Клапан для испытания пластов Советский патент 1991 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к клапа- нам циркуляционным, редукционным и перепускным, применяемым для сообщения полостей труб в компановках испы-ч тательного оборудования, спускаемых в скважину на трубах с затрубным пространством

Целью изобретения является повышение надежности работы клапана и расширение функциональных возможностей за счет использования испытателями пластов,, спускаемыми на трубах разного диаметра при разном устьевом оборудовании„

На фиг„ 1 показан клапан в транспортном положении (радиальные каналы в корпусе изолированы от внутренней полости труб), общий вид на фиг„2 - то же, в рабочем положении (радиаль- ные каналы в корпусе сообщаются с внутренней полостью труб); на фиг„3 - то же, в транспортном положении, вариант исполнения; на фиг. 4 - циркуляционный клапан в рабочем положе- нии, вариант исполнения; на фиг.5 - то же, в открытом положении, вариант исполнения; на фигс 6 - клапан, выполняющий функции редукционного и

перепускногос

Клапан содержит корпус 1, в осевом канале которого выполнена кольцевая проточка А с верхним торцом Б

и нижним торцом Б{, с. двумя-радиальными двухступенчатыми каналами В(, и BЈ, жестко связанные с корпусом 1 вставки 2 со сквозными двухступенчатыми отверстиями, аналогичными отверстиям Б.,| и Вйс В верхней час

0 5

0 5

0

5

ти осевого канала корпуса 1 выпол- нены проточки Г со скошенным верхним торцом и трехступенчатая втулка 3., диаметр средней ступени которой выполнен большим, чем диаметр двух других (верхней и нижней) ступеней, На наружной поверхности верхней и нижней ступеней выполнены кольцевые канавки 4-6 с размещенными в них уп- лотнительными элементами (кольцами) 7-9 „ В стенке верхней ступени втулки 3 выполнены два окна Д| и Д2, расположенных одно против другого, радиальные отверстия 5, в которых размещены концы штифтов 10, вторые концы которых размещены в радиальных отверстиях Ж кольца 11, размещенного на верхнем торце средней ступени втулки 3„ На наружной поверхности средней ступени втулки 3 выполнены продольные пазы и ряд щелевых радиальных каналов И, расположенных выше кольцевой канавки 6, выполненной в плоскости перегородки 12,, В стенке третьей ступени втулки 3 выполнен второй ряд щелевых радиальных каналов 4, расположенных под перегородкой 12.

Перегородка 12 выполнена с осевым отверстием Л, в котором свободно размещен стержень 13, один верхний конец которого сочленен с ограничителем- 14, на нижней стороне которого выполнены пазы М, а второй конец стержня выполнен в форме конуса 15, на котором выполнена кольцевая канавка 16 под уплотнительное кольцо 1 7„ Клапан содержит цангу 18, жестко сочлененную резьбой с втулкой 3,

захваты 19 которой размещены в нижней кольцевой проточке 7 корпуса 1 и заглушки 20, размещенные во внешней ступени (большего сечения) отверстий вставки 2, которые одной стороной взаимодействуют с торцом 6, образованным ступенью большего сечения со степенью меньшего сечения, а вторая сторона заглушек уплотнена элас- д тичиой манжетой 21, прилегающая сторона которой плоская, а наружная вогнута.

При взаимодействии нижнего торца второй ступени втулки 3 с нижним тор- 15 цом Б| кольцевой проточки А внутренняя полость 0 осевого канала корпуса и нижней ступени втулки под перегородкой 12 гидравлически связана кольцевым зазором, образованным внутренней 20 поверхностью отверстия Л, наружной поверхностью стержня 13 и пазами М, с внутренней полостью первой ступени и осевого канала в верхней части корпуса 1 и гидравлически связана верх- 25 ним рядом радиальных каналов И и дву- кя окнами Д { и Д с кольцевой полостью П, образованной поверхностью кольцевой проточки А и наружной поверхностью втулки 3, две замкнутые 30 полости Р| и Р, образованные внутренней поверхностью ступени малого сечения вставки 3, внутренней стороной заглушек 20 и наружной поверхностью верхней ступени втулки 3, ограниченной уплотнительными. кольцами 7 и 8, размещенными в канавках 4 и 5, изолированы от внешнего пространства и полости труб и находятся под атмосферным давлением.4Q

