ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТОВ Российский патент 2003 года по МПК E21B49/00 E21B34/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к циркуляционным клапанам, применяемым при испытании скважин и предназначенным для создания циркуляции скважина - труба при подъеме колонны.

Известен циркуляционный клапан КЦ-65, входящий в комплекс испытательный ИПТ-65, разработанный ОАО НПФ "Геофизика" (АЯЖ 2832058 РЭ лист 18, 19), содержащий корпус с радиальным каналом, в котором концентрично расположены диафрагма и диск, прижатые к корпусу прижимной гайкой. При подаче избыточного трубного давления диск срезает диафрагму и происходит сообщение трубной и затрубной полостей. Данный клапан имеет следующие недостатки:
- большой разброс значений давления срабатывания, вызванный невозможностью точной калибровки срезного элемента, из-за чего возникает опасность либо самосрабатывания клапана при гидравлических ударах, либо невозможности подать давление, достаточное для открытия клапана;
- выброс в скважину твердых металлических элементов, что снижает эффективность работы всего пластоиспытательного оборудования в целом;
- потеря цветного металла при каждом спуске оборудования, что существенно повышает стоимость ЗИПа;
- малость канала сообщения и невозможность увеличения их количества.

Известен также циркуляционный клапан КЦ-65 (Временная инструкция по испытанию скважин трубными испытателями пластов, г. Уфа, 1974, с. 49). Клапан представляет собой патрубок из двух переводников. Верхний переводник имеет радиальные циркуляционные отверстия, перекрытые дифференциальным штоком (поршнем) с уплотнениями. Дифференциальный шток в данном положении удерживается упорной втулкой, с которой он соединяется предохранительными шпильками. Втулка зажимается между ниппелем и муфтой замкового соединения. Сечение штока дифференциальное, в результате при превышении давления снаружи переводника (в затрубье) над давлением внутри него (внутри труб) между дифференциальным штоком и корпусом возникает сила гидравлической неуравновешенности, которая стремится переместить дифференциальный шток вверх. Такому перемещению препятствует упорная втулка. Если же давление внутри труб будет больше, чем в затрубье, возникает сила гидравлической неуравновешенности противоположного направления, обеспечивающая перемещение дифференциального штока вниз и открытие клапана после среза предохранительных шпилек. Пружина, поджатая упором, удерживает дифференциальный шток в нижнем положении и предотвращает самопроизвольное закрытие клапана при обратной циркуляции. Давление внутри клапана, необходимое для его открытия, определяется в зависимости от условий испытаний и устанавливается опытно при градуировке подбором количества или прочности шпилек.

В данном циркуляционном клапане были устранены недостатки, связанные с выбросом металла в скважину, но проблемы большого разброса значений давлений срабатывания и затрудненной калибровки не решены.

Известен также циркуляционный клапан для испытания пластов (см. SU 1749448 А1, кл. Е 21 В 49/00, 34/06, опубл. 23.07.1992, бюл. 27), принятый за прототип. Клапан представляет собой патрубок из корпуса и двух переводников. Корпус имеет радиальные циркуляционные отверстия, перекрытые дифференциальным штоком (поршнем) с уплотнениями, а нижний переводник - кольцевую расточку на внутренней поверхности. Дифференциальный шток жестко связан с цангой, имеющей кольцевой выступ на конце, который, фиксируясь в кольцевой расточке нижнего переводника, удерживает дифференциальный шток от перемещения.

Недостатком данного клапана является невозможность точной настройки клапана на определенное значение рабочего давления срабатывания. Также не решена проблема перенастройки клапана на другой диапазон рабочих давлений при возможных переходах на новые режимы испытания пласта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы клапана при относительной простоте конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что в циркуляционном клапане для испытания пластов, содержащем корпус с радиальными циркуляционными отверстиями, с установленным подвижно в корпусе дифференциальным полым штоком с уплотнениями, фиксирующий преждевременное перемещение штока элемент, содержащий цангу с выступами, связанную с дифференциальным полым штоком, в отличие от прототипа фиксирующий элемент содержит цилиндр с внутренним сужением, установленный жестко в корпусе, цанга жестко связана с дифференциальным полым штоком посредством резьбового соединения, с обеих сторон цанги установлены регулировочные гайки, которые изменяют ее жесткость, причем выступы цанги выполнены в средней части ее упругого элемента и имеют скосы с обеих сторон, опирающиеся упруго на внутреннее сужение цилиндра.

Предложенное техническое решение имеет существенные отличия по сравнению с аналогом и прототипом. А именно:
- использование цилиндра с внутренним сужением в качестве фиксирующего элемента позволяет существенно снизить затраты при износе последнего, так как исключается необходимость замены всего переводника;
- исключена необходимость перманентного регулирования после каждого спуска. Обслуживание клапана вне забоя сводится лишь к перезарядке цанги, что существенно сокращает время обслуживания агрегата;
- использование регулировочных гаек упрощает настройку клапана и расширяет диапазон рабочих давлений срабатывания клапана, значения которых можно задавать с высокой степенью точности.

Заявителю не известны технические решения, содержащие сходные признаки. отличающие заявляемое решение от прототипа.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что предлагаемое изобретение отвечает критериям "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Изобретение представлено фиг. 1, 2.

