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

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для испытания пластов на трубах.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства при многократных открытых и закрытых периодах испытания.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид в разрезе; на фиг.2 - то же, в открытом периоде испытания; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид Б на фиг.1; на фиг.5 - схема компоновки устройства; на фиг.6 - то же, после пакеровки.

.Устройство для испытания пластов содержит приемный шаровой клапан А (узел А), уравнительный клапан с механизмом управления приемным и шаровым уравнительным клапанами Б (узел Б); гидравлическое

реле времени В (узел В); присоединительный переводник Г (узел Г).

Узел А включает в себя цилиндрический корпус 1 с конической присоединительной резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней части. В верхней части корпус 1 снабжен упорным седлом 4, установленным в цилиндрической стойке 5 с радиальными отверстиями 6. Внутренняя осевая полость стойки 5 образует начало прямоточного осевого канала 7 устройства. В нижней части корпуса 1 имеются каналы 8, расположенные по окружности утолщенной нижней части 9 корпуса 1 Во внутренней цилиндрической полости корпуса 1 подвижно установлена вилка 10, снабженная в верхней части открытыми пазами 11. Нижняя часть вилки заканчивается цилиндОО О)

ю

О)

рическим штоком 12 с золотниковым клапаном, образованным радиальными каналами 13, уплотнительными элементами 14 и 15 и осевым каналом Е. В утолщенной нижней части 9 корпуса 1 выполнен осевой канал диаметром, равным диаметру штока 12,

Во внутренней цилиндрической расточке вилки 10 подвижно (относительно этой вилки) установлен стакан 16с уплотнением 17. Стакан 16 жестко зафиксирован в про- точке 18 корпуса 1. В стакане 16 с пружиной 19 установлено нижнее седло 20 с уплотнительными элементами 21 и 22.

Между верхним 4 и нижним 20 седлами установлен шар 23 с осевым каналом 24. Шар 23 выполнен с торцами М и N, на которых жестко и противоположно установлены цилиндрические выступы 25 и 26.

Канал 7 в корпусе 1, осевой канал 24 шара 23 и осевой канал Е в штоке 12 вилки 10 образуют прямоточный полнопроходный канал приемного шарового клапана А.

Узел Б включает в себя цилиндрический корпус 27, снабженный соединительными резьбами 28 в верхней и нижней частях, Нижняя часть корпуса 27 жестко свинчена с корпусом 29 уравнительного клапана. Корпус 29 имеет цилиндрический канал 30, который несколько ниже радиально увели- чивается до посадочного гнезда 31. Ниже расточки 31 корпус 29 снабжен радиальными отверстиями 32, резьбой 33 и уплотнением 34 в утолщенной части, Внутри корпуса 27 расположен цанговый захват 35, подпру- жиненный пружиной 36. В верхней части цанговый захват 35 жестко свинчен со штоком 12, а в нижней части телескопически соединен с полым штоком 37. Шток 37 в верхней части снабжен уплотнением 38, кольцевым выступом 39 с рабочим торцом 40. В средней части шток 37 имеет радиальные отверстия 41, кольцевой выступ 42, переходящий в выступ 43, с уплотнением 44, ниже которого его диаметр ступенчато уменьшается до выступа 45.

Нижняя часть штока 37 через уплотнение 34 входит в полость реле времени В и жестко соединяется с полым штоком реле времени В. Внутри шток 37 имеет полнопро- ходной осевой канал 46.

В средней части штока 37 по увеличенному диаметру установлен уравнительный клапан, включающий дифференциальную гильзу 47 с наружным колцьевым уплотне- нием 48 и внутренним уплотнением 49 в месте, где внутренний диаметр дифференциальной гильзы 47 соответствует диаметру выступа 45 штока 37. Такая ступенчатая конструкция штока 37 в средней его части вместе с дифференциальной гильзой 47 образуют атмосферную камеру 50.

Уравнительный клапан вместе со штоком 37 может перемещаться в осевом направлении на величину хода с, а шток 37 - на величину хода Ь, причем, вход b ограничивается торцами 51 и 52 и больше хода с на 20-25%. Далее шток 37 после перемещения на величину хода b может дополнительно перемещаться вместе со штоком 12 на величину хода а, при этом величина хода а меньше величины хода с на 20-25%.

Узел В содержит корпус 53 с верхней и нижней присоединительными резьбами. Во внутренней цилиндрической полости корпуса 53 установлен разделительный кольцевой поршень 54 с наружным уплотнением 55. Внутри поршня имеются каналы гидравлического сопротивления с установленными в них стержнями 56, Торцы поршня 54 закрыты тарельчатыми клапанами 57 и 58, наружные поверхности которых взаимодействуют с кольцевыми выступами 59 и 60.