При взаимодействии кольца 11 с торцом Б кольцевой проточки А (фиг02) захваты 19 цанги 18 размещаются в верхней кольцевой проточке 7, окна 4.и Д верхней ступени размещаются ., напротив радиальных каналов B,j и Вйо Канавки 4 и 5 с уплотнительными кольцами 7 и 8 размещаются выше радиальных каналов В( и В, замкнутые поости Р( и РЈ разгерметизируются и -л гидравлически связаны с внутренней олостью корпуса 1 и полостью труб, но остаются изолированными от внешей среды заглушками 20 с манжетаи 21 о Нижний конический конец стержя 13 взаимодействует кратковремено наружной конусной поверхностью с онусной поверхностью нижнего конца тверстия Л перегородки 12„ Каналы

35

55

д

5 0 5 0 Q

, л

5

5

4 размещаются выше нижнего торца Б кольцевой проточки А корпуса 1 и полость О осевого канала корпуса и втулки, ограниченная внутренней поверхностью третьей ступени втулки 3, нижним торцом перегородки 12 и нижним торцом (основанием) кон.уса 15 стержня 13, гидравлически связана нижним рядом каналов 4 с кольцевой полостью П и внутренней полостью первой ступени втулки 3 продольными пазами и верхним рядом каналов М, а отверстие Л в перегородке 12 герметично перекрыто конусом 15 с уплотнителъным кольцом 17 о

С момента перемещения втулки 3 из нижнего положения в верхнее крайнее, когда нижний ряд каналов 4 оказывается выше торца Б| кольцевой проточки А, а давление в полости Рх и Рл становится равным или близким давлению в полости О и давлению в кольцевой полости П, конус 15 стержня 13 под действием силы тяжести смещается в крайнее нижнее положение, после чего полость 0 сообщается с полостью Р и Рл также кольцевым зазором, образованным внутренней поверхностью отверстия Л, наружной поверхностью стержня 13 и пазами М ограничителя 14 о

Клапан работает следующим образом

Клапан 22 циркуляционный устанавливают в компоновке испытательного оборудования (фиг0 7) над запорным клапаном поворотного действия 23 через две, три трубы 24„

Втулка 3 (фиго 1) находится в крайнем нижнем положении, радиальные каналы В и В с наружной стороны перекрыты манжетами 21 и заглушками 20, а с внутренней стороны - первой ступенью втулки 3 с уплотнительными кольцами 7 и 8 в канавках 4 и 50 За- хваты 19 цанги 18 размещены в нижней кольцевой проточке Г« Уплотнительное кольцо 9 в канавке 6 размещено ниже кольцевой проточки А, а щелевые каналы И второй ступени втулки 3 находятся выше нижнего торца Б кольцевой проточки А. Перегородка 12 втулки 3 находится ниже кольцевой проточки А„ Полость О осевого канала под перегородкой 12 сообщается с полостью осевого канала первой ступени втулки 3 над перегородкой по кольцевому зазо- РУ, образованному отверстием Л в перегородке 12 и стержнем 13 и по пазам М в ограничителе 14 Замкнутые полости Р и РЛ, образованные внутренней поверхностью вставки 2, изолированы от скважинного пространства с наружной стороны заглушками 20 и манжетами 21, ас внутренней - наружной поверхностью первой ступени втулки 3 с уплотнительными кольцами 7 и 8, которые находятся под атмосферным давлением В таком положении клапан опускается в скважину в компоновке испытательного оборудования

В процессе спуска испытателя пластов в скважину радиальные каналы В,| и В клапана 22 с наружной стороны перекрыты заглушками 20 и манжета Mi 21, а от действия давления в полости труб - первой ступенью втулки 3 с уплотнительными кольцами 7 и 8„

