Циркуляционный клапан испытателя пластов Советский патент 1983 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а-именно к устройствам, используемым при испытании скважин пластоиспытателями на трубах.

Известен циркуляционный клапан многократного действия с постоянно свободным осевым каналом, позволяющий ocyщectвлять текущий дистанционный контроль забойных параметров в процессе испытания и промывки скважины. Клапан содержит корпус с радидльными канаг1ами, в котором концентрично установлены запорный орган, выполненный в виде полых плунжера и поршня, шток, узел гидравлимеского урав новешйвания и 1))иксаторы. Кроме того, он снабжен втулкой, жестко связанной с штоком и установленной с возможностью взаимодействия при помощи фиксатора с плунжером и поршнем 1J,

Основным недостатком этого клапана является использование гидравлики для управления, которая, как показала практика работ, не оуень надежна, так как управляющий п1ерепад давления должен преодолевать силы трения в подвижных уплотненияX, которые,.в свою очередь, сами зависят От величины перепада давления, гидростатического давления в скважине, состояния уплотняемых поверхностей и свойств жидкости. Таким образом, трудно прогнозировать величину перепада давления, требуемую для управления работой клапана.

Известен также циркуляционнгый клапан испытателя пластов, включающий полый корпус с радиальными каналами , установленный в нём подпружиненный золотник с осевым каналом и рядом радиальных каналов, жестко связанный с замковой втулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности и фиксатор j 2 J.

Однако принцип действия клапана :основан на использовании дифференциал ь,но го поршня, перемещаемого под действием перепада давления в гидросистеме, создаваемого за счет местного гидросопротивления, в качестве которого использован радиальный циркуляционный канал в поршне, сечение которого значительно меньше сечения радиального канала в Корпусе клапана. Следовательно для повышения эффективности работы такой схемы клапана необходимо снижать сечение гидросопротивления, Тсе, уменьшает диаметр радиального канала в поршне. Но при этом резко возрастает вероятность засорения циркуляционного канала поршня шламом, окалиной, кусочками парафина и прочими примеоями, содержащимися в скважинной жидко сти, А этот канал всего один. Кроме того, при больших скоростях закачки не исключена-опасность размыва скороo стной струёй жидкости как самого канала в поршне, так и элементов, попадающих под эту струю.

Конструкция данного клапана(нэли чие радиального канала в поршне с

5 малым приходным сечением) исключает возможностъ проведения интенсивной прямой Лромывки СКВаЖины, поскольку при повышении скорости циркуляции поршень клапана будет стремиться самопроизвольно занять верхнее(закрытое/ положение,.

Если же радиальный канал в поршне имеет проходное сечение, достаточное для проведения интенсивной промывки,

5 то в таком случае возникает угррза аварийной ситуации. Объясняется это тем, что даже при незначительном превышении предельно допустимой скорости циркуляции и небольшом сдвиге

поршня вверх клапан практически мгновенно переходит в положение Закрыто за счет уменьшения сечения радиального циркуляционного канала поршня, сопутствующего его движению. Мгновенное закрытие клапана вызовет гид равлический удар в трубах и устройствах испытательного инструмента, способный вывести из строя подземное оборудование скважины.;,

Целью изобретения является повышение надежности его в работе путем управления клапаном осевым перемещением колонны труб.

