Клапан переливной


Переливной клапан забойного двигателя | Банк патентов

Изобретение относится к устройствам для бурения глубоких скважин забойными двигателями, предназначенным для заполнения и опорожнения колонны бурильных труб при спускоподъемных операциях. Переливной клапан включает соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит патрубок с каналами, гидравлически сообщающими полость внутри корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана, ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным каналом, переключатель клапана с перепускными каналами для сообщения центрального канала с кольцевой полостью, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень с переключателем в верхнем положении. Пружина сжатия расположена по направлению потока ниже перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана. Обеспечивает повышение показателей бурения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к буровой технике, к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями, а именно для заполнения и опорожнения бурильной колонны при спускоподъемных операциях.

Известен переливной клапан двигателя фирмы Dyna Drill (см. Балденко Д.Ф. и другие. Винтовые забойные двигатели, «Недра», 1999, стр.72, 73, рис.3.19). Недостатками клапана являются быстрый износ и нестабильное закрытие, особенно при применении утяжеленных буровых растворов из-за попадания при бурении шлама в зону расположения нажимной пружины поршня.

Известен переливной клапан (см. патент США №3,005,507, фиг.1, 2, 10, 11). Недостатками клапана являются ненадежность и нестойкость торцовой клапанной пары, малая площадь сечения центрального канала поршня, вызывающая повышение давления при бурении.

Известно также клапанное устройство забойного двигателя (см. патент РФ №2224866). Недостатками этого устройства также являются износ и засорение при бурении пружины клапана мелким шламом и соответственно ненадежная его работа.

Переливной клапан бурильной колонны (см. патент РФ №2204688) имеет такие же недостатки, усугубленные наличием кольцевой тупиковой щели, в которой возможно накопление шлама и его неконтролируемый выброс в рабочую зону пружины, что приводит к нестабильному закрытию клапана. Кроме того, заявленное отношение периметров поверхностей скольжения поршня, нижний предел которого составляет 0,33, приводит к чрезмерному сужению проточного канала поршня, что вызывает повышенные потери давления при промывке и бурении (прототип).

Причем вследствие того, что в суженном центральном канале поршня срабатывается повышенный перепад давлений при подъеме бурильных труб, возможно срабатывание клапана на закрытие, то есть неисполнение его основной функции: перепуска жидкости.

Основная техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности переключения и срока службы клапана при установке его над забойным двигателем.

Это достигается тем, что переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами, радиальными каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра дифференциального типа, замыкатель клапана золотникового типа с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с радиальными перепускными каналами, сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую систему поршня в верхнем положении, при этом пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно замыкателя и перепускных каналов переключателя клапана, причем пружина сжатия расположена в расточке патрубка корпуса между уступом системы корпуса и торцом системы поршня.

Кроме того, целесообразно для повышения надежности переключения клапана и ускорения спуска бурильной колонны, чтобы радиальные перепускные каналы системы поршня имели повышенный коэффициент расхода при движении жидкости из затрубного пространства вовнутрь бурильной колонны и наоборот, пониженный коэффициент расхода при движении жидкости в противоположном направлении. Например, эти каналы целесообразно выполнять сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному проточному каналу.

Кроме того, для повышения износостойкости клапана при одновременном повышении надежности его переключения, а также для повышения энергетической эффективности, целесообразно снизить затраты давления, срабатываемого в клапане при прокачке через него буровой жидкости. Для чего целесообразно увеличение соотношения диаметра центрального проточного канала поршня гидроцилиндра по отношению к его наружному диаметру на входе, выражаемое заявленным диапазоном соотношений 0,45…0,75.

На фиг.1 показан продольный разрез варианта конструкции клапана согласно изобретению в нормально открытом положении.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана с выполнением некоторых его элементов отдельными деталями в закрытом положении.

На фиг.3 показан вариант клапана с перепускными каналами переключателя, обеспечивающими различный коэффициент расхода в зависимости от направления потока буровой жидкости.

Конструктивно клапан включает соосные между собой систему корпуса и систему поршня.

В варианте, указанном на фиг.1, система корпуса включает патрубок 1 корпуса с присоединительными резьбами 2 и 3 на концах и радиальными каналами 4 с фильтрами 5, сообщающими полость 16 внутри системы корпуса с затрубным пространством 27, гильзу 6 (как часть патрубка 1 корпуса) дифференциального гидроцилиндра, нижний и верхний ограничители осевого хода системы поршня соответственно 7 (уступ 7) и 8 (упорное кольцо 8), замыкатель клапана 9 (часть патрубка 1) с уплотнением 10, расположенным в канавке 11.

Система поршня включает поршень 12 гидроцилиндра с уплотнением 14, имеющий наружный диаметр на входе D и центральный проточный канал 13 диаметром d, нижерасположенный, скрепленный с поршнем 12 переключатель 25 клапана с радиальными перепускными каналами 15, сообщающими центральный проточный канал 13 с полостью 16 внутри системы корпуса и, следовательно, с радиальными отверстиями 4 и затрубным пространством 27, пружину сжатия 17 с упорными регулировочными кольцами 18 и 19, удерживающую поршень в верхнем положении с упором в верхний ограничитель 8 осевого хода системы поршня.

Пружина сжатия 17 с регулировочными кольцами 18 и 19 расположена в расточке 20 патрубка 1 корпуса между уступом 21 системы корпуса и торцом 22 системы поршня. Система поршня может быть снабжена стабилизатором устойчивости 23 пружины. Гильза 6 и поршень 12 образуют силовой гидроцилиндр с функциональной возможностью перемещения системы поршня вниз по ходу потока под действием на поршень 12 перепада давлений 28-29 (см. фиг.2). Преодолев сопротивление пружины 17, клапан золотникового типа перейдет в положение, когда переключатель клапана 25 расположится в его замыкателе 9, перепускные каналы 15 будут гидравлически заблокированы.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана, в котором гильза 6, нижний ограничитель хода 7 и цилиндрический замыкатель клапана 9 с канавкой 11 уплотнения 10 выполнены в виде отдельной вставки, плотно скрепленной с патрубком 1 корпуса, например, на прессовой посадке. Причем часть радиальных каналов 4 выполнена во вставке. Дополнительным фиксирующим средством упомянутой вставки в патрубке 1 является ограничитель хода 8 вверх. Отличие вариантов обусловлено оптимизацией технологии изготовления элементов системы корпуса, а именно наличием заготовок стандартизованного проката, металлообрабатывающего оборудования, не изменяет сущности изобретения и поэтому не может являться отдельным изобретением.

На фиг.2 изображен клапан в закрытом положении. Поршень 12 с переключателем 25 и стабилизатором 23 находятся в нижнем положении с упором в нижний ограничитель 7, при этом перепускные каналы 15 заблокированы (перекрыты) замыкателем 9. Кроме того, пружина 17 дополнительно защищена (экранирована от внутритрубного пространства) стабилизатором 23.

На фиг.3 показан целесообразный вариант исполнения формы радиального перепускного канала 15 переключателя 25 клапана. Канал сужается вдоль его оси 24 в направлении от кольцевой полости 16 к центральному проточному каналу 13 системы поршня. Такая форма канала позволяет иметь повышенный коэффициент расхода при движении жидкости в направлении к центральному проточному каналу 13.

Переливной клапан устанавливается над двигателем. Обычно применяется следующая компоновка низа бурильной колонны: долото - забойный двигатель - шламоуловитель - обратный клапан - переливной клапан нормально открытого типа - бурильные трубы.

Работает клапан следующим образом.

