Результат интеллектуальной деятельности: Башмак-клапан для установки расширяемой системы в скважине

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области бурения скважин, в частности к устройствам для установки расширяемых систем при изоляции зон осложнений при бурении.

Известен башмак-клапан для установки расширяемой системы в скважине (патент RU № 2498043, МПК Е21В 29/00, опубл. 10.04.2013 в бюл. № 31), включающий корпус с центральным проходным каналом, в котором размещено полое седло клапана с переточными каналами, соединенное с корпусом с помощью временного разрушаемого соединения с возможностью фиксации в рабочем верхнем положении при помощи пружинного фиксатора и герметичного перекрытия переточных каналов. При этом корпус соединен резьбой с низом расширяемой системой, снабжен сверху головкой под ловильный инструмент и смещенными в радиальном направлении отверстиями, сообщенными с центральным каналом, а также верхними торцевыми выступами для отворота. При этом в корпусе ниже отверстий корпуса установлен соосный с седлом клапана выступ, выполненный с возможностью герметичного входа в полость седла в рабочем положении для перекрытия переточных каналов.

Недостатками устройства являются:

- сложная конструкция с большим количеством деталей снижает работоспособность и надежность башмака-клапана;

- невозможно применить башмак-клапан без упора на забой скважины, что ограничивает его применение для изоляции зон осложнений, расположенных выше текущего забоя;

- невозможно зацепить башмак-клапан ловильным инструментом из-за того, что над башмаком-клапаном в расширяемой системе (профильных трубах) происходит уплотнение большого количества шлама (образование шламовой пробки) и, вследствие, требуется разбуривание шламовой пробки с промывкой. Шламовая пробка образуется при использовании профильных труб, так как при расширении профильных труб в скважине происходит отшелушивание окалины, образованной при изготовлении профильных труб с многократной термообработкой, и накопление шлама, затекающего в расширяемую систему при заполнении скважинной жидкостью;

- разбуривание металлического башмака-клапана усложняет процесс установки расширяемой системы в скважине и увеличивает время установки расширяемой системы в скважине;

- необходимость дополнительной спуско-подъемной операции с применением специальных фрезерующих устройств для разрушения шламовой пробки и башмака-клапана.

Наиболее близким является башмак-клапан для установки расширяемой системы в скважине (патент RU № 58156, МПК Е21В 29/10, опубл. 10.11.2006 в бюл. № 31), включающий корпус с центральным проходным каналом, выполненным с внешней резьбой с возможностью соединения с расширяемыми трубами, клапан, седло и втулку. Дополнительно башмак-клапан содержит шаровой клапан и стопорное кольцо, расположенное в кольцевой проточке. Втулка размещена в центральном проходном канале с возможностью ограниченного осевого перемещения благодаря штифтам, расположенным в продольных проточках в центральном канале корпуса. На внутренней поверхности втулки расположена внутренняя резьба. При этом кольцевая проточка стопорного кольца выполнена на внутренней поверхности патрубка, жестко и соосно установленного в центральном проходном канале выше втулки.

Недостатками устройства являются:

- сложная конструкция с большим количеством деталей снижает работоспособность и надежность башмака-клапана;

- невозможность отсоединения и подъем башмака-клапана, так как при отсоединении башмака-клапана после расширения расширяемой системы при большой скорости подачи развальцевателя в момент отворота башмака-клапана происходит разрушение резьбы во втулке. В результате чего возникает необходимость в дополнительной спускоподъемной операции с большими временными затратами для разбуривания башмака-клапана специальными инструментами. При этом невозможно разбурить башмак-клапан в одну спускоподъемную операцию из-за того, что башмак-клапан изготовлен из металла;

- также невозможность отсоединения и подъема башмака-клапана, так как при завороте резьбы развальцевателя во втулку башмака-клапана происходит срез штифтов и, как следствие, возникновение аварийной ситуации в скважине;

- невозможно зацепить башмак-клапан ловильным инструментом из-за того, что над башмаком-клапаном в расширяемой системе (профильных трубах) происходит уплотнение большого количества шлама (образование шламовой пробки) и, вследствие, требуется разбуривание шламовой пробки с промывкой.

Техническими задачами изобретения являются упрощение конструкции, повышение надежности работы башмака-клапана для установки расширяемой системы в скважине, позволяющей обеспечить отсоединение и подъем башмака-клапана или разбуривание сразу после развальцовывания расширяемой системы за одну спуско-подъёмную операцию с минимальными временными затратами, а также снижение аварийных ситуаций в скважине.

Технические задачи решаются башмаком-клапаном для установки расширяемой системы в скважине, включающим корпус с центральным проходным каналом, выполненным с внешней резьбой с возможностью соединения с расширяемыми трубами, клапан, седло и втулку.

