Прямоточный пластоиспытатель Советский патент 1992 года по МПК E21B49/00 

связанными между собой. Шток 31 выполнен в виде вилки 37 с пазами 38 и 39, в которых размещены выступы 20 и 21 приемного шарового клапана 19. В нижней части штока 31 закреплен цанговый захват Ш. Нижний шток 32 имеет кольцевые выступы k2 и 3 на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом kG, а другой - с дифференциальной гиьзой 6 уравнительного клапана. Над шаровым клапаном 19 закреплена в К 1 полая стойка 7 с

верхними и нижними радиальными отверстиями 10, сообщенная с осевым ка- алом К 1 с помощью плавающей втулки (В) 11 с уплотнениями 12, подвижно установленной на стойке 7, на которой подвижно установлен золотниковый клапан в виде В 15 с радиальными отверстиями 16, сообщающимися при работе с радиальными отверстиями стойки 1, В 15 жестко закреплена в вилке 37, а В 11 установлена с можностыо герметизации- верхних радиальных отверстий стойки 7. 5 ил.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в испыта..тельном оборудовании на трубах для (испытания пластов в глубоких скважинах на нефть и газ для повышения надежности работы герметизирующего узла приемного шарового клапана. Сущность изобретения: пластоиспыта- тель содержит корпус (К) 1 с осевым и радиальными каналами, механизм управления клапанами с верхним 31 и нижним 32 штоками, телескопически Г Ё Ч сл ю ю ь J

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах, и предназначено для испытания объектов в глубоких скважинах на нефть, газ или воду.

Известен прямоточный пластоиспы- татель, который содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с Колонной бурильных труб, приемный шаровой клапан с полнопрохбдным ка- налом, уравнительный клапан, полый шток5 реле времени с разделительным поршнем и присоединительные переводники.

Устройство обеспечивает многократное испытание объектов за один спуск оборудования в скважину. Путем осевого перемещения колонны бурильных труб устройство позволяет многократно управлять работой приемного (шарового) клапана и единично закрывать уравнительный клапан в момент паке- ровки скважины. Приемный и уравнительный клапаны путем осевых перемещений бурильной колонны управляются синхронно.

Недостатком указанного устройства является невысокая эксплуатационная стойкость вследствие нарушения герметичности узла приемного клапана и невозможность многократного независимого управления работой уравнительного клапана, что не позволяет по окончании процесса испытания объектов осуществлять выравнивание затрубного и внутритрубного давления и требует наличия в компоновке сква- жинного оборудования дополнительной сборочной единицы, например цирку- ляционного клапана с автономным

5

0

5

способом управления, что снижает оощую надежность работы испытательного оборудования. Кроме того, закрытие уравнительного и открытие приемного клапанов, а затем закрытие приемного и открытие уравнительного клапанов происходит зависимо и синхронно, ччто ограничивает работу пласто- испытателя режимом одного цикла, т.е. исключает многоцикловые испытания, что является существенным недостатком указанной конструкции о

Известен пластоиспытатель, который содержит соединенный с колонной труб цилиндрический корпус с осевыми и радиальными отверстиями. В корпусе установлен подпружиненный приемный шаровой клапан с осевым каналом и с золотниковым клапаном разгрузки. Клапаны размещены в вилке верхнего штока механизма управления. Испытатель содержит уравнительный клапан с дифференциальной гильзой, механизмы управления клапанами из телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы подпружиненного верхнего штока с вилкой с пазами поворота приемного шарового клапана в верхней части и с цанговым захватом в нижней части и нижнего штока с кольцевыми выступами на наружной его поверхности, гидравлическое реле времени и присоединительные переводники.

Недостатком указанного устройства является невысокая эксплуатационная с стойкость пластоиспытателя вследствие нарушения герметичности узла приемного (шарового) клапана. При- менение единственного уплотняющего элемента не обеспечивает надежную

5

0

герметизацию конструкции, так как на закрытый шаровой клапан может действовать значительный перепад давления (до 35 МПа), и герметизирующий элемент при этом часто разру шается, что приводит к потере герметичности узла шарового клапана и, следовательно, невозможности дальнейшего проведения работ по испытанию пластов.

Цель изобретения - повышение надежности работы герметизирующего узла приемного шарового клапана.