При спуске бурильной колонны буровая жидкость перетекает из затрубного пространства 27 через радиальные каналы 4 (см. фиг.1), полость 16 внутри системы корпуса, радиальные перепускные каналы 15 переключателя 25 клапана, центральный проточный канал 13 в вышерасположенные бурильные трубы (не показаны) и заполняет внутритрубное пространство 30. Ускорению процесса перетекания способствует сужающаяся форма каналов 15 (см. фиг.3), что исключает «всплывание» (отставание заполнения буровой жидкостью бурильных труб) и способствует увеличению скорости спуска.

При включении насосов и подаче бурового раствора в колонну бурильных труб буровая жидкость интенсивно протекает через каналы 15, вследствие чего возникает перепад давлений 28-29 (см. фиг.2). Указанный перепад давлений на поршне 12 создает соответствующее усилие, действующее вниз, которое преодолевает сопротивление пружины и сдвигает систему поршня вниз до упора в ограничитель 7. Переключатель 25 клапана входит в замыкатель 9 клапана, который блокирует перепускные каналы 15. То есть клапан закрывается. Буровая жидкость далее направляется в двигатель, долото (не показаны) и далее в затрубное пространство 27.

Для описанного закрытия клапана не требуется уменьшения диаметра d центрального канала 13 (усилие на поршень 12 создается за счет перепада в перепускных каналах 15). Как следствие этого, снижаются затраты давления на прохождение жидкости через клапан при бурении.

Пока имеет место циркуляция, давление 28 на поршень 12 сверху превышает давление 29 на поршень снизу (см. фиг.2) на величину давления, срабатываемого в двигателе и долоте, вследствие чего возникает гарантированное усилие, направленное вниз и удерживающее клапан в закрытом положении.

Основным отличием работы клапана согласно изобретению является то, что пружина 17 при бурении (циркуляции) сохраняет свои упругие свойства благодаря ее изоляции от воздействия потока буровой жидкости, содержащей абразивные частицы выбуренной породы.

По окончании циркуляции, при смене долота или наращивании бурильной колонны усилие пружины 17 сдвигает систему поршня вверх до ограничителя 8, происходит открытие клапана и соответственно сообщение затрубного и внутритрубного пространств (см. фиг.1). Так как место расположения пружины 17 свободно от шлама, ее заклинивание шламом исключено, и открытие клапана не осложнено.

При подъеме бурильной колонны, заполненной жидкостью, благодаря надежному открытию клапана обеспечивается своевременное опорожнение той части бурильных труб, которая отсоединяется от бурильной колонны, то есть предотвращается сифон (выброс буровой жидкости при отсоединении труб в буровой).

Клапан согласно изобретению имеет высокий срок службы, обеспечивается долговечность его пружины, что позволяет уменьшить затраты на ремонт, гарантировать надежное открытие и закрытие переливного клапана в процессе бурения и, как следствие, повысить показатели бурения в целом.

Формула изобретения

1. Переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами и каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса и затрубное пространство, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с перепускными каналами, гидравлически сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень гидроцилиндра с переключателем в верхнем положении, отличающийся тем, что пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана.

2. Переливной клапан по п.1, отличающийся тем, что перепускные каналы переключателя клапана выполнены сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному каналу.

3. Переливной клапан забойного двигателя по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение диаметра центрального проточного канала и наружного диаметра поршня на входе составляет 0,45…0,75.

bankpatentov.ru

Переливной клапан

 

Изобретение относится к арматурестроению и предназначено для сброса из защищаемой системы избыточного давления. Целью изобретения является повышение надежности работы переливного клапана путем повыщения стабильности расходной характеристики. При повышении давления в защищаемой системе свыще установленного значения усилием давления рабочей среды регулирующий элемент 4 перемещается по полому плунжеру 2 в сторону сжатия пружины 5. Рабочая среда через окна 3 прямоугольного профиля, отверстия 11 и 12 перепускается в сливную магистраль , однако при этом ее потоки отслеживают профиль кольцевой канавки 15 и воздействуют на торец регулирующего элемента 4 с силой, определяемой характеристиками потока и свойствами рабочей среды. При дальнейшем перемещении регулирующего элемента 4 и соответствующем увеличении проходного сечения окон 3 истекающие из них потоки рабочей среды и в этом случае профилем канавки 15 направляются на торец регулирующего элемента 4. 1 ил. i (Л 4 О 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 F 16 К 17104

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4! 86867/23-08 (22) 26.01.87 (46) 07.0?.88. Бюл. № 25 (72) Ю. С. Демидов и А. Н. Кустов (53) 621.643(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 554444, кл. F 16 К 17/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 958756, кл. F 16 К 17/04, 1978. (54) ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН (57) Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для сброса из защищаемой системы избыточного давления.

Целью изобретения является повышение надежности работы переливного клапана путем повышения сгабильности расходной характеристики. При повышении давления в защищаемой системе свыше установленÄÄSUÄÄ 1408147 А1 ного значения усилием давления рабочей среды регулирующии элемент 4 перемещается по полому плунжеру 2 в сторону сжатия пружины 5. Рабочая среда через окна 3 прямоугольного профиля, отверстия 11 и 12 перепускается в сливную магистраль, однако при этом ее потоки отслеживают профиль кольцевой канавки 15 и воздействуют на торец регулирующего элемента 4 с силой, определяемой характеристиками потока и свойствами рабочей среды. При дальнейшем перемещении регулирующего элемента 4 и соответствующем увеличении проходного сечения окон 3 истекающие из них потоки рабочей среды и в этом случае профилем канавки 15 направляются на торец регулирующего элемента 4. Я

1 ил.

1408147

Составитель Л. Фокин

Редактор И.Шулла Текред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 3288/37 Тираж 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета С(СР по делам изобретений и открытии

113035, Москва, Ж- -35, Раушская наб., д. 4/5

Г!роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для сброса из защищаемой системы избыточного давления.

Целью изобретения является повышение надежности работы переливного клапана пу ем повышения стабильности расходной ха1 актеристики элемента на всех режимах работы клапана.

На чертеже представлен переливной кла1

11ан, общий вид.

Переливной клапан содержит корпус 1 с прессованным в него полым плунжером 2, на боковой стенке которого выполнены окна 3 прямоугольного профиля. Полый плунер 2 охвачен регулирующим элементом 4, ыполненным в виде снабженного буртом такана и поджатым в сторону торца коруса 1 пружиной 5. Пружина 5 закрепена в корпусе 1 с помощью упорной шайы 6 и стопорного кольца 7. Внутреняя полость 8 плунжера 2 сообщена с напорной гидролинией, а через отверстие 9 — 20 управляющей камерой 10, которая вместе отверстием 9 служит в качестве демпфеа. В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия 11, а в упорной шайбе 6 — отверсие 12, через которые полость корпуса собщена со сливной магистралью. На торце реулирующего элемента 4 выполнена профиированная кольцевая канавка 13, а на проиволежащем торце 14 корпуса 1 — про1 профилированная кольцевая канавка 15, при том цилиндрический участок 16 профиля З

1 корпуса 1, а верхние кромки окон 3 полого

11лунжера 2 размещены под плоскостью

1орца 14 корпуса 1.

Переливной клапан работает следующим

Образом.

При достижении давления в напорной гидролинии. и внутренней полости 8 полого плунжера 2 выше установленного значения регулирующий элемент 4 под действием давления перемещается в сторону сжатия пружины 5, а рабочая жидкость через окна 3, отверстия 11 и 12 перепускается в сливную гидролинию. Потоки жидкости, истекающие из окон 3 под углом к основанию 17 профилированной канавки 15, ударяются в нее, огибают профиль канавки 15 и направляются к торцу регулирующего элемента 4, создавая при этом гидродинамическую силу, действующую на регулирующий элемент 4 в сторону его открытия. С некоторого момента при дальнейшем открытии окон 3 угол истечения потоков жидкости начинает увеличиваться до 90, однако и в этом случае потоки жидкости продолжают направляться профилем канавки 15 на торец регулирующего элемента 4.