После установки пакера 25 в заданном интервале открывается впускной клапан испытателя пластов 26 и в трубы 27 и 24 с высокой скоростью поступает жидкость из-под пакерного пространства и пласта за счет перепада давления, равного заданной депрессии „ 0 г гидравлического удара потока жидкости, поступающей в трубы стержень 13 (фиг„ 2) перемещается в верхнее положение до полного контакт конуса 15 с конусной поверхностью отверстия Л перегородки 12, при этом отверстие Л герметично перекрывается конусом 15 с уплотнительным кольцом 17, и энергия движущейся жидкости в трубы воздействует на конус 15 и перегородку 12, вследствие чего втулка 3 перемещается в крайнее верхнее положение. Кольцо 11 выполнено из мякого металла и смягчает удар торца второй ступени втулки 3 о торец Б кольцевой проточки А, Первая ступень втулки 3 с канавками 4 и 5, в которы размещены кольца 7 и 8, перемещается вверх на величину свободного хода втулки. Окна Д и Д оказываются против радиальных каналов В и В2, а радиальные каналы К и И размещаются в кольцевой проточке А, т.е полости над и под перегородкой сообщаются через кольцевую полость П и каналы К и И. Захваты 19 цанги 18 перемещаютс в верхнюю кольцевую проточку Г, с этого момента втулка фиксируется в крайнем верхнем положении.

Далее пластовая жидкость поступает в полость труб 28 о Камеры ат

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мосферного давления Р и Р, в радиальных каналах В и В сообщаются с осевым каналом клапана и полостью труб, но остаются изолированными от затруб- ного пространства заглушками 20 в процессе испытания пласта, независимо от количества циклов испытания. Манометры 29 и 30 регистрируют кривую восстановления давления После записи кривой восстановления давления одного или нескольких циклов за- порно-поворотный клапан 23 остается закрытым и давление в трубах 27 под клапаном равно пластовому, а над запорным клапаном 23 давление в трубах 24 равно весу столба залитой и поступившей из пласта жидкости.

После окончания цикла испытания пласта снимается с места пакер 25, впускной клапан испытателя пластов 26 закрывается, замкнутая полость труб 27 под запорным клапаном и над испытателем пластов остается под соким давлением (пластовым) ,

Для вытеснения поступившей нефти или пластовой воды из полости труб над запорным клапаном необходимо обеспечить обратную циркуляцию,, С этой целью полость труб через устьевую головку заполняют промывочной жидкостью и создают в трубах давление, величина которого больше гидростатического давления (г0ст0), с помощью цесентировочного агрегата. Для обеспечения обратной циркуляции в этом случае не требуется создавать значительное избыточное давление в трубах для среза шпилек или диафрагм Заглушки 20 с манжетами

21выпадают в затрубное пространство, и полость труб, находящаяся вы- ° ше клапана 22, сообщается с затруб- ным пространством. После этого промывочную жидкость закачивают в затрубное пространство, которая поступает через каналы В4 и В2 клапана

22в полость труб 28 и вытесняет нефть или пластовую воду в специальную емкость

После окончания вытеснения пластовой воды или нефти из труб продолжают подъем компоновки испытательного оборудования После подъема из скважины циркуляционный клапан разбирают, проверяют состояние сопрягаемых поверхностей корпуса 1 и втулки 3, уплотнительных колец 7-9 и 17 Затем в отверстия В4 и В устанавливаются новые заглушки 20 с манжетами 21, втулка 3 устанавливается в крайнее нижнее положение, производится опрессовка клапана внутренним избыточным давлением и клапан готов к работе о

Радиальные каналы В и В2 циркуляционного клапана могут перекрываться срезными диафрагмами 31, закреп- ленными гайками 32 (фиг0 3-5) Применение клапана в данном варианте обеспечивает возможность поднимать трубы, заполненные жидкостью, до устья скважины и отбирать пробы жидкоети из труб (при условии, когда в трубы поступили пластовая вода или фильтрат)о

Для обеспечения обратной циркуляции в этом случае создается избыточ- ное давление (в полости труб) буровым насосом или цементировочным агрегатом, величина которого составляет 5-10 МПа.