Указанная цель достигается тем, что прямоточный пластотиспытатель, содержащий соединенный с колонной труб корпус с осевым и радиальными каналами, подпружиненный относительно корпуса приемный шаровой клапан осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилк верхнего штока механизма управления механизм управления клапанами из телескопически связанных между собой верхнего штока с вилкой, пазами поворота приемного шарового клапана и цанговым захватом и нижнего штока с кольцевыми выступами ка наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, снабжен закрепленной в корпусе над шаровым клпаном полой стойкой с верхними и нижними радиальными отверстиями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотнениями, подвижно установленной на стойке, и снабжен дополнительным золотнико вым клаланом) выполненным в виде втулки с радиальными отверстиями, причем втулка жестко закреплена в вилке верхнего штока и подвижно установлена на стойке с возможностью совмещения нижних радиальных отвер-4 стий стойки с радиальными отверсти- ями втулки, а плавающая втулка установлена с возможностью герметизации врехних радиальных каналов стойки.

Наличие плавающей втулки в узле шарового клапана прямоточного плас- тоиспытателя повышает надежность герметизации шарового клапана. Для облегчения открытия шарового клапана пластоиспытателя предусматривается наличие дополнительногочзолот- никового клапана, который синхронно с золотниковым клапаном разгрузки о

крывается и закрывается посредством осевых перемещений колонны бурильных труб.

На фиг. 1 и 2 представлен пласто- испытатель, общий вид, разрез/ на фиг.З и k - то же, в открытом периоде испытанияf на фиг. 5 -сечение А-А на фиг .1.

Пластоиспытатель Фиг.1- содержит приемный шаровой клапан А (узел А), уравнительный клапан с механизмом управления приемным и уравнительным клапанами Б (узел Б), гидравлическое

5 реле времени В (узел В), присоединительный переводник Г (узел Г).

Узел А включает корпус 1 (из нескольких частей, соединенных по резьбе) с конической присоединительной

0 резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней утолщенной части. В верхней утолщенной части корпуса 1 имеется уплотнение k, в средней части корпуса J выполнена

5 кольцевая проточка 5 а в нижней утолщенной части корпуса 1 по окружности выполнены каналы 6. В полости Д корпуса 1 установлейа полая цилиндрическая стойка 7 с концентри0 ческим буртом 8 с отверстиями 9 в средней наружной части. В верхней части стойки 7 имеются радиальные отверстия 10, сообщающие полость Л с внутренней полостью Е стойки 7, об5 разующей начало полнопроходного канала испытателя. На стойке 7 над буртом 8 установлена плавающая втулка 11с уплотнениями , 12. Между корпусом 1 и втулкой 11 имеется концент0 РИЧНЫЙ зазор Ж.

Под буртом в стойке 7 выполнены дополнительные радиальные каналы 13 с уплотнениями 14. На стойке 7 поде вижно установлена втулка 15 с радиальными каналами 16. Втулка 15 имеет резьбу 17. В нижней части стойки 7 расположено верхнее седло приемного с шарового клапана с уплотнением 18. 0 Шар 19 с цилиндрическими выступами 20 и 21 и осевым полнопроходным каналом И удерживает стойку 7. Шар 19 установлен в подпружиненное нижнее седло 22 с уплотнением-23 и уплотне- с нием 2. Седло 22 с пружиной 25 размещены в стакане 26 с уплотнением 27. Стакан 26 своими упорами 28 жестко зафиксирован в корпусе 1 в проточке 5 (фиг.5).i

Узел Б механизма управления клапанами с уравнительным клапаном включает цилиндрический корпус 29 из двух частей, соединенных по резьбе и с резьбами для крепления с корпусом 1 приемного шарового клапана и корпусом 30 гидравлического реле времени.

Механизм управления включает JQ верхний шток 31 и нижний шток 32, телескопически связанные между собой. Верхний шток 31 имеет канал.К и радиальные каналы 33 с уплотнениями 3 и 35 и размещен подвижно в jr нижней утолщенной части корпуса 1. В верхней части шток 31 выполнен увеличенного диаметра с каналом, в котором подвижно установлен стакан 26, а упоры 28„стакана 26 про jo ходят через продольные окна 36 в штоке 31. В верхней части шток 31 выполнен в виде вилки 27 с пазами 38 и 39 в которых размещены выступы 20-21 шара 19 для поворота шара 25 19 в положении Открыто и Закрыто, К вилке 37 по резьбе закреплена втулка 15. В нижней части штока 31 на резьбе закреплен цанговый захват 40, подпружиненный пружиной kl, 30 упирающейся в корпус 1.

Нижний шток 32 выполнен с каналом Л, кольцевыми выступами k. и 43 на наружной поверхности. Над выступом 43 имеются радиальные отверстия , й. Нижняя часть штока 32 выполнена ступенчатой с уплотнением 45 и на ней подвижно установлена дифференциальная гильза 46 уравнительного клапана с уплотнениями 47 и 48. В о корпусе 29 выполнена проточка 49, равная по диаметру уплотнению 47 дифференциальной гильзы 46, и расположенные ниже радиальные каналы 50. Нижняя часть корпуса 29 и ступен- дд чатая часть штока 32 герметизирова- на уплотнением 51.

