Циркуляционно-заливочное устройство для испытания скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно, к оборудованию для испытания нефтяных и газовых скважин,

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за смет возможности обеспечение заданной депрессии на пласт без разрушения слагающих его пород.

На фиг.1 показано устройство при спуске заданного уровня заливаемой жидкости в трубы; на фиг.2 - то же, в закрытом положении после достижения планируемого уровня жидкости в трубах; на фиг.З - то же. дифференциальный поршень находится на втором уровне контакта с запорной втулкой; на фиг.4 - то же, запорная втулка находится в крайнем верхнем положении.

Устройство состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с осевыми и радиальными каналами А, дифференциальной запорной втулки 2 с радиальными ступенчатыми каналами Б и осевым каналом В, обратного клапана 3 с осевым центральным каналом; перекрывающего радиальные каналы Б фиксатора 4. встроенного в нижнюю часть запорной втулки 2, гидроцилиндра 5 с дросселирующими радиальными входным каналом Г и выходным каналом Д, а также размещенным в его камере дифференциальным поршнем 6. Осевой центральный канал в обратном клапане расположен соосно осевому каналу втулки 2.

В компоновке испытательного оборудования устройство устанавливается над за- порно-поворотным клапаном через 1-2 свечи и опускается в скважину так, как оно изображено на фиг.1.

Устройство работает следующим образом.

При спуске инструмента в скважину запорная втулка 2 находится в нижнем крайнем положении - ее радиальные каналы Б совмещены с радиальными каналами А корпуса 1 и закрыты обратным клапаном 3, дифференциальный поршень б находится в крайнем нижнем положении относительно гидроцилиндра 5,а шток дифференциального поршня в контакте с нижней поверхностью выточки запорной втулки 2(первый уровень). Фиксатор 4 удерживается в сжатом положении штоком дифференциального поршня 6.

После присоединения секции (свечи) бурового инструмента и последующего спуска ее подуровень жидкости, обратный клапан 3 потоком жидкости, поступающей из за- трубного пространства по совмещенным радиальным каналам А и Б. гнжимается

вверх и жидкость поступает в трубы до их полного заполнения

При достижении заданного уровня жидкости спуск инструмента прекращают, в

связи с чем исчезает переток жидкости из затрубного пространства в трубы, обратный клапан 3 садится в верхнюю выточку и перекрывает радиальные каналы Б запорной втулки 2. К муфте последней трубы присое0 диняется ведущая труба (квадрат) и насосом в трубах создается избыточное давление, под действием которого дифференциальный поршень 6 перемещается в крайнее верхнее положение и. воздействуя своим

5 штоком на запорную втулку 2, заставляет перемещаться ее вверх на величину, равную длине рабочего хода дифференциального поршня 6 (фиг.2). В этом промежуточном положении запорная втулка 2 фиксируется

0 любым известным способом так, что ее перемещение в нижнее положение становится невозможным, но не исключает ее перемещение вверх. В результате перемещения запорной втулки 2 в промежуточное

5 положение ее радиальные каналы Б изменят свое положение относительно радиальных каналов А корпуса 1 и разобщается между собой уплотнительными кольцами. В таком положении поступление жидкости из

0 скважины в трубы становится невозможным и дальнейший спуск инструмента до забоя происходит с достигнутым уровнем жидкости.

При эгом давление жидкости в затруб5 ном пространстве увеличивается, а давление в трубах остается постоянным и в момент, когда усилие, действующее на кольцевую поверхность поршня 6 от давления жидкости в затрубном пространстве, посту0 лающей по каналу Д, превысит усилие от давления жидкости в трубах, действующее на нижнюю торцовую поверхность поршня 6. он переместится в крайнее нижнее положение (фиг.З). Шток диффг ренциального

5 поршня 6 освободит фиксатор 4, и он под действием пружины переместится в крайнее левое положение, чем ограничит свободный ход дифференциального поршня 6 вверх. Таким образом, осуществляется вто0 рой уровень контакта запорной втулки 2 с торцовой поверхностью штока дифференциального поршня 6.

После окончания работ при подъеме инструмента до уровня жидкости в трубах

5 вновь возникает необходимость соединения затрубного пространства с трубным. Для чего к муфте последней трубы присоединяется ведущая труба, насосом создается избыточное давление в трубах. Дифференциальный поршень 6 под действием усилия

от этого давления переместится вверх и своим штоком, находящимся в контакте с фиксатором 4, как это показано на фиг.4 заставит переместиться запорную втулку 2 в крайнее верхнее положение, где она зафиксируется любым известным способом В этом положении нижняя торцовая поверх ность запорной втулки 2 окажется выше радиальных отверстий А корпуса 1 и жидкость из труб может свободно перетекать в ээ- трубное пространство.

