Шибер, способ регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины и использование шибера

ШИБЕР, СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ВОЗВРАЩАЕМОГО БУРОВОГО РАСТВОРА И/ИЛИ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИНЫ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШИБЕРА Изобретение относится к шиберу (10), в частности для регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины. Шибер содержит проточный канал (14) и элемент(22) задвижки, выполненный с возможностью перемещения для перекрытия проточного канала. Элемент задвижки содержит отверстие (28), проходящее от одной поверхности (34 а) до противоположной поверхности (34b) задвижки и выполненное с возможностью совмещения с проточным каналом для прохождения материала в проточном канале через задвижку. Во внутренней стенке (32) отверстия выполнена канавка или углубление (30), проходящая от одной поверхности до противоположной поверхности задвижки. Изобретение также относится к способу регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или к глушению скважины и к использованию шибера. Рулланн Нильс Леннарт (NO) Медведев В.Н. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СТАТОЙЛ ПЕТРОЛЕУМ АС (NO) Область изобретения Настоящее изобретение относится к шиберу, способу регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины и использование шибера. Пример шибера раскрыт в патенте США 2664267, относящемуся к гидравлически сбалансированной структуре шибера, в которой элемент задвижки выполнен с возможностью скольжения в закрытое и открытое положение для создания или прерывания сообщения между впускным каналом и выпускным каналом. Задвижка имеет сквозной канал, выполненный с возможностью совмещения с впускным и выпускным каналами, когда шибер находится в открытом положении. Задвижка дополнительно содержит сквозной наклонный канал отдельный от сквозного канала и этот сквозной наклонный канал выполнен с возможностью совмещаться с впускным каналом и углублением, находящимся вне выпускного канала, когда шибер находится в закрытом положении. Другой пример шибера раскрыт в патенте США 4711262, при этом шибер содержит отверстие сброса давления. В одном варианте отверстие сброса давления расположено рядом с нижним концом впускного торца заслонки шибера и проходит между этим торцем и проточным каналом заслонки. В публикации заявки на патент США 20030136927 А 1 раскрыт соединитель штуцерной линии или линии глушения для подводного блока противовыбросовых превенторов. Соединитель содержит скользящий элемент с проточным каналом, проходящим под углом. Для регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины, в частности нефтяной скважины, можно использовать противовыбросовый клапан бурильной колонны. В таком клапане проточный канал обычно проходит под прямым углом, и клапан имеет довольно сложную конструкцию. Пример клапана с каналом, проходящим под прямым углом, приведен в патенте США 6536473. Далее, в настоящее время в технологии бурения с управлением давлением используются стандартные штуцеры или ответвления от штуцера в обвязке превенторов или фонтанные штуцеры. Нормальный диапазон давления составляет от 345 до 1380 бар. Однако бурение с управлением давлением в настоящее время осуществляется с противодавлением 50 бар и в будущем планируется поднять эту величину до 150 бар. Проточный канал в штуцере в этом случае будет слишком мал, чтобы пропускать буровой шлам и отходы. Кроме того, бурение с управлением давлением требует равномерного и непрерывного потока, в котором могут возникать кратковременные флуктуации, для поддержания требуемого давления в забое скважины в небольшом диапазоне (2,5 бар). Однако традиционная конструкция штуцера не пригодна для этой цели. Целью настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное устранение недостатков традиционных штуцеров и создание усовершенствованного или другого устройства и способа регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины. Другой целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного шибера. Эти и другие цели очевидны из нижеследующего описания и достигаются настоящим изобретением, как определено в приложенных независимых пунктах формулы. Варианты определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Согласно одному аспекту настоящего изобретения создан шибер, в