Узел В гидравлического реле времени включает цилиндрический корпус 30 с присоединительными резьбами для крепления с корпусом 29 и корпусом 52 присоединительного переводника, Корпус 30 в верхней части снабжен шлицевыми каналами 53. В Нижней части корпуса 30 выполнены кольцевые выступы 54 и 55. Внутри корпуса 30 между кольцевыми выступами 56 и 57, {выполненными на нижнем штоке 32,устаноQr o 5 0

о д

0

5

;лен полый разделительный поршень 58 с наружным уплотнением 59. Внутри поршня 58 имеются каналы гидравлического сопротивления с установленными в них стержнями 60. Торцы поршня 58 закрыты тарельчатыми клапанами 61 и 62, поверхности которых взаимодействуют с кольцевыми выступами 56 и 57 штока 32. В нижней части корпуса 30 между выступами 54 и 55 на штоке 32 установлен полый плавающий поршень 63, снабженный уплотнительными элементами 64 и 65. Вся полость корпуса 30 заполнена тормозной жидкостью 66.

Узел Г присоединительного переводника включает цилиндрический корпус 52 с раздельным каналом 67, с резьбой для крепления с корпусом 30 в верхней части и выступом 68 шестигранного сечения в нижней части. Корпус 52 находится в шестигранном теле скопиче- ском соединении с полым переводником 69, который в свою, очередь жестко и герметично соединен по резьбе со штоком 32 в верхней части и в нижней части с присоединительным переводником 70 с замковой резьбой 71. Элементы 69 и 70 могут перемещаться в осевом направлении.

Пластоиспытатель работает следующим образом.

Перед спуском в скважину все узлы А, Б, В, Гпластоиспытателя должны быть герметично свинчены между собой и приведены в состояние согласно фиг.1 и 2. В процессе и после спуска оборудования на заданную глубину до начала пакеровки в пластоиспытателе под действием гидростатического давления столба бурового раствора в затрубном пространстве скважины происходит следующее: через каналы 50 и 44, полости Л, К ззтрубное давление действует на закрытый шар 19, создавая значительное прижимающее усилие. В то же время над шаром 19 в полости Е действует трубное давление, по величине значительно меньшее гидростатического давления столба бурового раствора в затрубном пространстве, которое через каналы 10 передается в полость Д. Перепад давления, обусловленный разностью гидростатических давлений столба бурового раствора в затрубном пространстве и столба жидкости в Трубах, удерживается нижним уплотнением

23 шара 19, на верхнее уплотнение 18 шара 19 перепад давления не действует, так как давление в полостях Е и Д одно и то же и равно давлению столба жидкости, залитой в трубы. Таким образом, испытатель пластов работает на нижнем уплотнении 23 шара 19. После установки хвостовика на забой скважины или упора якорного устройства в стенки скважины создается сжимающая нагрузка весом колонны бурильных труб для па- керовки. Усилие передается корпусам 1, 29, 30 и 52, которые с задержкой благодаря реле времени (узел В), на- чинают вместе со стойкой 7, шаром 19, седлом 22, стаканом 26, верхним штоком 31, цанговым захватом 0 и пружиной М перемещаться вниз. При этом присоединительный переводник 70 и жестко связанные с ним переводник 69, нижний шток 32 остаются неподвижными, так как через нижерасположенные части компоновки пласто- испытательного оборудования опираются на пакер с хвостовиком, каналы 50 перекрываются гильзой 6 и затруб- ное пространство скважины разобщается от трубного. При дальнейшем движении корпусов 1, 29, 30, 52 вниз цанга 0 и связанные с ней чверхний шток 31 с вилкой 37 упираются в нижний шток 32 и останавливаются, а стакан 26, седло 32 , шар 19, верхняя стойка 7 продолжают перемещаться вниз вместе с корпусом 1, при этом на участке движения шара 19 по пазам 38 и 39 неподвижной вилки 37 совмещаются каналы 13 и 16, биЗЗ золотниковых клапанов, что обеспечивает выравнивание давления над и под шаром 19, и позволяет через цилиндрические выступы 20 и 21 и нижние упоры пазов 38 и 39 вилки 37 повернуть шар 19 на 90° и вывести его в открытое положение (фиг.З). Герметизирующая плавающая втулка 11 остается в исходном положении (фиг.1). Указанное состояние пластоиспытате- ля соответствует открытому периоду испытания.

