УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТА Советский патент 1995 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к исследованиям скважин, а именно к устройствам для испытания пластов трубными пластоиспытателями.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства путем возможности исключения учета числа оборотов труб при управлении им.

На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 варианты выполнения фигурного паза на поверхности фиксатора положений гидрораспределителя; на фиг. 4 и 5 гидрораспределитель в различных рабочих положениях.

Устройство для испытания пласта содержит (фиг. 1) корпус со шлицами 2; шток 3 с ответными шлицами 4; наклонную шайбу 5, установленную с возможностью вращения в кольцевой проточке штока (не обозначена) и имеющую на наружной поверхности продольный паз 6, находящийся в зацеплении со шпонкой 7, жестко связанной с корпусом 1; поршни 8, взаимодействующие с наклонным торцем шайбы 5 и установленные в цилиндрах 9, выполненных в теле штока; пружины 10, прижимающие поршни 8 к шайбе 5; напорную гидравлическую магистраль 11, связанную с помощью нагнетательных клапанов 12 со всеми цилиндрами 9; возвратную гидравлическую магистраль 13, связанную посредством всасывающих клапанов 14 со всеми цилиндрами 9, золотниковый гидрораспределитель 15, имеющий три запорных звена 16, 17 и 18, которые взаимодействуют с каналами 19-23, выполненными в теле штока 3; привод гидрораспределителя 15, состоящий из поршня 24 и пружины 25, при этом цилиндр, в котором установлен поршень 24, соединен с напорной магистралью; редукционный клапан 26, установленный между напорной магистралью 11 и входным каналом 19 гидрораспределителя; фиксатор 27 положений гидрораспределителя, имеющий на своей наружной поверхности фигурный замкнутый паз, с которым взаимодействует палец 28; предохранительный клапан 29, установленный между входным каналом 19 гидрораспределителя и возвратной магистралью 13; цилиндр 30 с поршнем 31, размещенными в теле штока, причем верхняя и нижняя полости цилиндра соединены каналами 22 и 23 с гидрораспределителем 15; гильзу 32 с радиальными окнами 33; дроссель 34, установленный между напорной 11 и возвратной 13 магистралями; упорный подшипник 35, установленный между корпусом и штоком.

Нижняя часть 36 штока 3 может перекрывать или открывать проточку 37, выполненную в корпусе устройства и связанную каналами 38 с наружным пространством. Шток 3 имеет внутреннюю полость, разделенную перемычкой 39, выше и ниже которой в теле штока выполнены радиальные каналы 40 и 41. Цилиндры 9, цилиндр 30, напорная и возвратная магистрали 11 и 13 заполнены минеральным маслом для гидравлических систем. Возвратная магистраль 13 имеет расширенную емкость (не обозначена) с разделительным поршнем 42, выравнивающим давление в возвратной магистрали и во внешней среде, каналы 20 и 21 соединены с возвратной магистралью.

Гильза 32 является рабочим органом устройства; детали 5-10 и 12, 14 составляют насос; цилиндр 30 и поршень 31 образуют гидродвигатель рабочего органа; поршень 24, пружина 25 и цилиндр, в котором установлен поршень 24 (не обозначены), образуют гидродвигатель одностороннего действия с упругим возвратным элементом; гильза 32, окна 33 и каналы 40 образуют впускной клапан устройства; нижний конец 36 штока, проточка 37 и каналы 38 составляют уравнительный клапан.

Устройство работает следующим образом.

В скважину устройство спускают на трубах в растянутом положении с закрытым впускным и открытым уравнительным клапаном. При этом шлицы 2 и 4 на корпусе и штоке устройства находятся в зацеплении и исключают возможность поворота штока относительно корпуса, гильза 32 перекрывает каналы 40, нижняя часть 36 штока находится выше проточки 37, запорные звенья 17 и 18 гидрораспределителя перекрывают каналы 22 и 23, фиксируя поршень 31 в верхнем положении, палец 28 под действием пружины 25 упирается в торец ловушки "а" фигурного паза на наружной поверхности фиксатора 27 (фиг. 2).