Новым является то, что в корпусе выполнена внутренняя резьба, расположенная в верхней части центрального проходного канала, клапан выполнен в виде четырехугольной призмы со сферической поверхностью, взаимодействующей с седлом, седло выполнено заодно с корпусом, а втулка ввинчена во внутреннюю резьбу корпуса с возможностью ограничения хода клапана и выполнена с пазами, при этом количество и ширина пазов втулки соответствуют количеству и ширине лопастей фрезера, обеспечивающих отворот башмака-клапана, при этом башмак-клапан выполнен из легкоразбуриваемого полимера.

На фиг. 1 показан процесс развальцовывания расширяемой системы. На фиг. 2 отворот башмака-клапана. На фиг. 3 сечение А-А. На фиг. 4 сечение Б-Б. На фиг. 5 сечение В-В.

Башмак-клапан для установки расширяемой системы в скважине (на фиг. не показана), включает корпус 1 (фиг. 1, 2) с центральным проходным каналом 2 (фиг. 1). На корпусе 1 выполнена внешняя резьба 3 для соединения с расширяемой системой – расширяемыми трубами 4 (фиг. 1). В корпусе 1 выполнена внутренняя резьба 5, расположенная в верхней части центрального проходного канала 2 (фиг. 1). Клапан 6 (фиг. 1, 3), расположенный в центральном канале 2, выполнен в виде четырехугольной призмы со сферической поверхностью 7, взаимодействующей с седлом 8, выполненным заодно с корпусом 1 (фиг. 1). Втулка 9 (фиг. 1, 4) ввинчена во внутреннюю резьбу 5 корпуса 1 с возможностью ограничения хода клапана 6 и выполнена с пазами 10. Количество и ширина пазов 10 втулки 9 соответствуют количеству и ширине лопастей 11 фрезера 12, (фиг. 1, 2, 5) обеспечивающих отворот башмака-клапана. Снижение количества деталей башмака-клапана снижает трудоемкость при изготовлении башмака-клапана, повышает его работоспособность и надежность.

Башмак-клапан выполнен из легкоразбуриваемого полимера, например, стеклотекстолита, выпускаемого по ГОСТ 10292-74.

Устройство работает следующим образом.

Башмак-клапан устанавливают в нижней части расширяемых труб 4 с помощью внешней резьбы 3 на корпусе 1. В процессе спуска в скважину расширяемых труб 4 с башмаком-клапаном по центральному каналу 2 корпуса 1 башмака-клапана проходит скважинная жидкость, поднимая клапан 6 со сферической поверхностью 7 от седла 8. Движение клапана 6 ограничено благодаря втулке 9. При этом скважинная жидкость проходит через пазы 10 втулки 9 башмака-клапана, заполняя внутреннее пространство расширяемых труб 4 (фиг.1, 2).

После достижения расширяемыми трубами 4 зоны установки в расширяемых трубах 4 создают избыточное давление подачей промывочной жидкости буровым насосом любой известной конструкции. При этом напор промывочной жидкости прижимает клапан 6 сферической поверхностью 7 к седлу 8. Под действием клапана 6 расширяемые трубы 4 выправляются до прижатия к стенкам скважины (на фигуре не показано).

Далее спускают развальцеватель 13 (фиг. 1, 2) в скважину, под воздействием которого расширяемые трубы 4 привальцовывают к стенкам скважины. При достижении шламовой пробки 14 развальцеватель 13 разбуривает и вымывает ее с помощью фрезера 12 с промывочными отверстиями 15, установленного снизу (фиг. 1).

По достижении башмака-клапана стержень 16 фрезера 12 ввинчивается через втулку 9 в клапан 6 и корпус 1 башмака-клапана. Благодаря тому, что клапан 6 выполнен в виде четырехугольной призмы, вращение клапана 6 не происходит, что позволяет развальцевателю 13 с фрезером 12, оснащенным стержнем 16, беспрепятственно ввинчиваться в клапан 6.

По достижении лопастями 11 фрезера 12 втулки 9 лопасти 11 входят в пазы 10 втулки 9, и происходит отсоединение (отворот) башмака-клапана по внешней резьбе 3. После чего расширяемые трубы 4 развальцовывают до выхода развальцевателя 13 из расширяемых труб 4. При этом башмак-клапан удерживается стержнем 16 фрезера 12, после чего осуществляют подъем башмака-клапана из скважины.

В случае необходимости разбуривания башмака-клапана фрезер 12 оснащают режущими элементами 17. Благодаря тому, что башмак-клапан изготовлен из легкоразбуриваемого полимера разбуривание башмака-клапана осуществляют сразу после развальцовывания расширяемой системы за одну спуско-подъемную операцию с минимальными временными затратами, при этом снижаются аварийные ситуации в скважине.

Предлагаемая конструкция башмака-клапана для установки расширяемой системы в скважине является надежной в работе и простой, позволяющей обеспечивать отсоединение и подъем башмака-клапана, в случае невозможности отсоединения – разбуривание башмака-клапана сразу после развальцовывания расширяемой системы за одну спускоподъёмную операцию с минимальными временными затратами, а также снижение аварийных ситуаций в скважине.