Формула изобретения

Переливной клапан, содержащий корпус с впрессованным в него полым плунжером, на боковой стенке которого выполнены окна прямоугольного профиля, и регулирующий элемент, выполненный в виде снабженного буртом стакана, охватывающего полый плунжер, при этом на противолежащих торцах венца стакана и корпуса выполнены профилированные кольцевые канавки, цилиндрический участок профиля которых сопряжен с основанием тороидальной поверхностью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, основание кольцевой канавки торца корпуса выполнено параллельным плоскости торца корпуса, а верхние кромки окон полого плунжера размещены под плоскостью торца корпуса.

  

www.findpatent.ru

Переливной клапан забойного двигателя

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в качестве клапанного устройства с винтовым забойным двигателем в составе колонны бурильных труб для сообщения или разделения внутренней полости бурильных труб с затрубным пространством в заданной технологической последовательности. Клапан содержит корпус, клапанную пару, выполненную с поясом скольжения, включающую седло, установленное в корпусе, и полый плунжер, размещенный внутри седла с радиальными отверстиями в них, пружину, расположенную на полом плунжере, и уплотнения. Клапанная пара выполнена золотникового типа, в которой диаметр проточного канала полого плунжера составляет 0,10-0,12 от длины полого плунжера, а площадь всех радиальных перепускных отверстий полого плунжера равна площади проточного канала в поперечном сечении полого плунжера. Полый плунжер выполнен цилиндрической формы с поясом скольжения и кольцевым буртом, расположенным в нижней части пояса скольжения, и подпружинен до упора верхним торцом кольцевого бурта к нижнему торцу седла. Радиальные перепускные отверстия полого плунжера и радиальные отверстия в седле и корпусе расположены на одном уровне, а пружина размещена между уступом в корпусе и нижним торцом кольцевого бурта полого плунжера. Обеспечивает высокую надежность срабатывания клапана в процессе бурения скважины, исключая розлив промывочной жидкости при подъеме колонны бурильных труб и обеспечивая заполнение внутренней полости труб при их спуске. 2 ил.

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в качестве клапанного устройства с винтовым забойным двигателем в составе колонны бурильных труб для сообщения или разделения внутренней полости бурильных труб с затрубным пространством в заданной технологической последовательности.

Известен переливной клапан бурильной колонны с героторным двигателем (патент РФ 2204688, Е21В 21/10, Е21В 34/06), который по техническому решению наиболее близок к заявляемому объекту и выбран в качестве прототипа, включающий корпус с резьбой на его краях, плунжер, седло и установленную между ними пружину, причем плунжер размещен внутри седла и образует с ним клапанную ступенчатую пару, имеющую два пояса скольжения, при этом периметр уменьшенного пояса скольжения седла с нижней частью плунжера составляет 0,33-0,77 от периметра увеличенного пояса скольжения седла с верхней частью плунжера, а между корпусом и седлом имеется кольцевая щель, которая сообщена с полостью между седлом и плунжером радиальными отверстиями.

Существенным недостатком известного переливного клапана с героторным механизмом является затормаживание ступенчатого плунжера в седле на поясах скольжения при его перемещении вверх прижатыми к седлу и плунжеру манжетами после отключения бурового насоса за счет остаточного перепада давления между внутренней полостью клапана и затрубным пространством, а также действующей на верхнюю часть плунжера осевой силы. Полная разгерметизация клапанной пары произойдет только после выхода радиальных отверстий плунжера за пределы уменьшенного пояса скольжения седла в полость, где размещается пружина. Это приводит к снижению надежности срабатывания переливного клапана потому, что до момента его открытия на ступенчатый плунжер, кроме сил трения манжет о седло и плунжер, действуют неуравновешенные внешние силы, возникающие на торцах ступенчатого плунжера из-за разности давлений промывочной жидкости, находящейся во внутренней полости клапана и в затрубном пространстве. Результирующая сила, действуя на ступенчатый плунжер сверху вниз, препятствует его перемещению под усилием пружины вверх до упора для открытия переливного клапана. Максимальное усилие пружины определяется условием, при котором переливной клапан под действием потока промывочной жидкости должен закрыться раньше, чем произойдет запуск забойного двигателя. Результирующая сила действует на ступенчатый плунжер сверху вниз, и силы трения манжет о плунжер в известном переливном клапане всегда превышают усилие сжатой пружины до момента открытия клапана, так как это усилие уменьшается при перемещении плунжера вверх пропорционально увеличению длины пружины.

Эти и другие недостатки приводят к подъему части колонны бурильных труб из скважины при закрытом переливном клапане с розливом дорогостоящей промывочной жидкости в момент отсоединения очередной бурильной трубы, поднятой над ротором, разбрызгиванию и необходимости заполнения скважины промывочной жидкостью до требуемого уровня.

Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение надежного функционирования переливного клапана в процессе спуско-подъемных операций колонны бурильных труб с забойным двигателем при бурении скважин.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в переливном клапане забойного двигателя, содержащем корпус, клапанную пару, выполненную с поясом скольжения, включающую седло, установленное в корпусе, и полый плунжер, размещенный внутри седла, в которых выполнены радиальные отверстия, пружину, расположенную на полом плунжере и уплотнения, согласно изобретению клапанная пара выполнена золотникового типа, в которой диаметр проточного канала в полом плунжере составляет 0,10-0,12 от длины полого плунжера, а площадь всех радиальных перепускных отверстий в полом плунжере равна площади проточного канала в поперечном сечении полого плунжера, при этом полый плунжер выполнен цилиндрической формы с поясом скольжения и кольцевым буртом, расположенным в нижней части пояса скольжения, и подпружинен до упора верхним торцом кольцевого бурта к нижнему торцу седла, причем радиальные перепускные отверстия в полом плунжере и радиальные отверстия в седле и корпусе расположены на одном уровне, а пружина размещена между упором в корпусе и нижним торцом кольцевого бурта полого плунжера.

Выполнение переливного клапана забойного двигателя с клапанной парой золотникового типа, имеющей полый плунжер цилиндрической формы на всем участке с поясом скольжения, взаимодействующий с седлом, позволяет снизить осевую силу, требуемую для перемещения полого плунжера относительно седла. Это объясняется тем, что под действием перепада давления между внутренней полостью колонны бурильных труб и затрубным пространством силы, прижимающие манжеты к полому плунжеру в клапанной паре золотникового типа, и силы, действующие на торцевые поверхности полого плунжера при открытии клапана, уравновешены, следовательно, для перемещения полого плунжера в седле требуется преодолеть только силы трения манжет о полый плунжер. Кроме того, перемещение полого плунжера не влияет на изменение объема промывочной жидкости во внутренней полости переливного клапана.

Выполнение полого плунжера с диаметром проточного канала, составляющим 0,10-0,12 от длины полого плунжера, обеспечивает надежное закрытие переливного клапана забойного двигателя за счет гидравлической нагрузки, возникающей при течении промывочной жидкости через радиальные перепускные отверстия и проточный канал полого плунжера, обладающие оптимальным гидравлическим сопротивлением. Эта гидравлическая нагрузка достаточна для перемещения полого плунжера вниз, сжатия пружины, а также удержания полого плунжера в нижнем положении для герметичного перекрытия клапанной парой золотникового типа радиальных отверстий в седле. В этом положении полого плунжера внутренняя полость колонны бурильных труб разобщена с затрубным пространством и промывочная жидкость под давлением поступает через проточный канал полого плунжера переливного клапана к забойному двигателю.