При сжатии оборудования весом труб после его спуска на заданную глубину шток 3 перемещается относительно корпуса 1 вниз и упирается в подшипник 35. Шлицы 2 и 4 размыкаются, нижняя часть 36 штока перекрывает проточку 37, закрывая уравнительный клапан. Корпус 1 с помощью пакера (на фиг. не показан) затормаживается относительно стенки скважины. Шпонка 7 проскальзывает вдоль паза 6, не выходя из зацепления с ним.

Затем трубы, а вместе с ними шток 3, приводят во вращение. Поршни 8, вращаясь вместе со штоком относительно неподвижной наклонной шайбы 5, под ее воздействием и действием пружин 10 приходят в возвратно-поступательное движение, всасывая через клапаны 14 жидкость из возвратной магистрали 13 в цилиндры 9 и выбрасывая ее через клапаны 12 в напорную магистраль 11, в которой создается избыточное давление. Под действием этого давления поршень 24, преодолевая усилие пружины 25, смещает вниз гидрораспределитель 15 и фиксатор 27, при этом редукционный клапан 26 закрыт и перекрывает путь жидкости из напорной магистрали 11 в канал 19.

Часть жидкости под перепадом давления перетекает из напорной магистрали 11 в возвратную магистраль 13 через дроссель 34. Для того, чтобы поршень 24 начал перемещаться вниз, скорость вращения труб должна быть относительно высокой, например 40 об/мин, иначе вся подаваемая жидкость будет успевать перетекать через дроссель 34 и давление в напорной магистрали будет недостаточным для преодоления усилия пружины 25.

Гидрораспределитель 15 смещается вниз до тех пор, пока торец ловушки "б" фигурного паза (фиг. 2) не упрется в палец 28 и запорные звенья 16, 17, 18 займут показанное на фиг. 4 положение, сообщая каналы 20 и 23, а также 19 и 22.

Вследствие остановки поршня 24 давление в напорной магистрали 11 возрастает, редукционный клапан 26 открывается и жидкость поступает через каналы 19 и 22 в верхнюю часть цилиндра 30, перемещая поршень 31 вниз. В это время предохранительный клапан 29 закрыт, преграждая путь жидкости из канала 19 в возвратную магистраль. В крайнем нижнем положении поршень 31 останавливается, упираясь в тело штока 3, при этом окна 33 совмещаются с каналами 40 впускной клапан открыт. В результате остановки поршня 31 давление в канале 19 возрастает, предохранительный клапан 29 открывается и жидкость, подаваемая насосом, стравливается в возвратную магистраль 13. При движении поршня 31 вниз жидкость из нижней части цилиндра 30 по каналам 23 и 20 также стравливается в возвратную магистраль.

После открытия впускного клапана пластовая жидкость через внутреннюю полость штока, каналы 41 и впускной клапан поступает в трубы (не показаны) идет процесс притока жидкости из пласта.

Трубы в процессе притока можно непрерывно вращать для предотвращения их прихвата в скважине с начальной (относительно высокой) скоростью, оставляя гидрораспределитель в положении, показанном на фиг. 4, и стравливая жидкость под высоким давлением через предохранительный клапан 29. Однако целесообразнее на некоторое время прекратить вращение труб, в результате чего насос остановится, давление в напорной магистрали упадет, предохранительный 29 и редукционный 26 клапаны закроются, а гидрораспределитель 15 под действием пружины 25 вернется в исходное положение (фиг. 1), перемещая поршень 24 вверх и выжимая жидкость из напорной магистрали 11 через дроссель 34 в возвратную магистраль 13, а торец ловушки "в" упрется в палец 28. Теперь можно возобновить вращение труб, но уже с малой скоростью, например 5 об/мин, что вполне достаточно для предотвращения прихвата, или осуществлять периодическое их проворачивание с такой же малой скоростью. При этом давление в напорной магистрали будет малым, так как жидкость будет успевать перетекать через дроссель 34, а гидрораспределитель 15 и поршень 31 будут оставаться в неизменном положении.