Циркуляционный клапан включает корпус, состоящий из нижнего 1 и верхнего 2 и 3 переводников, в переводнике 3 выполнены радиальные циркуляционные отверстия "а", дифференциальный полый шток 4 с уплотнениями 5, 6, установленный подвижно в корпусе и имеющий прорези "б" в верхней части, фиксирующий преждевременное перемещение штока элемент, состоящий из цилиндра 7, цанги 8 и регулировочных гаек 9, установленных с обеих сторон цанги посредством резьбовых соединений. Цилиндр 7 установлен жестко в корпусе и выполнен с внутренним сужением в нижней части, создавая упор для цанги 8, у которой в средней ее части выполнены выступы со скосами с обеих сторон. С помощью регулировочных гаек изменяется жесткость упругого элемента цанги. Втулка 10 является элементом (звеном), жестко связывающим цангу со штоком посредством резьбовых соединений.

Для обеспечения герметизации клапана установлены уплотнения 11.

Работает клапан следующим образом.

Клапан устанавливают над испытателем пластов в закрытом состоянии (фиг. 1, 2) и спускают на трубах в скважину. Перед спуском клапана должно быть отрегулировано давление внутри клапана, необходимое для его открытия, которое определяется в зависимости от условий испытаний и устанавливается опытно при градуировке перемещением регулировочных гаек 9 вдоль оси клапана, что приводит к изменению жесткости упругого элемента цанги 8. Дифференциальный полый шток 4 в закрытом положении (фиг. 1, 2) удерживается переводником 2 с одной стороны, что предотвращает его перемещение вверх при превышении давления снаружи переводника (в затрубье) над давлением внутри него (внутри труб), и через втулку 10 и цангу 8 внутренним сужением цилиндра 7 с другой стороны, что предотвращает его перемещение в сторону открытия. Если давление внутри труб будет больше, чем в затрубье, возникает сила гидравлической неуравновешенности противоположного направления, обеспечивающая перемещение дифференциального штока вниз и открытие клапана после преодоления сопротивления упругости цанги. Но клапан остается закрытым в процессе спуска и непосредственно испытания пласта, так как сила гидравлической неуравновешенности не превышает упругость цанги.

В процессе испытания пластовая жидкость заполняет часть труб, находящихся выше клапана испытателя пластов. После проведения испытания испытательное оборудование извлекается из скважины до появления жидкости в трубах, после чего открывается циркуляционный клапан. Для открытия клапана создается избыточное давление внутри труб, достаточное для его срабатывания, при этом дифференциальный шток 4 смещается вниз, цанга 8 под воздействием штока упруго сжимается и вместе с регулировочными гайками 9, втулкой 10 перемещаются в крайнее нижнее положение, преодолевая внутреннее сужение цилиндра 7 и удерживаются там в диапазоне свободного хода выступа цанги между внутренним сужением цилиндра и нижним переводником 1, при этом щели "б" штока смещаются ниже уплотнения 5 - происходит сообщение внутренней полости труб с затрубным пространством через радиальные циркуляционные отверстия "а", клапан открыт, обеспечивается циркуляция жидкости. После этого подъем труб производится без сифона, т.е. с самоизливом пластового флюида в затрубное пространство, исключая загрязнение поверхности вокруг устья скважины. Внутреннее сужение на цилиндре 7 удерживает поршень в нижнем (открытом) положении и предотвращает самопроизвольное закрытие клапана при обратной циркуляции.

Для повторного использования клапана он разбирается в следующем порядке: вначале освобождается переводник 1, затем, удерживая шток за технологическое отверстие через циркуляционные отверстия "а", разъединяются по резьбе шток 4 от втулки 10 и втулка 10 от цанги 8, после чего цилиндр протаскивается вверх и заводится с верхней стороны выступа цанги.

Сборка осуществляется в обратном порядке.

Предлагаемый циркуляционный клапан в составе испытательного оборудования позволяет повысить надежность срабатывания клапана при заданном давлении и расширить диапазон давлений.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к циркуляционным клапанам, применяемым при испытании скважин и предназначенным для создания циркуляции скважина - труба при подъеме колонны. Техническим результатом является повышение надежности работы клапана. Для этого клапан содержит корпус с радиальными циркуляционными отверстиями, с установленным подвижно в корпусе дифференциальным полым штоком с уплотнениями, фиксирующий преждевременное перемещение дифференциального штока элемент, содержащий цангу с выступами, связанную с дифференциальным полым штоком. Фиксирующий элемент содержит цилиндр с внутренним сужением, установленный жестко в корпусе, цанга связана с дифференциальным полым штоком жестко посредством резьбового соединения, с обеих сторон цанги установлены регулировочные гайки, которые изменяют ее жесткость, причем выступы цанги выполнены в средней части ее упругого элемента и имеют скосы с обеих сторон, опирающиеся упруго на внутреннее сужение цилиндра. 2 ил.

Циркуляционный клапан для испытания пластов, содержащий корпус с радиальными циркуляционными отверстиями, с установленным подвижно в корпусе дифференциальным полым штоком с уплотнениями, фиксирующий преждевременное перемещение дифференциального штока элемент, содержащий цангу с выступами, связанную с дифференциальным полым штоком, отличающийся тем, что фиксирующий элемент содержит цилиндр с внутренним сужением, установленный жестко в корпусе, цанга связана с дифференциальным полым штоком жестко посредством резьбового соединения, с обеих сторон цанги установлены регулировочные гайки, которые изменяют ее жесткость, причем выступы цанги выполнены в средней части ее упругого элемента и имеют скосы с обеих сторон, опирающиеся упруго на внутреннее сужение цилиндра.