Размещение пружины между упором в корпусе и нижним торцом кольцевого бурта полого плунжера, т.е. в закрытой от потока промывочной жидкости области, снижает износ и повышает долговечность и надежность работы клапана.

На фиг.1 изображен переливной клапан забойного двигателя, продольный разрез.

На фиг.2 показан переливной клапан забойного двигателя, поперечный разрез А-А.

Переливной клапан забойного двигателя, изображенного на фиг.1, содержит корпус 1 с присоединительными резьбами 2 и 3, седло 4, установленное в корпусе 1, плунжер 5, размещенный внутри седла 4, пружину 6, манжеты 7, уплотнительные кольца 8 и фильтры 9.

Седло 4 снабжено манжетами 7 и уплотнительными кольцами 8, расположенными в канавках седла 4. На седле 4 выполнены радиальные отверстия 10. Полый плунжер 5 выполнен цилиндрическим длиной «L» с проточным каналом 11 диаметром «D», с радиальными перепускными отверстиями 12 диаметром «d» на поясе скольжения 13 полого плунжера 5. В нижней части пояса скольжения 13 расположен кольцевой бурт 14. В корпусе 1 выполнена расточка 15 с уступом 16 для размещения пружины 6 и расточка 17 с уступом 18 для упора полого плунжера 5 нижним торцом 19 в уступ 18 при его перемещении в крайнее нижнее положение. Кольцевой бурт 14 полого плунжера 5 имеет верхний торец 20, примыкающий к нижнему торцу 21 седла 4, и нижний торец 22, который соприкасается с пружиной 6. В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия 23 с резьбой для установки фильтров 9, которые фиксируют седло 4 в корпусе 1 от осевого перемещения. Радиальные отверстия 23 и 10 в корпусе 1 и седле 4, а также радиальные перепускные отверстия 12 в полом плунжере 5 расположены на одном уровне с равным угловым расположением осей в секущей плоскости А-А, что показано на фиг.1 и 2.

Предлагаемый переливной клапан забойного двигателя работает следующим образом.

При спуске забойного двигателя в компоновке с открытым переливным клапаном в скважину промывочная жидкость из затрубного пространства заполняет внутреннюю полость труб через отверстия в клапане, при этом уровень промывочной жидкости в затрубном пространстве и в колонне бурильных труб становится одинаковым.

После пуска бурового насоса промывочная жидкость подается по трубам к переливному клапану и винтовому забойному двигателю, давление над переливным клапаном повышается из-за гидравлического сопротивления потоку промывочной жидкости в проточном канале и перепускных отверстиях полого плунжера. Под действием гидравлической нагрузки полый плунжер будет перемещаться вниз, сжимая пружину и перекрывая поток жидкости через радиальные отверстия в седле, разобщая внутреннюю полость бурильных труб с затрубным пространством.

Уплотнительные кольца при этом герметизируют сопряжение седла с корпусом, а подвижное соединение полого плунжера с седлом клапанной пары золотникового типа герметизируется манжетами, предотвращая утечки промывочной жидкости при перепаде давления между внутренней полостью клапана и затрубным пространством.

При заданных параметрах исполнения радиальных перепускных отверстий и проточного канала в полом плунжере обеспечивается надежное закрытие переливного клапана под действием меньшего перепада давления, чем необходимо для запуска винтового забойного двигателя. Промывочная жидкость после закрытия переливного клапана поступает в забойный двигатель и приводит его в действие.

При прекращении циркуляции промывочной жидкости и подъеме колонны бурильных труб полый плунжер усилием сжатой пружины перемещается вверх, клапан открывается и жидкость из поднятых над устьем скважины труб поступает через отверстия клапана в затрубное пространство с выравниванием уровня жидкости в трубах и скважине.

Выполнение переливного клапана забойного двигателя с предложенной клапанной парой золотникового типа обеспечивает высокую надежность срабатывания клапана в процессе бурения скважины, исключая розлив промывочной жидкости при подъеме колонны бурильных труб и обеспечивая заполнение внутренней полости труб при их спуске.

Переливной клапан забойного двигателя, содержащий корпус, клапанную пару, выполненную с поясом скольжения, включающую седло, установленное в корпусе, и полый плунжер, размещенный внутри седла, в которых выполнены радиальные отверстия, пружину, расположенную на полом плунжере, и уплотнения, отличающийся тем, что клапанная пара выполнена золотникового типа, в которой диаметр проточного канала в полом плунжере составляет 0,10-0,12 от длины полого плунжера, а площадь всех радиальных перепускных отверстий в полом плунжере равна площади проточного канала в поперечном сечении полого плунжера, при этом полый плунжер выполнен цилиндрической формы с поясом скольжения и кольцевым буртом, расположенным в нижней части пояса скольжения, и подпружинен до упора верхним торцом кольцевого бурта к нижнему торцу седла, причем радиальные перепускные отверстия в полом плунжере и радиальные отверстия в седле и корпусе расположены на одном уровне, а пружина размещена между уступом в корпусе и нижним торцом кольцевого бурта полого плунжера.

www.findpatent.ru

предохранительно-переливной клапан - патент РФ 2276302

Изобретение относится к области гидроавтоматики, может быть использовано в станкостроении, арматуростроении и предназначено для защиты систем от превышения в них давления свыше допустимой нормы. Предохранительно-переливной клапан состоит из корпуса, снабженного сливным каналом и выполненного со ступенчатой рабочей полостью, в которой расположены седло, взаимодействующее с затвором, снабженным запирающей внешней поверхностью и выполненным с внутренней полостью, снабженной входным дросселирующим отверстием, в котором установлен хвостовик подпружиненного плунжера, выполненного со сквозной внутренней полостью с входным дросселирующим отверстием. Рабочая полость корпуса взаимодействует с полостью управляющего клапана. На хвостовике плунжера, выполненном со сквозными входными отверстиями, сообщающимися с внутренней полостью плунжера, установлен фильтр. Торец хвостовика снабжен заглушкой. Дросселирующее выходное отверстие выполнено в его днище в зоне закрепления пружины, свободный торец которой установлен на патрубке упора, установленного в торце рабочей полости корпуса и выполненного с внутренней полостью, связанной переходным каналом с полостью управляющего клапана и входным дросселирующим отверстием, расположенным в патрубке упора и связанным с рабочей полостью корпуса. Внешняя поверхность затвора снабжена направляющим кольцевым выступом с центральной кольцевой канавкой и кольцевой проточкой, расположенной между кольцевым выступом и запирающей контактной поверхностью. Концевая часть кольцевой проточки в зоне запирающей поверхности выполнена по радиусу. Как в кольцевой канавке затвора, так и между седлом и ступенями полости корпуса установлены парные резиновый и фторопластовый уплотнители. В корпусе клапана выполнено резьбовое отверстие, в котором закреплен стакан, во внутренней полости которого расположен подпружиненный управляющий клапан. Сливная полость взаимодействует с полостью управляющего клапана, снабженной либо заглушкой, либо дополнительным распределительным клапаном. Повышается надежность технологического процесса, упрощается конструкция, повышается технологичность изготовления и сборки деталей механизма клапана. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2276302

Изобретение относится к области гидроавтоматики, может быть использовано в станкостроении, арматуростроении и предназначено для защиты систем от превышения в них давления свыше допустимой нормы.

