Запорный клапан для испытателя пластов Советский патент 1991 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к оборудованию для испытания пластов в бурящихся и законченных бурением как вертикальных, так и наклонно направленных скважинах.

Целью изобретения является повыше- ние надежности работы клапана за счет исключения разрушения диафрагмы при спуске клапана в скважину, возможности необходимой записи кривой восстановления давления (КВД) и отбора герметизированных проб пластового флюида при испытании глубоких и наклонно-направленных скважин.

На фиг. 1 показан клапан в открытом положении, общий вид; на фиг. 2 - то же, в закрытом положении; на фиг. 3 - схема компоновки испытательного оборудования в скважине; на фиг. 4 - вид клапана, поднятого из скважины при переводе пробы флюида в контейнер.

Клапан содержит корпус 1, концы которого соединены с переводниками 2 и 3, в которых выполнены кольцевые про точки А, AI и радиальный канал Б в переводнике 2, диафрагму 4, втулку 5 с наружными кольцевыми выступами 6, 7 с перегородкой 8 в осевом канале, с полостью В над перегородкой, с полостью Г под перегородкой, с радиальными каналами Д над перегородкой, каналами Е, выполненными ниже полости Г с уплотнениями 9, 10 на наружной поверхности обоих концов втулки, размещенных в кольцевых канавках, с отверстием Ж в перегородке 8. На внутренней поверхности отверстия Ж размещено уплотнительное кольцо 11. Шток 1 с резьбой на верхнем конце выполнен со сквозным осевым каналом 3 и радиальным каналом И жестко связан с выступом 13.

Втулка 5 концеитрично установлена в корпусе 1. Наружный кольцевой выступ (диск) 13 выполнен с отверстиями К, расположенными вокруг штока 12. Кольцо 14, размещенное в полости В, выполнено из мягкого металла. Плунжер 15с двумя уплот- иительными кольцами 16, 17 размещен в полости Г под выступом 13 и жестко связан с ним, выполнен в виде гладкой втулки.

Фиксатор выполнен из двух колец: верхнее кольцо 18, взаимодействующее с нижним торцом плунжера 15, выполнено с двумя пазами Л на внутренней поверхности с радиальными отверстиями М в пазах, а второе кольцо 19 выполнено с выступами Н на внутренней поверхности и двумя упорами 20 на выступах, концы которых размещены в пазах Л кольца 18. и на концах упоров 20 выполнены радиальные каналы О под

срезные элементы 21, вторые концы которых размещены в радиальных каналах М.

Стакан 22, выполненный с массивным дном 23, с двумя окнами П , расположенными одно против другого, с уплотнитель- ными кольцами 24, 25, 26, размещенными в кольцевых канавках на наружной поверхности, с глухим отверстием Р под сочленение с верхним концом штока 12, с отверстиями

0 С на нижних полках 27 окон П Hi, подвижно размещен в осевом канале переводника 2 и жестко связан дном 23 с верхним концом штока 12.

Стакан 28 (нижний), выполненный с на5 ружным кольцевым выступом 29, с отверстиями (или пазами) Т вокруг стакана, с уплотнительным кольцом 30 на внутренней поверхности со стороны открытого конца, размещенного в кольцевой проточке, кон0 центрично размещен в осевом канале переводника 3, а кольцевой выступ 29 размещен неподвижно на торце кольцевой проточки AI переводника 3. Нижний конец штока 12 размещен в открытом конце стакана 28 с

5 возможностью осевого и кругового перемещения.

Прокладки 31 выполнены по форме полок окон П, П1 стакана 22, размещены на указанных полках над отверстиями С.

0 Кольцевая полость У, образованная внутренней поверхностью корпуса 1, наружной поверхностью втулки 5, торцами кольцевой проточки сообщается с полостью Ф каналами Т и с полостью X каналами Д. Полость Ц

5 (при установке диафрагмы), образованная внутренней поверхностью радиального канала Б, торцом диафрагмы 4, наружной поверхностью стакана 22, находится под атмосферным давлением. Полость Ч стака0 на 28 гидравлически связана с полостями 8 и X каналами 3, И, С.

