Запорный клапан для испытания пластов Советский патент 1988 года по МПК E21B49/00 

тановлена дополнительная В 15 с перфорированной перегородкой 16 вверху. Наружный диаметр В 15 и диаметр KB 8 равны, а диаметр верхней части П 7, размещенного в В 15, меньше диаметра его нижней части. Корпус 1 образует с П 7 и KB 8 кольцевую камеру Е. Пос ле поступления жидкости в трубы над клапаном его закрьшают и записьшают кривую восстановления давления. Для

73802

этого кольцевую полость Е сообщают с затрубьем. При этом П 7 опустится, а В 15 поднимется.. Каналы Г перекроются П 7, изолируя камеру К от осевого канала В 5. Клапан закрыт. При его подъеме из скважины П 7 поднимается, каналы Г открываются и полости над и под клапаном сообщаются, исключая поднятие труб под давлением. 1 3.П. ф-лы. 4 ил.

Изобретение относится к области нефтепромысловой геофизики и позволяет повысить надежность работы клапана при испытании глубоких и наклонных скважин. Клапан включает полый корпус 1 с радиальными каналами А и Б и внутренним кольцевьи выступом (KB) 14. В нем размещена втулка ( В) 5 с перегородкой 6 и радиальными каналами В и Г, образующая с корпусом 1 кольцевую камеру К. В В 5 расположен плунжер ( П 7 со сквозным каналом и КБ 8. В корпусе 1 на KB 8 ус

1

Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике, а именно к оборудованию для испытания пластов. в бурящихся и законченных бурением как вертикальных, так и наклонно направленных скважинах.

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана при спуске инструмента с частично заполненными жидкостью трубами при испытании разведочных глубоких и наклонно направленных скважин.

На фиг.1 показан клапан в открытом положении, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - клапан в закрытом положении, общий вид; на фиг.4 - то же, при подъеме его из скважины (клапан открыт)

Клапан содержит (фиг.1, 2) полый корпус 1 с радиальными каналами А и Б. В канале А установлена диафрагма 2, выполненная из мягкого материала (оргстекло, свинцовая пластина)i которая утолщенной частью перекрьшает канал А, и зафиксированная гайкой 3, нижний перэводник 4 с втулкой 5, имеющей глухую перегородку 6 в осевом канале и два ряда радиальных щелевых каналов В и Г, расположенных под и над глухой перегородкой 6.

Нижний конец втулки 5 жестко связан с нижним переводником 4, верхний конец втулки 5 концентрично размещен в корпусе, в котором нижней частью телескопически с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен плунжер 7 с осевым каналом, кольцевым выступом 8 с двумя колцевыми канавками 9, 10 под уплотни

тельные кольца 11, 12 на наружной поверхно сти, размещенной в осевом канале втулки 5. В кольцевой проточке 13 под кольцевым выступом 14 корпуса

1 и на кольцевом выступе 8 плунжера 7 телескопически с возможностью осевого и вращательного перемещения установлена дополнительная втулка 15, заглушенная в верхней части перфори-

рованной перегородкой 16 с каналами Д, расположенными под углом к оси с кольцевой канавкой 17 на наружной поверхности под уплотнительное кольцо 18. В осевом канале дополнительной втулки 15 телескопически размещена верхняя часть плунжера 7 с уплотни- тельным кольцом 19 (фиг.2), размещен- ньы в кольцевой канавке 20 с диаметром, меньшим диаметра его нижней части, телескопически размещенной в осевом канале дополнительной втулки 15.

Кольцевой выступ 8 плунжера 7 снабжен двумя кольцевыми канавками 21, 22 под уплотнительные кольца 23, 24, имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру втулки 15, размещен в кольцевой проточке 13 корпуса 1, перекрьшает радиальный канал Б, когда уплотнительные кольца 23, 24 находятся по обе стороны конца радиального канала Б. Втулка 15 с за- глутпенного конца перфорированной перегородкой 16 взаимодействует с торцом 25 кольцевого выступа 14, а внутренним торцом перфорированной перегородки 16 - с торцом 26 плунжера, размещенного в осевом канале дополнительной втулки 15. Верхняя кольцевая камера Е, ограниченная нижним

торцом втулки 15, верхним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, наружной поверхностью плунжера 7 и внутренней поверхностью корпуса 1 минимального объема, изолированная от затрубного пространства уплотнитель- ным кольцом 23, сообщается с внутренней полостью труб через осевой канал плунжера 7 для обеспечивания выравнивания их давлений каналами малого сечения - радиальным каналом Ж и продольным каналом 3, выполненными на плунжере над кольцевой канавкой 20 с уплотнительным кольцом 19 и ниже соответственно, сообщающихся между собой кольцевым каналом И, образованным наружной поверхностью плунжера 7 с кольцевой канавкой 20 и кольцевой проточкой 27 во втулке 15. Ширина кольцевой проточки 27 равна сумме расстояний от торца 26 плунжера 7 до конца продольного канала 3, у кольцевой канавки 20 и ширине продольного канала 3, а расстояние между кольцевой канавкой 20 и каналом 3 минимально возможное.