Первый (фиго 1 и 2) и второй (фиг„ 3 и 5) варианты исполнения клапана надежны и удобны в эксплуатации. Первый вариант наиболее удобен при испытании скважин с высоким статическим давлением 100-120 МПа и в сква жинах с аномально высоким пластовым давлением, так как заглушки 20 после перемещения втулки 3 в верхнее положение и заполнения полости труб жидкостью до устья становятся гидравли- чески уравновешенными и выпадают в затрубное пространство от незначительного перепада давления0 В этом случае нет необходимости в создании избыточного давления в полости труб0 Для удобства в эксплуатации клапан необходимо компоновать двухступенчатыми вставками 2, заглушками 20, манжетами 21 и, в то же время, диафрагмами 31 и гайками 32,

Клапан предлагаемой конструкции (фиг„ 6) выполняет функции редукционного и перепускного, в зависимости от места его установки в компоновке испытательного оборудования, радиаль- ные каналы его снаружи перекрываются подпружиненндай клапанами, включающими седло 33, в котором установлен подпружиненный тарельчатый клапан 34, пружину сжатия 35, закрепленных пер- форированной гайкой 36„ При установке предлагаемого клапана над запорным

клапаном 23 он выполняет функции перепускного, при этом во всех радиальных каналах для обеспечения пропуска через них большого объема жидкости установлены подпружиненные клапаны. При установке предлагаемого клапана под запорным клапаном 23 над испытателем пластов он выполняет функции редукционного клапана и обеспечивает выравнивание давления в замкнутой полости труб между запорным клапаном и испытателем пластов с давлением в затрубном пространстве в процессе подъема испытательного оборудования из скважины, при этом часть радиальных каналов В можно изолировать заглушками 37, так как переток жидкости через каналы незначителен Формула изобретения

Клапан для испытателя пластов, содержащий корпус с уплотнительными элементами и осевым и радиальными каналами и втулку, концентрично размещенную в осевом канале с возможностью осевого перемещения и перекрытия радиальных каналов, отличающий с я тем, что, с целью повышения надежности в работе клапана и расширения функциональных возможностей за счет использования его с испытателями пластов, спускаемыми на трубах разного диаметра при разном устьевом оборудовании, он снаб жен цангой, захваты которой размещены в осевом канале корпуса над радиальными каналами, которые гидравлически изолированы от внешней среды и полости труб, а втулка образует с внутренней поверхностью корпуса кольцевую камеру и выполнена трехступенчатой, средняя из которых имеет больший диаметр, чем верхняя и нижняя, причем верхняя ступень втулки связана с цангой и имеет диаметрально расположенные окна, при этом средняя и нижняя ступени втулки имеют радиальные каналы, а средняя ступень втулки на верхнем торце выполнена с кольцом из мягкого металла, которое связано штифтами с верхней ступенью и имеет в осевом канале перегородку со сквозным отверстием и свободно размещенным в нем стержнем, нижний конец которого выполнен в виде диска, а верхний имеет ограничительо

О

Фм.З

ГМ Cxi Ш 0 см VO

R C S Ј4 53 « P5 «о сГй цэзс en sc

о

19

Изобретение относится к горной пром-стио Цель - повышение надежности работы клапана и расширение функциональных возможностей за счет использования его с испытателями пластов Для этого клапан имеет цангу 18, захваты 19 которой размещены в осевом канале корпуса 1 над радиальными каналами,, Последние гидравлически изолированы от внешней среды и полости труб„ В осевом канале концентрич- но размещена выполненная трехступенчатой втулка (В) 3, образующая с внутренней поверхностью корпуса коль

Фи&б

Составитель А„Симецкая Редактор И.Дербак Техред Л.СерДюкова Корректор Л.Патай

Заказ 420 Тираж 355Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ФиеЛ