частности, для регулировки давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины, содержащий проточный канал и элемент заслонки, выполненный подвижным для перекрытия проточного канала, содержащий отверстие,проходящее от одной поверхности до противоположной поверхности элемента заслонки и выполненное с возможностью совмещаться с проточным каналом для прохождения материала, находящегося в проточном канале, через элемент заслонки, причем во внутренней стенке отверстия заслонки выполнена канавка или углубление, проходящая от одной поверхности до противоположной поверхности элемента заслонки. Канавка или углубление может иметь чашеобразную форму или серповидную форму или, по существу, круглое сечение. Отверстие элемента заслонки, кроме канавки или углубления, может иметь форму проточного канала, т.е. иметь, по существу, одинаковый с ним диаметр. Шибер дополнительно может содержать два седла, при этом элемент заслонки может быть расположен или балансирует между двумя седлами. Эти два гнезда могут быть полностью окаймлены. Шибер дополнительно может содержать упругий слой, расположенный между каждым седлом и корпусом шибера. Проточный канал может быть, по существу, прямым. Канавка или углубление предлагаемого шибера позволяет создавать низкий расход в отверстии,форма которого максимально возможно приближена к круглой, и позволяет пропускать буровой шлам и точно регулировать расход. Отверстие заслонки с канавкой или углублением может быть выполнено так,что все регулировки расхода осуществляются в основном через канавку или углубление, а полностью открытое отверстие используется только для промывки или когда не требуется ограничивать поток (нор-1 024806 мальное бурение). Далее, шибер может открываться/закрываться довольно быстро, позволяя пропускать грязь или буровой шлам с небольшими изменениями давления после шибера. Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины, при котором шибер описанного выше типа соединяют с трубой и т.п., соединенной со скважиной или шпуром, и перемещают элемент заслонки относительно проточного канала для регулирования любого потока в проточном канале. Перемещение элемента заслонки относительно проточного канала может содержать перемещение элемента заслонки в положение, в котором канавка или углубление совмещена с проточным каналом, при этом материал в проточном канале может проходить через элемент заслонки через канавку или углубление. Этот аспект настоящего изобретения может иметь такие же или подобные признаки и технические эффекты, что и аспекты, описанные выше. Предлагаемый шибер также можно определить как шибер со сквозным каналом, содержащий проточный канал и заслонку, снабженную расширенным отверстием, при этом шибер выполнен так, что в регулирующем положении заслонки полученное отверстие в заслонке имеет, по существу, круглую форму. Далее следует более подробное описание этих и других аспектов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показан предпочтительный в настоящее время вариант изобретения. Фиг. 1 изображает сечение в перспективе шибера по варианту настоящего изобретения. Фиг. 2 а-2 с иллюстрируют работу шибера по фиг. 1. Фиг. 3 а-3 с иллюстрируют примеры расширенных отверстий заслонки по настоящему изобретению. На фиг. 1 показан шибер 10 по варианту настоящего изобретения. Шибер 10 содержит корпус 12 шибера. Корпус 12 шибера содержит проточный канал 14 или канал для текучей среды, выполненный как прямой канал, по существу, круглого сечения. На одном конце канала 14 корпус 12 шибера имеет первый или верхний фланец 16 а для соединения, например, с трубой (не показана). Второй или нижний фланец 16b аналогично выполнен на другом конце канала 14 для соединения с другим элементом, например трубой (не показана). В крышке 18 корпуса 12 шибера размещено первое или верхнее седло 20 а и второе или нижнее седло 20b. Между первым и вторым седлами 20 а, 20b в крышке 18 расположен элемент 22 задвижки. Элемент 22 задвижки выполнен с возможностью перемещения в направлениях, по существу, перпендикулярных главному направлению потока в канале 14, например влево и вправо на фиг. 1. Элемент 22 задвижки может приводиться в действие гидравлическими средствами, например по меньшей мере одним гидравлическим цилиндром 24 и штоком 26. Элемент 22 задвижки может приводиться в действие и другими подходящими