После завершения открытого перио да бурильная колонна приподнимается, корпуса 1, 29, 30 и 52 пласто- испытателя при этом вместе с верхней стойкой 7, шаром 19, седлом 22, стаканом 26 перемещаются относительно замкнутых цанговым захватом 0

0

5

0

5

0

5

0

5

верхнего штока 31 с вилкой 37, шар 19 закроется, каналы 13 и 16, 6 и 33 Золотниковых клапанов разобщатся (фиг.1), давление в полости Л, благодаря наличию кольцевого зазора Ж и каналов 10, станет равным гидростатическому давлению столба жидкости, залитой в трубы, в полости Е.

Давление в полости К будет соответствовать величине пластового давления, так как уравнительный клапан Б остается закрытым/ Возникший, перепад давления на шар 19 будет удерживаться нижним уплотнением 23. Такое состояние пластоиспытателя соответствует закрытому периоду испытания пласта. Аналогично путем осевых перемещений бурильной колонны выполняется необходимое число открытых и закрытых периодов испытания.

8 том случае, если при спуске пластотиспытательного оборудования нарушится герметичность уплотнения 23 шара 19, произойдет перераспределение давления в полости Л, которое станет равным гидростатическому давлению столба бурового раствора. Возникший перепад давления между полостями Д и Е воздействует на герметизирующую плавающую втулку 11, которая, в связи с малой величиной площади кольцевого зазора Ж, переместит- ся вверх и герметично перекроет каналы 10, разобщив полости Д и Е (фиг.З), с этого момента перепад давления между гидростатическими давлениями столбов бурового раствора и жидкости, залитой в трубы, удерживается верхним уплотнением 18 шара 19 и герметизирующей плавающей втулкой 11, обеспечивающими герметичность узла А приемного шарового клапана. После спуска испытательного оборудования до заданной глубины и пакеров- ки ствола скважины созданием сжимающей нагрузки закрывают уравнительный клапан Б и открывают шар 19, как это описано. Г(ри этом герметизирующая плавающая втулка 11 будет продолжать перекрывать каналы 10 за счет сил трения, возникающих в уплотнениях k и 12.

Создание закрытого периода испытания производится так же, как и при проведении нормального процесса испытания пласта с той лишь разницей, что перепад между пластовым давлением и давлением стрлба залитой в трубы

жидкости в полости Е будет удерживаться верхним уплотнением 18 шара 19 и герметизирующей плавающей втулкой 11.

Нарушение герметичности узла приемного шарового клапана А за счет выхода из строй нижнего уплотнения 23 возможно не только в процессе спуска пластоиспытательного оборудования, но и во время проведения закрытого периода испытания пласта. В этом случае механизм дублированной герметизации работает так же, как и при нарушении нижнего уплотнения 23 шара 19 во время спуска пластоиспытательного оборудования, -обеспечивая герметичность узла приемного шарового клапана А и возможность проведений процесса испытания пласта.

Наличие плавающей втулки в узле шарового клапана прямоточного пла- стоислытателя повышает надежность герметизации шарового клапана по крайней мере в два раза. Таким об- разом, использование изобретения позволит существенно (не менее чем в 2 раза) ПОЁЫСИТЬ эксплуатационную стойкость прямоточного пластоиспыг тателя и, как следствие, снизить Количество неудачных операций из-за негерметичности приемного клапана и/ связанных с этим дополнительных спусков пластоиспытательного оборудбва- ния. Формула изобретения

| , у-

Прямоточный пластоиспытатель, содержащий соединенный с колонкой

0

5

0

0

5

труб корпус с осевым и радиальным каналами , подпружиненный относительно корпуса приемный шаровой клапан с осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилке верхнего штока механизма управления, механизм управления клапаном из телескопически связанных между собой верхнего штока с вилкой и пазами поворота приемного шарового клапана и цанговым захватом и нижнего штока с кольцевыми выступами на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, отличающийся темг что, с целью повышения надежности работа герметизирующего узла приемного шарового клапана, он снабжен закрепленной в корпусе над шаровым клапаном полой стойкой с верхними и нижними радиальными отверстиями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотнителями, подвижно установленной на стойке, и снабжен дополнительным золотниковым клапаном, выполненным в виде втулки с радиальными отверстиями, причем втулка жестко закреплена в вилке верхнего штока и Подвижно установлена на стойке с возможностью совмещения нижних радиальных отёерстий стойки с радиальными отверстиями втулки, а плавающая втулка установлена с возможностью герметизации верхних радиальных отверстий стойки. ;/

7ПбгШ

Фиг4

26

1

Фиг.5