань між його віссю і віссю корпуса мінімальна. Клапан циркуляційний працює таким чином. Клапан циркуляційний спускається на колоні насосно-компресорних або бурильних труб в компоновці з центратором, з пакером чи без нього, з гідравлічним двигуном та встановлюється над ними. При необхідності створення циркуляції робочого середовища з трубного простору в затрубний клапан циркуляційний працює таким чином. Робоче середовище, що подається зі сторони верхнього перехідника 12 проходить по вхідному каналу 2 і потрапляє в камеру 14, в якій найважчі механічні частинки з робочого середовища осідають. Одночасно на нижній запірний елемент 5 створюється надлишковий тиск, який переважає зусилля дії пружного елемента 6. Нижній запірний елемент 5 відходить від сідла 7, в результаті чого робоче середовище потрапляє в циркуляційний канал 3 та виходить в затрубний простір через радіальний отвір 4. Для виключення можливості відкриття запірного елемента 8 необхідно, щоб коефіцієнт жорсткості пружини 9 був більшим від коефіцієнта жорсткості пружного елемента 6. 2 UA 99520 C2 5 10 15 20 25 При необхідності створення циркуляції з затрубного простору в трубний клапан циркуляційний працює таким чином. Робоче середовище, що подається з затрубного простору, проходить через радіальний отвір 4, потрапляє в циркуляційний канал 3, в якому створюється на запірний елемент верхній 8 надлишковий тиск, який переважає зусилля дії пружини 9, запірний елемент верхній 8 відходить від сідла 10, відбувається відкриття клапана і робоче середовище потрапляє через обмежувач підйому 11 у камеру верхнього перехідника 11, звідки направляється у трубний простір спущених труб, при цьому запірний елемент нижній 5 щільно притискається до сідла 7. Для виключення можливості відкриття запірного елемента 5 необхідно, щоб коефіцієнт жорсткості пружного елемента 6 перевищував значення коефіцієнта жорсткості пружини 9. Для здійснення циркуляції з трубного простору в затрубний при умові неможливості прогнозування величини тиску в затрубному просторі верхній запірний елемент виконаний у вигляді заглушки 15. Для здійснення циркуляції з затрубного в трубний простір та при умові неможливості прогнозування дії тиску з трубного простору в затрубний нижній запірний елемент виконаний у вигляді заглушки 15. Для проведення геофізичних досліджень свердловини, за допомогою спеціального обладнання шляхом спуску його на глибину нижче місця встановлення циркуляційного клапана, використовується конструкція пристрою, в якому діаметр вхідного каналу більше діаметра циркуляційного каналу, при цьому вхідний канал розміщений таким чином, що відстань між його віссю і віссю корпуса мінімальна. Запропонований клапан циркуляційний може бути використаний в компоновці бурильних чи насосно-компресорних труб при виконанні технологічних операцій з освоєння свердловини як з пакером, так і без, глушіння, інгібування, проведення геофізичних досліджень, проведення інтенсифікації припливу вуглеводнів з подальшим освоєнням, в компоновці з гідравлічним двигуном при бурінні похило скерованих, вертикальних свердловин та зарізці бокового стовбура. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 1. Циркуляційний клапан, що містить розміщений між верхнім та нижнім перехідниками корпус, в якому утворений вхідний канал з радіальним отвором, який відрізняється тим, що у корпусі додатково утворений циркуляційний канал, в якому встановлені підпружинені запірні елементи. 2. Клапан циркуляційний по п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить утворений у корпусі другий вхідний канал. 3. Клапан циркуляційний по п. 1, який відрізняється тим, що діаметр вхідного каналу більше діаметра циркуляційного каналу, при цьому вхідний канал розміщений таким чином, що відстань між його віссю і віссю корпуса мінімальна. 3 UA 99520 C2 4 UA 99520 C2 5 UA 99520 C2 6 UA 99520 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 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 7