Поставленная цель достигается тем, что в циркуляционном клапане испытателя пластов, включающем полый корпус с ради.альными каналами, установленный в нем подпружиненный золотник с осевым каналом и рядом радиальных каналов,жестко связанный с замковой втулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности, и фиксатор, .в корпусе телескопически установлен жестко связанный с колонной труб 5 шток, на котором размещен фиксатор, золотник выполнен с дополнительным рядом радиальных каналов и имеет палец в нижней части, а внутренняя по3 . 10 верхность корпуса имеет пазы под палец золотника, На фиг. 1 показан предлагаемый клапан, продольный разрез; на фиг.2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 развертка наружной поверхности замковой втулки с замкнутым фигурным пазом; на фиг, - сечение А-А на фиг, Циркуляционный клапан содержит корпус 1, внутри которого размещен полый подвижный шток 2, соединенный с корпусом 1 с помощью шпоночного узла 3. В средней части штока 2 имеется поршневая головка it, образующая с корпусом 1 две герметично разобщенные камеры а и б, гидравлически связанные соответственно с внутритрубным и кольцевым (затрубным) пространствами скважины. В корпусе 1 выполнены радиальные циркуляционные отверстия 5 .расположенные на одном уровне, в которых установлены разрушаемые диафрагмы однортрроннего действия 6, герметично разобщающие внутритрубное и кольцевое пространство скважины с помощью резинового кольца 7 и полой нажимной втулки 8. На внешнем jropue диафрагмы 6 выполнён а кольцевая канавка 9. Кроме того, в корпусе 1 установлен золотни 10 со свободно вращающейся относител но негр ВТУЛКОЙ 11, загерметизироваи ной относительно корпуса f с помощью уплотнений 12. Золотник 10 два ряда радиальных циркуляционных каналрв 13 и 1 и подпружинен снизу пружиной 15. Взаимнре осевое прложение золотника 10 и корпуса 1 определяется при помощи пальца 16, в нижне части золотника 10 и взаимодействующего с профилированной торцо О верхНостьйэ 3 корпуса 1, и еющей уг- лубление в виде шпоночного jia3a 17 ширина которого oпpёдeляe :cJR расчетным путем. Помимо этого, золо т.ник 10 жестко связан с замковой втулкой 18, на наружной поверхности которой выполнен замкнутый фи,гурный паз 19. С пазом 19 взаимодействует фиксатор 20, размещенный на нижнем конце штока 2, Другой конец штока 2 соединен с муфтой 21, Работа клапана осуществляется следующим образом. Сначала производят подготовку его к работе, прследовательность которой зависит от намеченной технологии испытания скважин. 5 При испытании многопластовых нефонтанирующих скважин компрессорным способом чаще всего используется двух или трехпакёрная компоновка испытательного инструмента с установкой открытого фильтра вместо испыта теля пластов. В этом случае спуск инструмента б скважину сопровождается заполнением полости насосно-компрессорных труб (НКТ) промывочной жидкостью, поступающей через фильтр, что упрощает использование циркуляционного клапана, так как при этом не требуется производить спуск его в гарантированно закрытом положении. В связи с этим клапан опускается в скважину с открытыми циркуляционными каналами 5 т.е. без установки в них диафрагм 6, Если перед спуском клапана ив процессе него золотник 10 находится в положении Закрыто, то при этом шток 2 занимает крайнее верхнее положение относительно корпуса 1 клапан растянут, золотник 10 зафиксирован от перемещения вверх под действ ием пружины 15 с помощью пальца 1б, который опирается на торцовую поверхность и корпуса 1, фиксатор 20 находится в крайнем верхнем положении относительно замковой втулки 18 (например, В положении фигурного паза 19). После спуска клапана на требуемую глубину производится пакеровка испытательного инструмента, при этом шток 2 под действием веса вышерасположенной части колонны НКТ перемещается вниз до упора своей муфтой в. корпус 1. При этом перемещении фиксатор 20, связанный .с штоком 2, доходит до нижнегр скРса фигурного пазе 19 и повернув замковую втулку 18 вместе с золотником 10 на некоторый угол, попадает в удлйненну вертикальную прорезь паза 19, заняв.в ней положение в.Осевой ход пальца 1б из положения в положение в ра- вен ходу штрка 2 относительно корпуса 1, поэтому золотник 1О сохраняет свое прежнее положение по вертикали относительно корпуса 1, а клапан остается в закрытом положении. Но палец 16, благодаря частичному пррвороту золотника 10, переходит из позиции & в прзицию7К, оставаясь на тррце профилированной поверхнРсти о корпуса 1. Таким образо.м, кла.пан из состояния растянут, закрыт переходит в состояние сжат, закрыт

и остается в таком положении до следующей команды с поверхности.