Нижняя кольцевая камера К, ограниченная внутренней поверхностью корпуса, торцом 28 кольцевого выступа 29 нижнего переводника 4, наружной поверхностью втулки 5, нижним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, наружной поверхностью плунжера с охватьгоающим кольцом 30 максимального объема, сообщается нижним рядом радиальных каналов В с осевым каналом нижнего конца втулки ниже глухой перегородки 6, а верхним рядом радиальных каналов Г - с осевым каналом верхнего конца втулки 5 над глухой перегородкой 6 с осевым каналом плунжера и с осевым каналом корпуса 1 через каналы Д перфорированной перегородки дополнительной втулки 15.

Кольцо 30, охватьтающее нижнюю часть плунжера, выполнено из мягкого металла (алюминия, меди, латуни), размещено между нижним торцом кольцевого выступа 8 и торцом верхнего конца втулки 5, с которым оно постоянно контактирует, со срезными штифтами 31, пропущенными через отверстия Л в кольце 30 и установленными в глухих отверстиях М плунжера 7, фиксирует последний в верхнем крайнем положении.

Расстояние от нижнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 до кольца 30 меньше, чем расстояние от ниж- , него торца втулки 15 до кольцевой канавки 20.

Расстояние от верхне го торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплот-

нительного кольца 23 до радиального канала В меньще расстояния от нижнего торца плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до удаленной части радиальных каналов Г при фиксированном верхнем крайнем положении плунжера , а при

расфиксированном Н1тжнем крайнем положении плунжера (фиг.З) расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23

до удаленной части конца радиального канала Б больще расстояния от нижнего торца нижней части плунжера у уплотнительного кольца 12 до радиальных каналов Г.

Запорный клапан работает следующим образом.

В открытом положении клапана (фиг.2, |) плунжер 7 находится в фик- сированном верхнем крайнем положении, торец 26 плунжера, размещенного в осевом канале втулки 15, взаимодействует с внутренним торцом пер фори- рованной перегородки 16 втулки 15, а последняя перфорированной перегородкой 16 - с торцом 25 кольцевого выступа 14. Штифты 31, размещенные в отверстиях Л кольца 30 и глухих отверстиях М плунжера 7, удерживают последний от перемещения его вниз относительно втулки 5,

Верхняя кольцевая камера Е минимального объема, изолированная от затрубного пространства уплотнитель- ным кольцом 23, сообщается с внутренней полостью радиальным каналом Ж, продольным каналом 3 и кольцевым каналом И.

Нижняя кольцевая камера К максимального объема сообщается радиальными каналами В с осевым каналом конца втулки 5 ниже глухой перегородки, а верхним рядом радиальных каналов Г с осевым каналом конца втулки над глухой перегородкой с осевым каналом

плунжера и с осевым каналом корпуса 1 через каналы Д перфорированной перегородки 16. Диафрагма 2 перекрывает радиальный канал А.

Запорный клапан устанавливается в открытом положении в компановку испытательного оборудования выше испытателя пластов. Для создания заданной депрессии на пласт трубы выше испытателя пластов заполняются жидкостью .

При спуске клапана в скважину исключается воздействие инерционного усилия на плунжер 7 и втулку 15 от столба жидкости залитой в трубы, так как плунжер 7 и втулка 15 гидравлически уравновешены и зафиксировань

При достижении заданной глубины устанавливают пакер, после чего открывается впускной клапан испытател пластов, Жидкость или газ из под па- кера (из исследуемого пласта) постпает Б полость труб над испытателем пластов и проходит запорный клапан, поступает в полость труб над запорным клапаном. Манометр, установленный в полости труб над испытателем пластов под запорным клапаном, регистрирует кривую притока - изменение высоты столба жидкости в трубах за время притока. Для записи кривой восстановления давления (КВД) запорный клапан закрьшают путем спуска в полость труб шток-груза 32 (фиг.З) который, достигнув глубины установки клапана, ударяется о перфорированную перегородку 16 втулки 15. Последняя вместе с плунжером 7 перемещается вниз, при этом срезаются штифты 31 и, когда верхнее уплотнитель- ное кольцо 23 на кольцевом выступе плунжера переместится под радиальный канал Б, кольцевая полость Е сообщается с затрубным пространством, плунжер 7 гидравлически неуравновешен, перемещается вниз от усилия, возникающего от неуравновешенности в уплотнениях 23, 24 и 19, а втулка 15 - от усилия, возникающего от неуравновешенности в уплотнениях 19 и 18, возвращается в исходное положение, при этом объем камеры Е увеличивается и каналы Ж,3,И малого сечения перекрыты, когда уплотнительное кольцо 19 находится ниже кольцевой проточки 27.