Компоновка испытательного оборудо-вания, представленная на фиг. 3, содержит запорный клапан 32, пакер 33, испытатель

5 пластов 34, трубы 35, 36, 37, манометры 38, 39, груз-шток 40 (фиг. 2), устройство для разгерметизации полостей компоновок испытательного оборудования.

Клапан работает следующим образом.

0 В открытом положении (фиг. 1) плунжер 15 жестко связан с диском 13, верхний стакан 22 жестко связан со штоком 12, находится в крайнем верхнем положении, окна П, П1 размещены против радиальных каналов Д,

5 прокладки 31 размещены на полках окон П, Пт, перекрывая отверстия С, исключают попадание осадка под дно 23 стакана 22, радиальные каналы Д, Е втулки 5 открыты. Выступ 13, жестко связанный с плунжером 15, верхним торцом взаимодействуете нижней стороной перегородки 8, Верхний конец штока 12 с радиальными каналами И размещен в полости В втулки 5 над перегородкой, второй конец (нижний) штока 12 размещен в верхней части полости Ч стакана 28. Осеаой канал 3 в штоке 12 гидравлически связывает внутреннюю полость Ч стакана 28 с полостью В, X втулки 5 над перегородкой через каналы И, С,

Уплотнительные кольца 24, 25 стакана 22 находятся в осевом канале корпуса: одно выше радиального канала Б, второе 25 ниже канала Б, кольцо 26 находится в осевом канапе втулки 5 выше радиального канала Д,

Уплотнительные кольца 16, 17, размещенное в кольцевых канавках плунжера 15, находятся выше радиальных каналов Е втулки 5.

Упоры 20 кольца 19 зафиксированы кольцом срезными элементами 21. а кольцо 13 жестго зафиксировано торцом нижнего конца втулки 5 и верхним торцом кольцевого выступа 29 стакана 28, нижний торец выступа 29 размещен на торче кольцевой проточки Д1 переводнике 3. Кольцо 14 находится в полости В втулки 5 на верхней поверхности перегородки 8.

Диафрагма 4 (оргстекло), зафиксированная гайкой, утолщенной частью перекрывает отверстие Б, которое обеспечивает прямую или обратную циркуляцию жидкости.

Клапан устанавливается в компоновке испытательного оборудования через 3-5 труб выше испытателя пластов (фиг. 3).

Количество труб от испытателя до клапана выбирается из условия, обеспечивающего исключение подъема шлама до клапана в процессе испытания пласта, и зависит от конкретных условий (чистоты труб, забоя скважины, промывочной жидкости и др.)

При создании заданной депрессии на пласт полость труб выше испытателя пластов предварительно заполняется до определенного уровня жидкостью. Клапан опускается в скважину на насосно-компрес- сорных трубах.

При достижении заданной глубины устанавливают пакер 33 (фиг. 3), открывается впускной клапан испытателя пластов 34, жидкость или газ из исследуемого пласта поступает в полость труб 35, 36, проходит через клапан 32 в трубы 37. Манометры 38 и 39 регистрируют кривую притока. Для записи кривой восстановления давления клапан 32 закрывают путем сброса в полость труб груз-штока 40 (фиг. 2), который, достигнув глубины установки клапана, ударяется о массивное дно 23 стакана 22 (фиг. 2).

Отудара груз-штока стакан 22, шток 12 с выступом 13 и плунжер 15 перемещаются

вниз, воздействуя на верхний тооец кольца 18, которое передает усилие на срезные элементы (штифты) 21. Штифты 21 срезаются, и плунжер 15, кольцо 18, шток 12 синхронно со стаканом 22 перемещаются в крайнее

0 нижнее положение.