Если после проверки места установки якоря и пакеров принимается решение заменить в скважине раствор на воду до глубины исследуемого интервала, то в этом случае производится циркуляция через фильтр при освобожденных пакерах и закрытом циркуляционном клапане. Для этого : НКТ приподнимают вверх на необходимую величину, что приводит к выдвижению штока 2 вверх до Упора, перемещению фиксатора 20 из положения д фигурного паза 19 в положение U/ относительно неподвижной в осевом направлении замковой втулки 18 и дополнительному провороту пальца 16 относительно шпоночного паза 17 профи лировднной поверхности . При этом клапан снова оказывается в положении растянут, закрыт.

При вызове притока из пласта и проведении компрессорных откачек испытательный инструмент снова запакеровывается и компрессирование производится через открытый циркуляционный клапан. Для этого трубы разгружаются на якорьj что приводит к сжатию клапана, При этом фиксатор 20, пройдя часть своего свободного ходс), упирается в нижний край короткой прорези фигурного паза 19 и далее движется вниз вместе с замковой втулкой 18, преодолевая усилие пру)йины 15 что приводит к смещению золотника 10 в крайнее нижнее полоЖжение., при котором происходит совмещение циркуляционных каналов 5 корпу са 1 с циркуляционными каналами 13 золотника 10, Таким образом, клапан переходит в положение, сжат, открыт что позволяет в процессе компрес сирования передавать на пакера нео0хЬдимую сжимающую .нагрузку с целью (сохранения герметичности паке|ровки, независимо от изменения величины перепада давления, действующего Hia пакеты.

Если, по окончании крмпрессирювания необходимо записдть кривую восстано8лен :1я давления, например, с помощью запорного клапана, работающего от сжатия и расположенного выше циркуляционного клапана то в этом случае последний доли$ен быть закрыт, а инструмент запакерован. Для этого достаточно произвести вначале натяжку инструмента; а затем

снова посадку. При натяжке шток - 2, выдвигаясь вверх, приводит фиксатор 20 в положение J фигурного паза 19 что позволяет золотнику 10 под действием пружины 15 вернуться в прежнее по.ложение, соответствующее состоянию клапана растянут, закрыт, А при последующей посадке инструмента фиксатор 20 снова оказывается 13 очередной удлиненной прорези фигурного паза 19 обеспечивающей переход клапана в положение сжат, закрыт. При этом палец Тб золотника 10 занимает положение И , граничащее с пазом ту/профилированной поверхности корпуса 1.