В процессе спуска бурового инструмента при его посадках на роторе возникают значительные тормозные ускорения, обуславливающие образование кратковременных (не более 5 с) импульсов давления, достигающих значительных величин (60 атм и более), которые, воздействуя на дифференциальный поршень 6, могут переместить его и запорную втулку 2 в крайнее верхнее положение и тем вызвать преждевременный срыв программы по исследованию скважин. Для исключения воздействия на исполнительный механизм устройстйа кратковременных импульсов давления,возника ющих в трубах при спуске инструмента входной канал Г и выходной канал Д гидроцилиндра выполнены дросселирующими. отсекающими положительную составляющую импульсов давления Объясняется это тем, что здесь происходит падение давления и тем больше, чем меньше площадь поперечного сечения каналов и чем выше величина расхода жидкости через них.

Для определения перепада давления ( Л Р) выбирают длину рабочего хода дифференциального поршня L, равную 100 мм, а его наибольший диаметр D равен 50 мм (фиг.2). Отсюда объем жидкости (V), поступающей под дифференциальный поршень, равен 200 см3. Так как длительность импульсов давления (t) равна 5 с, то расход жидкости (Q) за этот отрезок времени можно найти из выражения

Q Y 40см3/с(4.105м3/с).

Затем находят скорость потока жидкости, истекающей через дросселирующий канал, принимая, что длина канала равна 100 мм, а его диаметр (d) равен 1 мм:

-

V

4 XQ

50.93 м/с

П Xd2 Определяют число Reo V Xd

ReD

рж

50910 5,091-Ю4

где Ур.ж. - кинематическая вязкость рабочей жидкости равна 0,01 Ст (см2/с)

Так как найденное значение R Рм лгжт в области 4000 RPr 1000 тодляопреде ления коэффициента гидравлического m противления А используют пыражение полученное Альшгулем

А -0,1 Х(

1 46 X k-,.

i. 10° V +

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

где кЭк - коэффициент шероховатости

Для круглых труб, изготовленных из ст.чли. Кэк лежит в области (1-2) 10 м. отсюда Я - 0,0392 Находят Л Р из выражения Дарси Вей

сбаха

2

X I- 6100770 Па(61.01атм). 2. X О

Несмотря на то, что не принимают и расчет падение давления на входе и выходе, из канала тем не менее полученная величи на Л Р полностью удовлетворяет тем yr.no виям, с которыми при спуске циркуляционно-з.эливочного устройства мо жет встретиться его исполнительный моха низм (дифференциальный поршень) В то-, немногих случаях когда превышение длнле ния Л Р на входе будет больше чем 60 атм то это избыточное давление поосится в ны ходном канапе Д гидроцилиндра.

Ф о р м v л п изобретения

Циркуляционно-заливочное устройство для испытания скважин, содержащее ци линдрическии полый корпус с осевым и радиальными каналами, в котором установлен0| дифференциальная запорная втулка с основным каналом и фиксатором, гидроцилиндр с камерой, в которой установлен дифференциальный поршень, отличающее с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет возможности обеспечения заданной депрессии на пласт без разрушения слагающих его пород, оно снабжено обратным клапаном, установленным в корпусе над дифференциальной запорной втулкой и выполненным с центральным осевым каналом, расположенными соосно осевому каналу запорной втулки которая выполнена со ступенчатыми радиальными каналами в верхней части для сообщения радиальных каналов корпуса с его полостью над обратным клапаном при спуске устройства до заданного уровня, гидроцилиндр размещен в нижней части корпуса и выполнен с радиальными дросселирующими каналами для сообщения камеры гидроцилиндра под и над поршнем соответственно с полостью корпуса вод запорной втулкой и пространством за ним, а обратный клапан установлен с возможностью

перекрытия ступенчатых радиальных кана-при ее перемещении в крайнее верхнее полов дифференциальной запорной втулки ложение.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для испытания нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повышение надежности в работе за счет возможности обеспечения заданной депрессии на пласт без разрушения слагающих его пород. В корпусе 1 над дифференциальной запорной втулкой 2 установлен обратный клапан 3 с осевым центральным каналом Последний расположен соосно с осевым центральным каналом втулки 2, которая выполнена с радиальными ступенчатыми каналами в верхней части для сообщения радиальных каналов корпуса 1 с его полостью над клапаном 3 при спуске устройства до заданного уровня. В нижней части корпуса 1 размещен гидроцилиндр 5 с радиальными дросселирующими каналами. Последние сообщают камеру гидроцилиндра 5 под и над поршнем б соответственно с полостью корпуса 1 под втулкой 2 и пространством за ним. Клапан 3 установлен с возможностью перекрытия радиальных каналов втулки 2 при ее перемещении в крайнее верхнее положение Для исключения воздействия на исполнительный механизм устройства кратковременных импульсов давления, возникающих в трубах при спуске инструмента, входной и выходной каналы гидроцилиндра 5 выполнены дросселирующими, отсекающими положительную составляющую импульсов давления.4 ил со С о ел N СП о CJ