Нижний торец стакана 22 опирается на кольцо 14 в полости В (см. фиг. 2), кольцо 18 опирается на выступы Н кольца 19. Упоры 20 размещаются в кольцевой полости Г, об5 разованной внутренней поверхностью плунжера 15 и наружной поверхностью штока 12. Нижний конец штока 12, размещенный с полости Ч стакана 28, перемещается вниз, а жидкость, находящуюся под торцом

0 штока 12, вытесняет в полости В и X по осевому и радиальному каналам 3 и И в штоке

Уплотнительные кольца 16, 17 на плун жере i5 размещаются одно ниже, а второе

5 вышз какала Е.

Окна П, Пт стакана 22 размещаются в полости В втулки 5 ниже каналов Д. Уплотнительные кольца 25, 26 на стакане 22 раз- мещгются одно ниже, второе выше

0 радиальных каналов Д.

Уплотнительное кольцо 24 стакана 22 размещается ниже радиального отверстия Б в переводнике 2. Кольцевая полость У, образованная внутренней поверхностью

5 корпуса 1, наружной поверхностью втулки 5, верхними и нижними торцами переводников 3 и 2, с этого момента с пробой пластового флюида изолирована от полости Ф осевого канала переводника 3 плунжером

0 15, а от полости X осевого канала перевод- кика 2 уплотнительными кольцами 25, 26 стакана 22.

Радиальные канал И в штоке 12 находится над перегородкой 8 втулки 5, что иск5 люиает сообщение полости Г с полостью В и X после закрытия клапана.

Жидкость, находящаяся во внутренней полости плунжера 15 под выступом 13, во время движения плунжера вниз перетекает

0 по отверстиям К в полость Г над выступом 13, что исключает гидравлический удар под плунжером 15 при движении его вниз при закрытии клапана.

С момента закрытия клапана 32 (см. фиг.

5 3) полость труб 35, 36, находящихся между, испытателем пластов 34 и клапаном 32, находится под давлением, величина которого равна пластовому давлению и изолирована от полости труб 37, размещенных над клапаном 32, Кольцевая полость У в клапане 32

(см. фиг. 2) изолирована от полости труб 37 и 35, 36 стаканом 22 и плунжером 15 и заполнена флюидом под давлением, величина которого равна давлению столба жидкости в полости труб 37 а конце притока. Полость Ц радиального канала Б в корпусе сообщается с полостью труб 37 (при установленной диафрагме см. фиг. Я), но остается изолированной от затрубного пространства диафрагмой 4. Если диафрагма 4 не установлена в клапане, при закрытии клапана 32 одновременно открывается радиальный ка нал Б, и в процессе регистрации КВД осуще- ствляется обратная циркуляция и вытеснение пластового флюида. 8 этом случает обеспечивается совмещение двух операций: регистраць КВД и вытеснение пластового флюида. Сигналом на поверхности о том, что груз-шток закрыт клапан 32 и открыл радиальный клапан Д я ляется положение статического уровня на устье в скважине, который начинает снижаться при перетоке скважинной жидкости в полость труб 37 через радиальный канал Б за счет разности уд, весов. После перемещения в крайнее нижнее положение стакан 22, шток 12 и плунжер 15 остаются в нижнем положении, так как {идравлически уравновешены и на них отсутствует выталкивающее усилие от наличия перепада давления под клапаном 32 и в полости труб-37.

Манометры 38,39 регистрируют кривую восстановления давления.

После записи КВД (фиг. 3) пакер 33 снимают, впускной клапан испытателя пластов 34 закрывается, производят подъем инструмента, полость труб 35, 38 находится под избыточным давлением, равным пластовому, а кольцевая полость У клапана 32 находится под избыточным давлением, величина которого равна весу ст олба жидкости в трубах 37 над клапаном в конце притока в момент закрытия клапан,,

Для освобождения полости труб 37 от пластового флюида срезается диафрагма 4 (фиг. 2} избыточным давлением в трубах и обратной циркуляцией вытесняют нефть или пластовую воду в специальную емкость.

Полость труб 35, 36 под клапаном 32 выше испытателя пластов 34 остается иод избыточным давлением.