В этом сЛучае, если необходимо осуществить циркуляцию через клапан в его растянутом положении (например, с целью избежания подъема с сифоном при работе с испытателем пластов) производится очередная натяжка инструмента. При этом клапан .приводится в растянутое положение и шток 2 переводит, фиксатор 20 в следую.щее .положение О фигурного паза 19. Одновременно с Этим происходит следующее. Переход фиксатора 20 в положение О сопровождается дополнительным проворотом золотника 10 на некоторый угол, в результате чего палец 16-утапливается в пазу 17 профилированной поверхности в, занимая положение ц, и золотник 10, освобождаемый от действия нижнего упораj смещается под действием пРУ жины 15 вверх относительно неподвижного фиксатора 20, находящегося в крайнем верхнем положении относительно корпуса 1, Глубина паза 17 обеспечивает : перемещение золотника 10 вверх на величину, достаточную для совмещения нижних циркуляционных каналов Т4 золотника 10 с циркуляционными ка-, налами 5 корпуса 1. Таким образом, клапан переходит в состояние растя- . нут, открыт, которому соответствует положение Ь фиксатора 20 в фигурном пазу 19 причем в процессе перемещения из положения О в положение |ii .фиксатор 20, взаимодействуя с . очередным скосом паза, дополнительно проворачивает золотник 10 до упора пальца 16 в стенку паза 17 профилированной поверхности :. Благодаря этому, при последующем сжатии клапана фиксатор 20 движется вниз совместно с золотником 10, сжимая пружину 15 и не изменяя своего положения относительно фи-; гурного паза 19 до тех пор, пока паец 1б не выйдет из паза 17 и не осободйт золотник 10. Тогда -фиксатор 0 р взаимодействуя со скосом фигурно-f го паза 1Э проворачивает золотник 10, и палец 16 снова оказывается на 5 орцэ профилированной поверхности б в положение О , В конце хода штока 2 вниз фиксатор 20 оказывается в поло ении у фигурного паза 19 что привоит клапан снова в состояние сжэт в закрыт. При необходимости подъема инструмента без циркуляции производится -очередная натяжка инструмента, что возвращаетклапан в исходное полсжение растянут, закрыт, ts При этом фиксатор 20 возвращается в положение, а 16 в положение е. На этом цикл заканчивается и при необходимости осуществляется повторно в указанной последователь- 20 ности: .

1, Растянут, закрыт ;

2о сжат, закрыт ;

3. растянут, закрыт ;

k. сжат, открыт ;25

5 растянут, закрыт ;

6,, закрыт ;

7. растянут, открыт ; 8 ,Сжат, закрыт ;

Приведенный выше состав цикла, зо количество фиксированных позиций, а также их последовательность могут быть выбраны иными, наиболее оптимальными, в зависимости от гч инятой тех41блогии испытания скважин, 35 .а также от назначения циркуля ционного клапана. Например, данный клапЗн может использоваться для работы совместно сиспытателем пЛастов с целью проведения промывки подпакернрй 3OHbf от пластового флктда и разгази рованнргр pacTfора перед под-ьемон ин струмента или для проведения оп«ераций по интенсификации притока с целью осуществления циркуляции при доставке рабочих жидкостей на забой и.закачке их в пласт. 8 этих случаях жет быть применена иная структура цикла, что приведет к необходимости изменения формы фигурного паза 19 и профилированной поверхности |S корпуса 1,

При работе циркуляционного клапан совместно с испытателем пластов, когда самопроизвольное открытие клапана в процессе спуска инструмента может привести к нежелательному преждевременному заполнению полости НКТ жидкостью, диафрагмы 6 предохраняют клапан от открытия в случае его внезапного сжатия, например, при неожиданных посадках инструмента в период спуска, В таких, случаях для открытия клапана необходимо предварительно создать в ИКТ избыточное внутритрубное давление в пределах кгс/с Г при котором диафрагма 6, благодаря наличию односторонней канавки 9 на их внешних торцах, разрушаются и открывают циркуляционные каналы 5 корпуса 1, При этом диафрагмы 6 вылолнены таким образом, что при превышении внешнего (затрубного) давления срабатывание их происходит при разрушении металла не по дну кольцевой канавки 9, а по утолщенной центральной насти, что требует значительно .большего .перепада давления.

Замена гидо.авлического привода управления механ ческим позволяет снизить стоимость изготовления деталей и узлов клапана и повысить его работоспособность.

Важным преимуществом предлагаемого клапана является также и то, что его применение, в отличие от прототипа, не бвязано с опасностью создания гидравлических ударов в скважине.

Кроме того, предлагаемый клапан позвол ет производить скважин независимо от интенсивности проявления притока, что снижает вероятность возкикновения аварийных ситуаций при испытании скважин вызванных прихватами инструмента, и, тем caNWM, дает возможность получить дополнительный экономический эффект за счет снижения числ аварий, а также - времени и средств, связанных с их ликвидацией.

f

Фш. /

т

0tft