Известен предохранительный клапан классического типа, включающий корпус со сквозной основной рабочей полостью, в которой расположены втулка и плавающее седло, затвор, имеющий уплотнения между его внешней поверхностью и втулкой и поджимающийся к плавающему седлу с помощью пружины, расположенной во внутренней полости затвора, имеющего на входе дросселирующее отверстие, связанное с его внутренней полостью, и управляющий клапан, дросселирующая щель которого связана с основной рабочей полостью сзади по ходу движения рабочей среды (см. а.с. СССР №1164488, кл. F 16 К 17/00, 1983 г.). При прижатом к плавающему седлу затворе в идеале рабочая среда должна протекать только через дроссельное отверстие внутри затвора и его внутреннюю полость, не попадая в область слива. При отжиме затвора от плавающего седла, что происходит при срабатывании управляющего клапана, рабочая жидкость устремляется в область слива, давление в системе сбрасывается. Втулка изолирует область слива от основной полости с помощью уплотнений: наружная сторона втулки имеет уплотнение с основной внутренней полостью, внутренняя сторона втулки - с затвором, при этом при отжиме пружины затвор скользит вдоль втулки, а уплотнение между втулкой и затвором должно постоянно изолировать полость слива и основную полость, в т.ч. и при движении затвора. Такое техническое решение не обеспечивает надежное протекание технологического процесса. Во-первых, дросселирующее отверстие в затворе эффективно работает только в небольшом диапазоне давления и вязкости рабочей среды. При резком перепаде давления или других параметров рабочей среды затвор "захлебывается" или не срабатывает. Уплотнения при этих условиях начинают "подтекать" и быстро изнашиваться. Во-вторых, втулка, являющаяся промежуточным звеном с уплотнениями на наружной и внутренней стороне (со скользящим затвором), уменьшает надежность протекания технологического процесса.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является предохранительный клапан, состоящий из корпуса со сквозной основной рабочей полостью и сливной полостью, связанной со сливным каналом, управляющего клапана, связанного в выходной зоной основной полости корпуса, затвора, уплотнительных элементов и плавающего седла, расположенных во входной зоне основной полости корпуса, при этом затвор выполнен с внутренней полостью и оснащен расположенными в ней плунжером с пружиной (см. а.с. СССР №1548572, кл. F 16 К 17/10, 1987 г.). В известном техническом решении плунжер работает в паре с затвором с помощью общей пружины: при срабатывании управляющего клапана сначала отжимается пружина плунжера, плунжер отпускает затвор, затвор отходит от плавающего седла, производя сброс рабочей жидкости в сливную полость через дросселирующую щель. Если параметры рабочей среды меняются очень сильно, плунжер открывает дополнительное кольцевое отверстие между его коническим хвостовиком и выточкой внутренней полости затвора, пропуская рабочую жидкость в обход своего дросселирующего отверстия в основную магистраль. Для повышения технологичности уплотнений уплотнительная втулка составлена из двух частей: плавающая втулка при движении затвора движется вместе с ним и прижимает уплотнения к затвору, а дополнительная ступенчатая втулка примыкает к внутренней полости корпуса и изолирует зону слива. Конструкция сложна в изготовлении, в сборке и в работе. Большое количество мелких деталей, предназначенных для уплотнения зазоров в работе с повышенным давлением и температурными перепадами, могут перекоситься, заклинить, износиться и т.д. При отжатии затвора плавающая втулка перестает давить на уплотнение между нею и дополнительной ступенчатой втулкой, что сразу снижает эффективность уплотнения. В результате эффективность работы предохранительного клапана в целом начинает снижаться.

Технической задачей заявленного решения является: повышение надежности технологического процесса, упрощение конструкции предохранительно-переливного клапана, повышение технологичности изготовления и сборки деталей механизма клапана.

Поставленная задача достигается тем, что в предохранительно-переливном клапане, состоящем из корпуса, снабженного сливным каналом и выполненного со ступенчатой рабочей полостью, в которой расположены седло, взаимодействующее с затвором, снабженным запирающей внешней поверхностью и выполненным с внутренней полостью, снабженной входным дросселирующим отверстием, в котором установлен хвостовик подпружиненного плунжера, выполненного со сквозной внутренней полостью с входным дросселирующим отверстием, причем рабочая полость корпуса взаимодействует с полостью управляющего клапана, при этом на хвостовике плунжера, выполненном со сквозными входными отверстиями, сообщающимися с внутренней полостью плунжера, установлен фильтр, а торец хвостовика снабжен заглушкой, при этом дросселирующее выходное отверстие выполнено на его днище в зоне закрепления пружины, свободный торец которой установлен на патрубке упора, установленного в торце рабочей полости корпуса и выполненного с внутренней полостью, связанной переходным каналом с полостью управляющего клапана и входным дросселирующим отверстием, расположенным в патрубке упора и связанным с рабочей полостью корпуса, при этом диаметр D1 выходного дросселирующего отверстия в днище плунжера так относится к диаметру D2 входного дросселирующего отверстия патрубка упора, как D 1:D2=0,6 0,7, а внешняя поверхность затвора снабжена направляющим кольцевым выступом с центральной кольцевой канавкой и кольцевой проточкой, расположенной между кольцевым выступом и запирающей контактной поверхностью, причем концевая часть кольцевой проточки в зоне запирающей поверхности выполнена по радиусу, при этом как в кольцевой канавке затвора, так и между седлом и ступенями полости корпуса установлены парные резиновый и фторопластовый уплотнители, а в корпусе клапана выполнено резьбовое отверстие, в котором закреплен стакан, во внутренней полости которого расположен подпружиненный управляющий клапан, при этом сливная полость взаимодействует с полостью управляющего клапана, снабженной либо заглушкой, либо дополнительным распределительным клапаном.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен предохранительно-переливной клапан.

Предохранительно-переливной клапан состоит из корпуса 1, выполненного со сквозной рабочей полостью 2, внутри которого расположен упор 3, на патрубок 4 которого установлена пружина 5, вторым концом закрепленная на выступе днища 6 плунжера 7. Пружина 5 и плунжер 7 установлены во внутренней полости 8 затвора 9, взаимодействующего с седлом 10 посредством запирающей контактной поверхности "А", один торец седла запирается шайбой 11, а другой посредством уплотнителей 12, 13 упирается в ступенчатые выступы 14 корпуса 1. Внешняя поверхность затвора 9 снабжена направляющим кольцевым выступом 15, в котором выполнена кольцевая канавка 16, в которую также вставлены парные уплотнители 12, 13, выполненные как резиновыми, так и фторопластовыми. Концевая часть 17 центральной проточки 18 затвора 9 в зоне запирающей поверхности "А" выполнена по радиусу. Плунжер 7 выполнен с внутренней полостью 19, снабженной выходным дроссельным отверстием 20, выполненным диаметром D1, а хвостовая часть плунжера выполнена со сквозными входными отверстиями 21, и торец хвостовика закрыт заглушкой 22, при этом на хвостовик плунжера 7 устанавливается фильтр 23. Внутренняя полость 24 упора 3 с одного торца посредством отверстия 25 связана с полостью 26 управляющего клапана 27, а с другого торца связана с рабочей полостью 2 корпуса 1 посредством дросселирующего отверстия 28, выполненного диаметром D2 . В корпусе 1 выполнено резьбовое отверстие 29, в котором установлен стакан 30 с гайкой 31, в котором закреплен подпружиненный пружиной 32 управляющий клапан 26. В корпусе 1 выполнен сливной канал 33, взаимодействующий с полостью 26 управляющего клапана 27 перепускными каналами 34 и 35.

Предохранительно-переливной клапан работает следующим образом.