Корпус 53 в верхней части снабжен шли- цевыми каналами 61. Вся полость корпуса 53 заполнена тормозной жидкостью 62. Для поддержания внутри корпуса 53 давления, равного давлению в затрубном пространстве скважины, и компенсации температурных расширений тормозной жидкости в нижней полости корпуса 53 установлен подвижно кольцевой плавающий поршень 63, снабженный уплотнительными кольцами 64 и 65.

Узел Г включает в себя корпус 66 с радиальным каналом 67. В нижней части корпус 66 находится в шестигранном телескопическом соединении с переводником 68. Переводник 68 жестко и герметично в верхней части соединен со штоком реле времени В, а в нижней с помощью резьбы 69 - с присоединительным переводником 70, снабженным конической резьбой 71. Нижние элементы 68 и 70 узла Г могут перемещаться в осевом направлении на величину хода Е, причем величина хода Е по абсолютному значению есть сумма хода b и а (т.е. е б + а).

Устройство включает в себя также колонку бурильных труб 72, переводник 73, раздвижной механизм 74, ясс 75, пакер 76, фильтр 77, хвостовик 78 с башмаком 79. Компоновка показана в открытом стволе 80 скважины с объектом 81 испытания,

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском в скважину все узлы А, Б, В, Г устройства должны быть герметично свинчены между собой и приведены в состояние согласно фиг.1. После спуска оборудования на заданную глубину до начала паке- ровки в устройстве под действием гидроста- тического давления в затрубном пространстве скважины происходит следующее: через каналы 32 оно действует на дифференциальную гильзу 47 и прижимает ее к кольцевому выступу 42 нижнего штока 37. Гидростатическое давление действует также через каналы 41, 46 и Е, создавая значительное прижимающее усилие на закрытый шар 23. В это время над шаром 23 в полости 7 действует внутритрубное давление, равное расчетной депрессии на пласт и по величине значительно меньшее гидростатического давления. Затем путем установки хвостовика 78 с башмаком 79 на забой скважины создается сжимающая нагрузка весом колонны бурильных труб 72 для пакеровки.

Под действием этой нагрузки раздвижной механизм 74 полностью сжимается. Усилие передается корпусам 1, 27,29,53, 66 устройства, которые с задержкой, благодаря реле времени В, начинают перемещаться вниз. При этом переводники 68 и 70, шток 37, дифференциальная гильза 47 уравнительного клапана остаются неподвижными, так как через нижерасположенные части компоновки пластоиспытательного оборудования опираются на пакер 76 с хвостовиком 78, установленный на забой скважины. По мере движения корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 устройства вниз дифференциальная гильза 47 герметично до упора заходит в посадочное гнездо 31 и перекрывает каналы 32 в корпусе 29 уравнительного клапана, пройдя полностью ход с. Этот момент времени соответствует закрытию уравнительного клапана, в результате чего полость затрубного пространства отсекается от полости прямоточного канала 46 и Е. Поскольку ход с на 20-25% меньше хода b торцы 51 и 52 штоков 12 и 37 в момент закрытия уравнительного канала не соприкасаются, что обеспечивает разделение во времени, закрытие уравнительного клапана Б и открытие шарового клапана 23, как это и предусматривает технология пластоиспытания объектов в скважине.

Дальнейшее перемещение корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 под действием сжимающей нагрузки ведет к следующему. Поскольку сжимающая нагрузка по величине значительно превышает усилие неуравновешенности на дифференциальную гильзу 47, движением корпуса устройства 29 она отделяется от упора 42 и вместе с корпусом начинает перемещаться вниз вдоль высту- поэ 43 и 45 штока 37, Далее, как только корпус устройства переместится на величину хода Б, торцы 52 и 51 захвата 35 и штока 37 сходятся, захват 35 захватывает под торец 40 кольцевой выступ 39 нижнего штока 37. В этот же момент времени поршень 54 с

уплотнением 55 входит в шлицу 61 корпуса 53 узла В и перестает тормозить ход корпусов 1, 27, 29, 53 и 66. С этого момента времени начинается быстрое перемещение корпусов 1, 27, 29, 53 и 66. В момент быст0 рого перемещения они проходят ход а вместе с шаром 23, седлом 20 при неподвижной вилке 10, при этом на участке движения шара по пазу 11 совмещаются каналы 8 и 13, что при наличии отверстий 6 обеспечивает

5 выравнивание давления над и под шаром 23 и позволяет через цилиндрические выступы 25 и 26 и нижние упоры паза 11 вилки 10 повернуть шар 23 на 90° и вывести его в открытое положение. Поскольку сумма длин

0 ходов а и b равна длине хода е ycf ройство приходит в состояние, как это показано на чертеже.