средствами, например электрическими и не ограничен вышеприведенными примерами. Элемент 22 задвижки содержит фиксированное отверстие 28. Отверстие 28 является отверстием,которое проходит через элемент 22 задвижки от одной его поверхности 34 а до другой поверхности 34b. Отверстие 28 имеет общее круглое сечение, имеющее тот же диаметр, что и канал 14. Следовательно,когда элемент 22 задвижки установлен соответствующим образом, отверстие 28 может полностью совмещаться с каналом 14 так, что материал в канале 14 может свободно проходить через элемент 22 задвижки. Шибер, в котором задвижка имеет отверстие, которое можно совмещать с проточным каналом,можно, по существу, называть шибером со сквозным (регулируемым) каналом. В предлагаемом шибере 10 во внутренней стенке 32 отверстия 28 выполнено углубление или канавка 30. Отверстие 28 с канавкой 30 можно назвать расширенным отверстием задвижки. Углубление или канавка 30 проходит, по существу, по прямой от поверхности 34 а до поверхности 34b. Сечение углубления или канавки 30 в плоскости x-y может иметь форму чаши (например, полукруглое) или серповидную форму или, по существу, круглую форму. Сечение углубления или канавки 30 может быть одинаковым по всему углублению или канавке. Ширина W углубления или канавки 30 может, например, составлять 12,5 мм или более, а глубина D углубления или канавки 30 может составлять, например, 6,25 мм или более (см. фиг. 2 а). Когда остальная часть отверстия 28, по существу, выведена из канала 14, сообщение в канале 14 через элемент 22 задвижки все еще возможно через углубление или канавку 30, как будет показано ниже со ссылками на фиг. 2 а-2 с. На фиг. 2 а-2 с показаны три состояния предлагаемого шибера 10 (а именно, разные положения элемента 22 задвижки), хотя возможны и другие состояния. Слева на фиг. 2 а-2 с приведены схематические виды сбоку, а справа показаны соответствующие виды сверху. Общее направление потока через канал 14 показано жирной стрелкой. На фиг. 2 а показано полностью открытое положение, в котором элемент 22 задвижки расположен так, что основная круглая часть отверстия 28, т.е. кроме канавки или углубления 30, полностью совмещена с проточным каналом 14. На фиг. 2b показано первое регулировочное положение, в котором отверстие 28 лишь частично совмещено с проточным каналом 14 так, что поток через канал 14 за элемент 22 задвижки, более ограничен по сравнению с полностью открытым положением по фиг. 2 а. На фиг. 2 с показано второе регулирующее или "закрытое" положение, в котором основная круглая часть отверстия 28, по существу, находится вне канала 14, но в котором канавка или углубление 30 остается совмещенным с каналом 14, позволяя материалу, например боровому шламу или отходам проходить через элемент 22 задвижки. Часть отверстия 28 включая канавку или углубление 30, которая "открыта" для проточного канала 14, в этом положении имеет, по существу, круглую форму (см. фиг. 2 с справа),чтобы пропускать буровой шлам и обеспечить возможность регулирования потока с высокой точностью. Элемент 22 задвижки также можно перемещать дальше для полного перекрытия проточного канала 14. На фиг. 3 а-3 с показаны альтернативные формы расширенного отверстия заслонки. На фиг. 3 а элемент 22 задвижки имеет отверстие, имеющее форму, показанную на фиг. 1 и 2 а-2 с. На фиг. 3b на "дне" канавки или углубления 30 выполнена другая канавка или углубление 34. На фиг. 3 с отверстие 28, кроме углубления или канавки 30, имеет меньшую площадь или протяженность в плоскости x-y, чем проточный канал. Предлагаемый шибер 10 может использоваться, например, как штуцер при бурении с управлением давлением, или как штуцер для управления давлением возвращаемого бурового раствора и/или для глушения скважины. Однако, предлагаемый шибер также можно использовать и для решения других задач. Далее, предлагаемый шибер можно использовать под водой, на буровых вышках или на поверхности земли. Для управления давлением возвращаемого бурового раствора и/или для глушения скважины предлагаемый шибер может соединяться с трубами и т.