Поворотом гайки 30 регулируется усилие сжатия пружины 31, которым определяется давление срабатывания управляющего клапана 26. При соблюдении заданных параметров давления рабочей среды в полости 8 затвора 9 пружина 5 плотно прижимает плунжер 7 к посадочном месту внутренней полости 8 затвора 9, а тот в свою очередь прижимается запирающей контактной поверхностью "А" к седлу 10. В случае превышения заданного давления рабочей среды в магистрали масло через дросселирующее отверстие 27 поступает в полость 25 и воздействует на управляющий клапан 26, перемещая его, тем самым открываются переливные каналы 34 и 33, лишнее масло перетекает в сливной канал 32, после чего устанавливается равновесие давления. При закрытии управляющего клапана 26 перепад давления в системе исчезает, и плунжер 7 с затвором 9 занимают первоначальное положение. Парные уплотнительные элементы 12 и 13 обеспечивают высокую надежность и герметичность при одновременном создании необходимой жесткости, устраняющей перекосы. Так как на хвостовике плунжера 7 выполнены сквозные входные отверстия 21, его торец закрыт заглушкой 22, а на сам хвостовик надет фильтр 23, то масло, поступающее в полость 19, поступает очищенным, в связи с чем в дроссельное отверстие поступает всегда очищенное масло, то оно не подвержено засорению, что в свою очередь повышает надежность работы всего предохранительно-переливного клапана. Выполнение концевой части кольцевой проточки в зоне запирающей поверхности по радиусу обеспечивает плавность протекания процесса при нарастании давления и при его спаде, что в свою очередь снижает резкие толчки, приводящие к перекосам и заклиниванию затвора.

Таким образом, заявленное изобретение решает задачу повышения надежности протекания технологического процесса, упрощения конструкции предохранительно-переливного клапана, повышения технологичности изготовления и сборки деталей механизма клапана. В отличие от прототипа, в котором полость слива образована несколькими деталями: плавающей втулкой, дополнительной ступенчатой втулкой, набором разных уплотнительных элементов и затвором; в предложенном техническом решении конструкция очень компактна: полость слива образована цилиндрической расточкой на внешней поверхности затвора в центральной части, имеющей закругленные края с обеих сторон, и парными уплотнительными элементами, причем одна пара расположена в проточке самого затвора, а другая - в расточке основной полости корпуса со стороны плавающего седла.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предохранительно-переливной клапан, состоящий из корпуса, снабженного сливным каналом и выполненного со ступенчатой рабочей полостью, в которой расположено седло, взаимодействующее с затвором, снабженным запирающей внешней поверхностью и выполненным с внутренней полостью, снабженной входным дросселирующим отверстием, в котором установлен хвостовик подпружиненного плунжера, выполненного со сквозной внутренней полостью с входным дросселирующим отверстием, причем рабочая полость корпуса взаимодействует с полостью управляющего клапана, отличающийся тем, что на хвостовике плунжера, выполненном со сквозными входными отверстиями, сообщающимися с внутренней полостью плунжера, установлен фильтр, а торец хвостовика снабжен заглушкой, при этом дросселирующее выходное отверстие выполнено в его днище в зоне закрепления пружины, свободный торец которой установлен на патрубке упора, установленного в торце рабочей полости корпуса и выполненного с внутренней полостью, связанной переходным каналом с полостью управляющего клапана и входным дросселирующим отверстием, расположенным в патрубке упора и связанным с рабочей полостью корпуса, при этом диаметр выходного дросселирующего отверстия в днище плунжера так относится к диаметру входного дросселирующего отверстия патрубка упора, как D1:D 2=(0,6 0,7), а внешняя поверхность затвора снабжена направляющим кольцевым выступом с центральной кольцевой канавкой и кольцевой проточкой, расположенной между кольцевым выступом и запирающей контактной поверхностью, причем концевая часть кольцевой проточки в зоне запирающей поверхности выполнена по радиусу, при этом как в кольцевой канавке затвора, так и между седлом и ступенями полости корпуса установлены парные резиновый и фторопластовый уплотнители, а в корпусе клапана выполнено резьбовое отверстие, в котором закреплен стакан, во внутренней полости которого расположен подпружиненный управляющий клапан, при этом сливная полость взаимодействует с полостью управляющего клапана, снабженной либо заглушкой, либо дополнительным распределительным клапаном.

www.freepatent.ru

переливной клапан забойного двигателя - патент РФ 2407876

Изобретение относится к устройствам для бурения глубоких скважин забойными двигателями, предназначенным для заполнения и опорожнения колонны бурильных труб при спускоподъемных операциях. Переливной клапан включает соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит патрубок с каналами, гидравлически сообщающими полость внутри корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана, ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным каналом, переключатель клапана с перепускными каналами для сообщения центрального канала с кольцевой полостью, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень с переключателем в верхнем положении. Пружина сжатия расположена по направлению потока ниже перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана. Обеспечивает повышение показателей бурения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2407876

Изобретение относится к буровой технике, к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями, а именно для заполнения и опорожнения бурильной колонны при спускоподъемных операциях.

Известен переливной клапан двигателя фирмы Dyna Drill (см. Балденко Д.Ф. и другие. Винтовые забойные двигатели, «Недра», 1999, стр.72, 73, рис.3.19). Недостатками клапана являются быстрый износ и нестабильное закрытие, особенно при применении утяжеленных буровых растворов из-за попадания при бурении шлама в зону расположения нажимной пружины поршня.

Известен переливной клапан (см. патент США № 3,005,507, фиг.1, 2, 10, 11). Недостатками клапана являются ненадежность и нестойкость торцовой клапанной пары, малая площадь сечения центрального канала поршня, вызывающая повышение давления при бурении.

Известно также клапанное устройство забойного двигателя (см. патент РФ № 2224866). Недостатками этого устройства также являются износ и засорение при бурении пружины клапана мелким шламом и соответственно ненадежная его работа.

Переливной клапан бурильной колонны (см. патент РФ № 2204688) имеет такие же недостатки, усугубленные наличием кольцевой тупиковой щели, в которой возможно накопление шлама и его неконтролируемый выброс в рабочую зону пружины, что приводит к нестабильному закрытию клапана. Кроме того, заявленное отношение периметров поверхностей скольжения поршня, нижний предел которого составляет 0,33, приводит к чрезмерному сужению проточного канала поршня, что вызывает повышенные потери давления при промывке и бурении (прототип).

Причем вследствие того, что в суженном центральном канале поршня срабатывается повышенный перепад давлений при подъеме бурильных труб, возможно срабатывание клапана на закрытие, то есть неисполнение его основной функции: перепуска жидкости.

Основная техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности переключения и срока службы клапана при установке его над забойным двигателем.

Это достигается тем, что переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами, радиальными каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра дифференциального типа, замыкатель клапана золотникового типа с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с радиальными перепускными каналами, сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую систему поршня в верхнем положении, при этом пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно замыкателя и перепускных каналов переключателя клапана, причем пружина сжатия расположена в расточке патрубка корпуса между уступом системы корпуса и торцом системы поршня.

Кроме того, целесообразно для повышения надежности переключения клапана и ускорения спуска бурильной колонны, чтобы радиальные перепускные каналы системы поршня имели повышенный коэффициент расхода при движении жидкости из затрубного пространства вовнутрь бурильной колонны и наоборот, пониженный коэффициент расхода при движении жидкости в противоположном направлении. Например, эти каналы целесообразно выполнять сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному проточному каналу.