Указанное состояние устройства соответствует началу первого открытого перио5 да испытания. Подпакерная полость скважины через фильтр 77 хвостовика 78, через осевые каналы в яссе 75 и раздвижном механизме 74 сообщается с внутри- трубной полостью через прямоточный канал

0 Е, 24, 7 устройства. После завершения первого открытого периода бурильная колонна приподнимается на величину 50-55% рабочего хода раздвижного механизма 74. Однако вследствие того, что затрубное давление

5 больше внутритрубного давления в раздвижном механизме 74 возникает усилие, удерживающее его в сжатом положении. При работе раздвижного механизма 74 с предлагаемыми пластоиспытателями это

0 усилие регламентируется так, чтобы оно на 15-20 % было меньше усилия,необходимого для расцепления цангового захвата 35 от кольцевого выступа 39 штока 37, но достаточное для закрытия шарового клапана 23,

5 При соблюдении этих условий корпус 1 при подъеме бурильной колонны перемещается относительно замкнутых цанговых захватов 35 штоков 12, 37 на величину хода а, чего достаточно для закрытия шарового клапана

0 23. При этом величина подъема колонны бурильных труб на величину, даже кратно большую ходу а, не нарушит состояние элементов пластоиспытателя, так как этот вертикальный ход колонны скомпенсирован

5 раздвижным механизмом 74, ход которого примерно в 20 раз превышает ход а, что позволяет на поверхности уверенно управлять работой клапанов пластоиспытательного оборудования путем осевого перемещения колонны бурильных труб. В

дальнейшем путем перемещения колонны бурильных труб вверх и вниз выполняется необходимое число открытых и закрытых периодов испытания (обеспечивается мно- гоцикловость испытания), при этом уравнительный клапан Б остается закрытым так, как его суммарное смещение относительно штока 43 на величину (а + Ь)- с больше хода а, следовательно, при перемещении корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 на величину хода а кольцевой выступ 42 не соприкасается с дифференциальной гильзой 47 и не влияет на положение уравнительного клапана в позиции Закрыто.

После завершения программы испытания объекта колонну бурильных труб приподнимают на величину хода раздвижного механизма 74. Раздвижной механизм 74 полностью растягивается, регламентирование усилия растяжения прекращается, в результате усилием натяжения колонны бурильных труб цанговый захват 35 расцепляется от кольцевого выступа 39 торца 52, 51 телескопические соединения штоков 12 и 37 расходятся, кольцевой выступ 42 упирается в дифференциальную гильзу 47, которая затем выходит из гйезда 31. Отверстия 32, 41 гидравлически сообщаются. Это состояние соответствует открытию уравнительного клапана, все элементы пла- стоиспытателя приходят в состояние на фиг.1.

Подпакерная полость скважины сообщается с затрубной полостью, давление под пакером и над пакером выравнивается, производится снятие пакера и подъем оборудования на поверхность.

Формула изобретения Устройство для испытания пластов, содержащее соединенный с колонной бурильных труб цилиндрический корпус с осевым и радиальными отверстиями, установленные в нем подпружиненный приемный шаровой клапан с осевым каналом, уравнительный клапан с дифференциальной гильзой и механизмом управления им и приемным шаровым клапаном, гидравлическое реле времени с полым разделительным и плавающим поршнями и присоединительные переводники, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при многократных открытых и закрытых периодах испытания, механизм управления уравнительным и приемным

шаровым клапанами выполнен в виде телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы верхнего и нижнего штоков, причем верхний шток выполнен подпружиненным с цанговым захватом в нижней части и вилкой с пазами для поворота приемного шарового клапана в верхней части, а нижний шток имеет на наружной поверхности кольцевые выступы, один из которых расположен в верхней части для взаимодействия с цанговым захватом, а другой выполнен под радиальными каналами нижнего штока для взаимодействия с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, при этом нижний шток

своей нижней частью размещен в полости разделительного поршня реле времени.

t iW

«s

Изобретение относится к горной промышленности. Цель изобретения - повышение надежности в работе при многократных открытых и закрытых периодах испытания. Механизм управления уравнительным и приемным шаровым клапанами выполнен в виде телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы верхнего и нижнего штоков. Верхний шток выполнен подпружиненным с цанговым захватом в нижней части и вилкой с пазами для поворота приемного шарового клапана в верхней части. Нижний шток имеет на наружной поверхности кольцевые выступы. Один из кольцевых выступов расположен в верхней части для взаимодействия с цанговым захватом, а другой выполнен под радиальными каналами нижнего штока для взаимодействия с дифференциальной гильзой уравнительного клапана. Нижний шток своей нижней частью размещен в полости разделительного поршня реле времени. Путем перемещения колонны бурильных труб управляют работой клапанов пластоиспытательного оборудования. При перемещении колонны бурильных труб вверх и вниз выполняют необходимое число открытых и закрытых периодов испытания. 6 ил.

f:jW

y-tr

C6C1991

f

Vvr.J