Устройство 41 для разгерметизации полостей в компоновках испытательного obo- рудбвания, установленное под запорным клапаном 32, закрыто. При подъеме инструмента из скважины давление в трубах 35, 36 под клапаном сохраняется избыточное. После подъема клапана н,з скважины из него удаляют груз-шток 40, на устье скважины к устройству 41 подсоединяют трубку высокого давления с манометром и, разгерметизируя замкнутую полость труб 35. 36, переводят пробу пластового флюида в контейнеры или канистры.

После того, как в полости труб 35, 36 давление будет равно атмосферному, отвинчивают от устройства 41 клапан 32 (фиг. 3)с герметизированной пробой в полости У (фиг. 2). Открытые концы верхнего и нижнего клапанов промывают водой. В муфту верхнего конца клапана 32 (фиг. $} навинчивают заглушку 42 с устройством 43 для перевода проб, а на нижний конец навинчивают заглушку 44 с краном 45 высокого .давления. На гладкий конец штока 46 устройства 43 устанавливают муфту 47 с уп- лотнительными кольцами 48, 49 на внутренней поверхности. К штуцеру 50 и крану 45 подсоединяют трубки 51, 52 высокого дзвления, к трубкам 51 подсоединяют ручной насос, к трубке 52 подсоединяют контейнер для проб флюида. С помощью насоса через трубку 51 заполняют полость Ф жидкостью (соленой водой). За маховик 53 вращают

шток 46, сочлененный с винтом 54 поршня 55.

Поршень 55 с винтом 54 перемещаются вверх относительно корпуса переводчика 2 совместно со стаканом 22, штоком 12 и

плунжером 15, так как защелки 56 за торцы окна П, П-| зафиксированы со стак-аном 22, Радиальные каналы Д, Е втулки 5 приоткрываются. При подаче жидкости в полость Ф калана 32 при открытых каналах Е и Д втулки 5 пластовый флюид вытесняется из кольцевой полости У в контейнер через окна П, П1 стакана 22, осевые каналы в поршне 55. штоке 48, штуцер 50 и трубке 52.

После освобождения полости У от пластового флюида клапан 32 промывают, производят полную разборку, визуально проверяют состояние уллотнительных колец и состояние сопрягаемых поверхностей всех деталей, негодные детали заменяют.

Сборка клапана производится в обратной последовательности. Подготовленный к работе клапан проверяется на герметичность созданием избыточного давления в полости Ф при открытом верхнем конце клапана,

затем в полости X при открытом нижнем конце клапана.

Формула изобретения

1. Запорный клапан для испытателя пластов, содержащий полый корпус, связанный с нижним и верхним имеющим радиальный канал i переводниками i, жестко установленную в корпусе втулку с осевым «каналом, перегородкой и радиальными каJ7

flto.J

носаеа

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к оборудованию для испытания пластов в скважинах. Цель - повышение надежности работы клапана за счет исключения разрушения диафрагмы при спуске в скважину, возможности необходимой записи КВД и отбора герметизиро- вэнных проб пластового флюида при испытании глубоких и наклонно направленных скважин. Запорный клапан для испытания пластов включает корпус 1. концы которого соединены с переводниками (П) 2. 3. диафрагму 4, втулку 5. Последняя выполнена с наружными кольцевыми выступами 6, 7 с перегородкой 8 в осевом канале. В верхнем П 2 установлен с возможностью перекрытия его радиальных каналов и радиальных каналов втулки 5 под перегородкой стакан (С) 22. При этом С 22 выполнен на боковой поверхности в нижней частот с диаметрально расположенными окнами. Другой С 28 установлен в нижнем П 3, жестко связан с ним и выполнен на наружной поверхности с кольцевым выступом 29, имеющим осевые каналы с уплотнением на внутренней поверхности под шток 12. Нижний конец штока 12 размещен в С 28. а верхний - жестко связан с дном С 22. Выступ 13, жестко связанный с плунжером 15. верхним торцом взаимодействует с нижней стороной перегородки 8. Диафрагма 4 утолщенной частью поворачивает отверстие Б, которое обеспечивает прямую или обратную циркуляцию жидкости. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. О СП ю о со ч