Кроме того, для повышения износостойкости клапана при одновременном повышении надежности его переключения, а также для повышения энергетической эффективности, целесообразно снизить затраты давления, срабатываемого в клапане при прокачке через него буровой жидкости. Для чего целесообразно увеличение соотношения диаметра центрального проточного канала поршня гидроцилиндра по отношению к его наружному диаметру на входе, выражаемое заявленным диапазоном соотношений 0,45 0,75.

На фиг.1 показан продольный разрез варианта конструкции клапана согласно изобретению в нормально открытом положении.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана с выполнением некоторых его элементов отдельными деталями в закрытом положении.

На фиг.3 показан вариант клапана с перепускными каналами переключателя, обеспечивающими различный коэффициент расхода в зависимости от направления потока буровой жидкости.

Конструктивно клапан включает соосные между собой систему корпуса и систему поршня.

В варианте, указанном на фиг.1, система корпуса включает патрубок 1 корпуса с присоединительными резьбами 2 и 3 на концах и радиальными каналами 4 с фильтрами 5, сообщающими полость 16 внутри системы корпуса с затрубным пространством 27, гильзу 6 (как часть патрубка 1 корпуса) дифференциального гидроцилиндра, нижний и верхний ограничители осевого хода системы поршня соответственно 7 (уступ 7) и 8 (упорное кольцо 8), замыкатель клапана 9 (часть патрубка 1) с уплотнением 10, расположенным в канавке 11.

Система поршня включает поршень 12 гидроцилиндра с уплотнением 14, имеющий наружный диаметр на входе D и центральный проточный канал 13 диаметром d, нижерасположенный, скрепленный с поршнем 12 переключатель 25 клапана с радиальными перепускными каналами 15, сообщающими центральный проточный канал 13 с полостью 16 внутри системы корпуса и, следовательно, с радиальными отверстиями 4 и затрубным пространством 27, пружину сжатия 17 с упорными регулировочными кольцами 18 и 19, удерживающую поршень в верхнем положении с упором в верхний ограничитель 8 осевого хода системы поршня.

Пружина сжатия 17 с регулировочными кольцами 18 и 19 расположена в расточке 20 патрубка 1 корпуса между уступом 21 системы корпуса и торцом 22 системы поршня. Система поршня может быть снабжена стабилизатором устойчивости 23 пружины. Гильза 6 и поршень 12 образуют силовой гидроцилиндр с функциональной возможностью перемещения системы поршня вниз по ходу потока под действием на поршень 12 перепада давлений 28-29 (см. фиг.2). Преодолев сопротивление пружины 17, клапан золотникового типа перейдет в положение, когда переключатель клапана 25 расположится в его замыкателе 9, перепускные каналы 15 будут гидравлически заблокированы.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана, в котором гильза 6, нижний ограничитель хода 7 и цилиндрический замыкатель клапана 9 с канавкой 11 уплотнения 10 выполнены в виде отдельной вставки, плотно скрепленной с патрубком 1 корпуса, например, на прессовой посадке. Причем часть радиальных каналов 4 выполнена во вставке. Дополнительным фиксирующим средством упомянутой вставки в патрубке 1 является ограничитель хода 8 вверх. Отличие вариантов обусловлено оптимизацией технологии изготовления элементов системы корпуса, а именно наличием заготовок стандартизованного проката, металлообрабатывающего оборудования, не изменяет сущности изобретения и поэтому не может являться отдельным изобретением.

На фиг.2 изображен клапан в закрытом положении. Поршень 12 с переключателем 25 и стабилизатором 23 находятся в нижнем положении с упором в нижний ограничитель 7, при этом перепускные каналы 15 заблокированы (перекрыты) замыкателем 9. Кроме того, пружина 17 дополнительно защищена (экранирована от внутритрубного пространства) стабилизатором 23.

На фиг.3 показан целесообразный вариант исполнения формы радиального перепускного канала 15 переключателя 25 клапана. Канал сужается вдоль его оси 24 в направлении от кольцевой полости 16 к центральному проточному каналу 13 системы поршня. Такая форма канала позволяет иметь повышенный коэффициент расхода при движении жидкости в направлении к центральному проточному каналу 13.

Переливной клапан устанавливается над двигателем. Обычно применяется следующая компоновка низа бурильной колонны: долото - забойный двигатель - шламоуловитель - обратный клапан - переливной клапан нормально открытого типа - бурильные трубы.

Работает клапан следующим образом.

При спуске бурильной колонны буровая жидкость перетекает из затрубного пространства 27 через радиальные каналы 4 (см. фиг.1), полость 16 внутри системы корпуса, радиальные перепускные каналы 15 переключателя 25 клапана, центральный проточный канал 13 в вышерасположенные бурильные трубы (не показаны) и заполняет внутритрубное пространство 30. Ускорению процесса перетекания способствует сужающаяся форма каналов 15 (см. фиг.3), что исключает «всплывание» (отставание заполнения буровой жидкостью бурильных труб) и способствует увеличению скорости спуска.

При включении насосов и подаче бурового раствора в колонну бурильных труб буровая жидкость интенсивно протекает через каналы 15, вследствие чего возникает перепад давлений 28-29 (см. фиг.2). Указанный перепад давлений на поршне 12 создает соответствующее усилие, действующее вниз, которое преодолевает сопротивление пружины и сдвигает систему поршня вниз до упора в ограничитель 7. Переключатель 25 клапана входит в замыкатель 9 клапана, который блокирует перепускные каналы 15. То есть клапан закрывается. Буровая жидкость далее направляется в двигатель, долото (не показаны) и далее в затрубное пространство 27.

Для описанного закрытия клапана не требуется уменьшения диаметра d центрального канала 13 (усилие на поршень 12 создается за счет перепада в перепускных каналах 15). Как следствие этого, снижаются затраты давления на прохождение жидкости через клапан при бурении.

Пока имеет место циркуляция, давление 28 на поршень 12 сверху превышает давление 29 на поршень снизу (см. фиг.2) на величину давления, срабатываемого в двигателе и долоте, вследствие чего возникает гарантированное усилие, направленное вниз и удерживающее клапан в закрытом положении.

Основным отличием работы клапана согласно изобретению является то, что пружина 17 при бурении (циркуляции) сохраняет свои упругие свойства благодаря ее изоляции от воздействия потока буровой жидкости, содержащей абразивные частицы выбуренной породы.

По окончании циркуляции, при смене долота или наращивании бурильной колонны усилие пружины 17 сдвигает систему поршня вверх до ограничителя 8, происходит открытие клапана и соответственно сообщение затрубного и внутритрубного пространств (см. фиг.1). Так как место расположения пружины 17 свободно от шлама, ее заклинивание шламом исключено, и открытие клапана не осложнено.

При подъеме бурильной колонны, заполненной жидкостью, благодаря надежному открытию клапана обеспечивается своевременное опорожнение той части бурильных труб, которая отсоединяется от бурильной колонны, то есть предотвращается сифон (выброс буровой жидкости при отсоединении труб в буровой).

Клапан согласно изобретению имеет высокий срок службы, обеспечивается долговечность его пружины, что позволяет уменьшить затраты на ремонт, гарантировать надежное открытие и закрытие переливного клапана в процессе бурения и, как следствие, повысить показатели бурения в целом.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами и каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса и затрубное пространство, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с перепускными каналами, гидравлически сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень гидроцилиндра с переключателем в верхнем положении, отличающийся тем, что пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана.

2. Переливной клапан по п.1, отличающийся тем, что перепускные каналы переключателя клапана выполнены сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному каналу.