Далее радиальные каналы Г перекрываются нижней частью плунжера и двумя уплотнительными кольцами 1 Г, 12, камера К уменьшается в объеме, изолируется от осевого канала втулки 5 над перегородкой, т.е. клапан

10

15

3738026

закрыт. Сообщение кольцевой камеры Е через радиальный канал Б с затрубным пространством происходит раньше, чем перекрытие радиальных каналов Г, и исключается эффект гидрозатвора при перемещении плунжера в нижнее положение, так как расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до радиального канала Б меньше расстояния от нижнего торца плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до удаленной части радиальных каналов Г при фиксированном верхнем крайнем положении плунжера 7.

Кольцо 30, охватьшающее нижнюю часть плунжера 7, контактирует нижним торцом с торцом верхнего конца втулки 5, а верхним торцом - с нижним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, выполнено из (алюминия, меди, латуни) мягкого металла и поглощает часть энергии падающего шток-груза 32. Плунжер 7 находится в крайнем нижнем положении, объем камеры Е максимальный, камера К минимального объема, кольцевая камера Е, заполненная буровым раствором, находится под затрубным давлением (Р ,с давление гидростатическое), и усилие, возникающее от неуравновешенности плунжера 7 в уплотнениях 23, 24, 19 и 11, 12, удерживает его в крайнем нижнем положении. Так как диаметр нижней час20

25

30

35

40

45

ти плунжера 7 с кольцами II, 12, размещенного во втулке 5, больше диаметра верхней части плунжера с уплотни- тельным кольцом 19, размещенного во втулке 15, т.е. площадь нижнего торца меньше площади верхнего торца кольцевого выступа 8, то плунжер находится в крайнем нижнем положении при давлении внутри труб под клапаном ( ) большем, чем Р,

ВИИ.

L -j- р / - f J Of у .-.i - f С П рИ У С Л О

что давление в трубах над за0

5

порным клапаном меньше давления Р . С момента закрытия клапана прекращается поступление пластовой жидкости или газа в трубы, давление под клапаном возрастает и манометр регистрирует кривую восстановления давления. В случае поступления нефти или газа в полость труб в процессе испытания пласта, перед снятием пакера открьшается канал А циркуляционного клапана, для чего в полости труб создается избыточное давление, диафрагма 2 разрушается и обратной циркуляцией вытесняет нефть и пластовую воду в специальный амбар. 1атем снимают пакер с -места установки, при этом закрьшается впускной клапан испытателя и полость труб между испытателем пластов и запорным клапаном изолируется и находится под давлением.

При подъеме клапана из скважины (фиг.4) увеличивается разность давлений под клапаном и Р,. и усилие, возникающее от неуравновешенности плунжера в уплотнениях 23, 24, 19 и 11, 12, перемещает его вверх до начала перекрытия радиального канала Б кольцевым выступом верхним уплот- нительньм кольцом 23. Радиальные каналы Г при этом открываются и полости труб над и под забойньм клапаном, сообщаются через кольцевую камеру К. Плунжер не доходит до своего первоначального верхнего положения, так как камера Е, заполненная буровым раствором, является в данном положении изолированной, но сообщение кольцевой камеры К с полостью над клапаном через радиальные каналы Г происходит раньше, чем изоляция кольцевой камеры Е от затрубного пространства тем самым обеспечивается сообщение полостей под и над запорным клапаном и исключается поднятие труб под запорным клапаном под давлением, так как при расфиксированном нижнем крайнем положении плунжера расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до удаленной части конца радиального канала Б больше расстояния от нижнего торца нижней части плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до радиальных каналов Г.

В случае отсутствия притока нефти и газа в полость труб открытие канала А производится при появлении уровня жидкости в трубах на устье скважины. Полость труб освобождается от жидкости при их подъеме; внутренняя полость труб, заключенная между испытателем пластов и запорным кла

паном, сообщается через канал А с затрубным пространством и к моменту окончания подъема давление в полости труб под запорным клапаном уменьшается до атмосферного, что обеспечивает безопасность работ при разборке.

После подъема клапана из скважины из него извлекается шток-груз 32, клапан разбирается, заменяются срезные штифты 31, плунжер 7 с втулкой 15 устанавливаются в первоначальное положение, клапан готов к работе.

Формула изобретения

с плунжером и дополнительной втулкой дополнительную кольцевую камеру с возможностью ее сообщения с затрубным пространством после расфиксации плунжера,

фиа2

32

Фиг.З

д

fpu