п. скважины (не показаны). Скважина является,например, нефтяной или газовой скважиной. Поток материала в канале 14 шибера 10 регулируется перемещением элемента 22 задвижки в проточном канале 14, по существу, перпендикулярно проточному каналу 14, как показано на фиг. 2 а-2 с. Признаки предлагаемого шибера могут дополнительно содержать следующее: сбалансированная (штоковая) заслонка в штуцере; прямой канал и полное открытие заслонки; полное отверстие заслонки с расширением отверстия для пропускания бурового шлама при минимальном потоке. Отверстие может иметь любую форму и конфигурацию, применимую для регулировки потока; полностью окаймленное седло (т.е. элемент заслонки всегда находится в контакте с седлами и поддерживается ими, независимо от положения элемента заслонки) для удержания содержимого в отверстии, когда шибер находится в закрытом положении; упругий слой размещенный на седлах и обращенный к корпусу шибера для поддержания предварительного натяга относительно заслонки для рабочего диапазона давлений шибера; сменная изнашиваемая втулка на выходном фланцевом соединении и после седла для предотвращения коррозии; впускное и выпускное фланцевые соединения можно снимать, заменять на любое торцевое соединение и иметь возможность заменять изнашиваемое фланцевое соединение; канавка позиции 38 а и 38b (фиг. 3 а) на каждой стороне заслонки, обеспечивающая заполнителю корпуса выходить, когда шибер находится в работе; предварительно натянутые седла относительно корпуса шибера для поддержания контакта с заслонкой; алмазное покрытие нижней по потоку поверхности заслонки и седла; кожух шибера может иметь отверстие 36 (фиг. 2 а) для заполнителя корпуса. Специалистам понятно, что настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами. Наоборот, в рамках приложенной формулы в настоящее изобретение можно внести различные изменения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Шибер (10) для регулировки давления возвращаемого бурового раствора и/или для глушения скважины, содержащий проточный канал (14) и элемент (22) задвижки, способный перемещаться для перекрытия пробочного канала, содержащий отверстие (28), проходящее от одной поверхности (34 а) до противоположной поверхности (34b) элемента задвижки и выполненное с возможностью совмещения с проточным каналом для прохождения материала в проточном канале через элемент задвижки, причем на внутренней стенке (32) отверстия (28) выполнена канавка или углубление (30), проходящее от одной поверхности до противоположной поверхности элемента задвижки, причем шибер имеет регулирующее положение, в котором основная круглая часть отверстия, по существу, находится вне канала, но в котором канавка или углубление остаются совмещенными с каналом, позволяя материалу проходить через элемент задвижки, причем предусмотрены два седла (20 а, 20b) так, что элемент задвижки установлен или сбалансирован между двумя седлами с двух сторон от проточного канала независимо от положения элемента задвижки, и крышка корпуса шибера предусмотрена для размещения двух полностью окаймленных седл и элемента задвижки таким образом, что упомянутый элемент задвижки находится в крышке корпуса шибера независимо от положения элемента задвижки. 2. Шибер по п.1, в котором канавка или углубление имеют чашеобразную или серповидную форму или, по существу, круглое сечение. 3. Шибер по п.1 или 2, в котором отверстие элемента задвижки, кроме канавки или углубления,имеет форму, соответствующую проточному каналу, например имеет одинаковый с ним диаметр. 4. Шибер по п.2 или 3, дополнительно содержащий упругий слой, расположенный между каждым седлом и корпусом (12) шибера. 5. Шибер по любому из предшествующих пунктов, в котором проточный канал выполнен, по существу, прямым. 6. Способ регулирования давления возвращаемого бурового раствора и/или глушения скважины,при котором шибер (10) по любому из пп.1-5 соединяют с трубой или подобным элементом, соединенным со скважиной или стволом скважины, и перемещают элемент задвижки относительно проточного канала для регулирования любого потока в проточном канале. 7. Способ по п.6, в котором при перемещении элемента задвижки относительно проточного канала перемещают элемент задвижки в положение, в котором канавка или углубление совмещены с проточным каналом, при этом материал в проточном канале может проходить через элемент задвижки через канавку или углубление. 8. Штуцер для бурения с управлением давлением, содержащий шибер по одному из пп.1-5. 9. Штуцер для управления давлением возвращаемого бурового раствора и/или при глушении скважины, содержащий шибер по одному из пп.1-5.