3. Переливной клапан забойного двигателя по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение диаметра центрального проточного канала и наружного диаметра поршня на входе составляет 0,45 0,75.

www.freepatent.ru

Переливной клапан

 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин. Цель - повышение эффективности клапана путем большей его герметизации при спуско-подъемных операциях. Для этого запорный элемент выполнен в виде шарнирно закрепленного полушара со смещенным центром тяжести от оси клапана в плоскости поворота. Клапан имеет седло, выполненное с вогнутой поверхностью. Запорный элемент выполнен в виде шарнирно закрепленного полушара со смещенным центром тяжести от оси клапана в плоскости поворота. Седло выполнено с вогнутой поверхностью. Запорный элемент установлен с возможностью перекрытия осевого канала седла, сообщения с одним из радиальных каналов своим осевым каналом и взаимодействия ограничителем поворота, укрепленным в корпусе при рабочем положении. Корпус со стороны утяжеленной части запорного элемента выполнен с большим кол-вом радиальных каналов. После прекращения подачи жидкости в бурильную колонну утяжеленная половина полушара опускается, осевые каналы запорного элемента и седла расходятся, при этом осевой канал седла перекрыт. Подъем инструмента и наращивание бурильной колонны происходит без перетока жидкости через забойный механизм. Надежная герметизация контакта запорного элемента седлом при прокачивании через клапан жидкости обеспечивается благодаря их контакту по сферической поверхности. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 10/24, 34/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4474728/03 (22) 15.08.88 (46) 15.07.91. Бюл. ¹ 26 (75) В.А, Вареник и М;Н. Чучвич (53) 622.24,051.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 615194, кл. Е 21 В 17/00, 1978. (54) ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН (57) Изобретение относится к бурению глубоких скважин. Цель — повышение эффективности клапана путем большей его герметизации при спуска-подьемных операциях. Для этого запорный элемент выполнен в виде шарнирно закрепленного полушара со смещенным центром тяжести от оси клапана в плоскости поворота, Клапан имеет седло, выполненное с вогнутой поверхностью. Запорный элемент выполнен в виде шарнирно закрепленного полушара со смещенным центром тяжести от оси клапана в плоскости поворота. Седло

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, в частности к клапанным устройствам для забойных механизмов.

Целью изобретения является повышение эффективности клапана в работе путем большей его герметизации при спуско-подъемных операциях, На фиг. 1 схематично показан переливной клапан в рабочем положении; на фиг, 2 — то же, в открытом положении; на фиг. 3— сечение А-А на фиг. 2.

Переливной клапан содержит цилиндрический корпус 1 с присоединительными резьбами на концах и радиальными каналами: перепускными 2 и силовым 3. Запорный элемент 4 в виде полушара закреплен в кор,, ЫХ, „1663173 Al выполнено с вогнутой поверхностью. 3апорный элемент установлен с возможностью перекрытия осевого канала седла, сообщения с одним из радиальных каналов своим осевым каналом и взаимодействия ограничителем поворота, укрепленным в корпусе при рабочем положении. Корпус со стороны утяжеленной части запорного элемента выполнен с большим кол-вом радиал ьн ых каналов. После прекра щения подачи жидкости в бурильную колонну утяжеленная половина полушара опускается, осевые каналы запорного элемента и седла расходятся; при этом осевой канал седла перекрыт, Подъем инструмента и наращивание бурильной колонны происходит без перетока жидкости через забойный механизм. Надежная герметизация контакта запорного элемента седлом при прокачивании через клапан жидкости обеспечивается благодаря их контакту по сферической поверхности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. пусе 1 на оси 5 с возможностью поворота относительно оси 5 и седла 6. Одна половина элемента 4 снабжена утяжелителем 7, а над легкой половиной в корпусе 1 вмонтирован ограничитель 8 угла поворота элемента 4, Благодаря ограничителю 8 устанавливается оптимальный угол наклона к горизонтали запорного элемента 4, обеспечивающий поворот элемента 4 при промывке и перекрытие радиальных каналов 2 и 3, Седло 6 и запорный элемент 4 выполнены с осевыми каналами 9 и 10 соответственно. Радиус кривизны вогнутого седла 6 больше радиуса кривизны полушара 4, что снижает трение при поворотах запорного элемента относительно седла и повышает

1663173 контактное давление, когда клапан открыт (фиг. 2), улучшая тем самым герметичность осевого канала 10 клапана на стыке.

Переливной клапан устанавливается в бурильной колонне над забойным механизмом: турбобуром, винтовым двигателем, керноотборным снарядом и т.п, Переливной клапан работает следующим образом, В процессе спуска в скважину бурильного инструмента запорный элемент 4, благодаря утяжелителю 7, повернуг вокруг оси

5 на заданный угол и упирается своей облегченной половиной в ограничители 8. При этом осевые каналы 10 и 9 элемента 4 и седла 6 не совмещены, а каналы 2 и 3 в корпусе открыты и сообщают затрубное пространство с внутренним каналом бурильной колонны, расположенным над запорным элементом 4. Поэтому промывочная жидкость из скважины заполняет бурильную колонну, минуя забойный механизм.

При подъеме долота положение запорного элемента 4 будет таким же, поэтому промывочная жидкость будет вытекать из бурильной колонны в затрубное пространство через каналы 2 и 3, минуя забойный механизм, При нагнетании жидкости в колонну бурильных труб поток будет воздействовать на запорный элемент 4, стремясь провернуть его в обратном направлении, поднять его утяжеленную половину. Этому способствует и то, что каналов 2 больше, чем каналов 3. Поскольку сопротивление течению потока через каналы 3 больше сопротивления каналов 2, то возникнет момент вращения запорного элемента 4 вокруг оси

5, направленный по часовой стрелке(фиг. 1), Благодаря этому моменту, плоская поверхность. полушара 4 займет горизонтальное положение (фиг. 2), при этом осевые каналы

10 и 9 запорного элемента 4 и седла 6 совместятся и образуют один канал, связывающий внутреннюю полость бурильной колонны с забойным механизмом и долотом, Радиальные каналы 2 и 3 в корпусе 1 будут перекрыты, т,е, затрубное пространство изолируется от полости бурильной колонны.

5 После прекращения подачи жидкости в . бурильную колонну утяжеленная половина полушара 4 снова опустится, осевые каналы

10 и 9 запорного элемента 4 и седла 6 разойдутся, при этом осевой канал 9 седла 6 будет

10 перекрыт (фиг, 1). Подъем инструмента или наращивание бурильной колонны будет происходить без перетока жидкости через забойный механизм, Надежная герметизация контакта запорного элемента 4 седлом

15 6 при прокачивании через клапан жидкости обеспечивается благодаря их контакту по сферической поверхности.

Формула изобретения

20 1. Переливной клапан. содержащий цилиндрический корпус с радиальными каналами, расположенные в корпусе запорный элемент с осевым каналом и взаимодействующее с запорным элементом седло с осе25 вым каналом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности клапана в работе путем большей его герметизации при спуско-подъемных операциях, запорный элемент выполнен в виде шарнирно

30 закрепленного полушара со смещенным центром тяжести от оси клапана в плоскости поворота, а седло выполнено с вогнутой поверхностью, причем запорный элемент установлен с возможностью перекрытия

35 осевого канала седла, сообщения с одним из радиальных каналов своим осевым каналом и взаимодействия с ограничителем поворота, закрепленным в корпусе, при рабочем положении, при этом корпус со сто40 роны утяжеленной части запорного элемента выполнен с большим количеством радиальных каналов.

2. Клапан по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что вогнутая поверхность седла выпол45 нена с большим радиусом кривизны, 1663 7 73

1663173

Составитель А,Скалунов

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор Ю,Середа

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2245 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

    

www.findpatent.ru


Смотрите также