Для смены положения впускного клапана после остановки труб возобновляют их вращение с высокой скоростью. При этом повторяются описанные ранее процессы, только гидрораспределитель 15 смещается вниз дальше до упора торца "г" более глубокой ловушки фигурного паза (фиг. 2) в палец 28, занимая положение, показанное на фиг. 5. Теперь соединены каналы 19 и 23, а также 21 и 22. Жидкость от насоса через клапаны 26 и 29, каналы 19 и 23 поступает в нижнюю часть цилиндра 30 и перемещает поршень 31 и вместе с ним гильзу 32 вверх до упора поршня в тело штока. Окна 33 смещаются выше каналов 40 впускной клапан закрыт. Жидкость из верхней части цилиндра 30 по каналам 22 и 21 сливается в возвратную магистраль.

После закрытия впускного клапана осуществляется процесс восстановления давления в исследуемом пласте.

Так же, как и во время притока пластовой жидкости, в процессе восстановления давления трубы c целью предотвращения прихвата можно вращать как с большой, так и с малой скоростью. При этом поршень 31 будет надежно зафиксирован в верхнем положении подачей давления в нижнюю часть цилиндра 30 по каналам 19 и 23 при высокой скорости вращения, или за счет перекрытия каналов 22 и 23 запорными звеньями 18 и 17 при низкой скорости вращения труб. При низкой скорости или после непродолжительной остановки труб гидрораспределитель возвращается в исходное положение (фиг. 1), а палец 28 упирается в торец "а" ловушки фигурного паза (фиг. 2).

Таким образом, цикл управления позицией впускного клапана состоит из операции относительно быстрого вращения труб в течение некоторого времени и операции их непродолжительной остановки. Вместо остановки можно снижать скорость вращения труб до некоторой относительно малой величины, например 5 об/мин, так, чтобы гидрораспределитель 15 вследствие малой подачи насоса под действием пружины 25 мог возвращаться в исходное положение, успевая выжимать жидкость из напорной магистрали в возвратную через дроссель 34.

При многоцикловом испытании объекта цикл управления устройством повторяют необходимое число раз.

После завершения испытаний натяжением труб шток 3 перемещают вверх до упора в корпус 1. Шлицы 2 и 4 входят в зацепление, препятствуя случайному включению в работу насоса во время подъема труб, конец 36 штока поднимается выше проточки 37, открывая уравнительный клапан. Впускной клапан надежно зафиксирован в закрытом положении, так как запорные звенья 17 и 18 перекрывают каналы 22 и 23.

Отдельные элементы устройства могут иметь иное воплощение. Кроме аксиально-поршневого можно применить насос другого типа, например, поршневой с приводом от пространственного кулачка на поверхности штока, пластинчатый, шестеренный с внутренним зацеплением и других типов.

В качестве гидродвигателя рабочего органа может применяться поворотный гидродвигатель, особенно тогда, когда рабочий орган приводится в действие вращением, например, для привода клапана шарового или поворотного типа.

Гидрораспределитель также может иметь другую конструкцию. Например, можно использовать распределитель клапанного типа, крановый пробковый или торцовый, распределитель золотникового типа с перекрытием в стартовом состоянии только одного, а не двух, как показано на фиг. 1, каналов 22 и 23 и другие варианты. В случае применения пробкового или торцового, распределителя целесообразно для его привода использовать гидродвигатель одностороннего действия поворотного типа с упругим возвратным элементом.

Фиксатор положений гидрораспределителя определяет программу смены положений рабочего органа устройства, которая может быть изменена путем изменения профиля фигурного паза на наружной поверхности фиксатора 27. В случае использования профиля, приведенного на фиг. 3, для смены рабочего положения впускного клапана операцию относительно быстрого вращения труб с последующей их кратковременной остановкой необходимо каждый раз повторять дважды. При этом одна из этих операций может быть использована для управления другим устройством, включенным в состав компоновки испытательного оборудования. В принципе в качестве фиксатора могут использоваться любые другие механизмы, предназначенные для остановки перемещающихся тел в различных положениях в процессе их повторяющегося возвратно-поступательного перемещения.

Дроссель, установленный между напорной и возвратной магистралями, в принципе может быть одним из элементов насоса, выполненным в виде гарантированного зазора между его рабочими органами. Например, в насосе пластинчатого типа необходимый зазор может быть сделан между боковыми поверхностями пластин и торцевыми крышками цилиндра.

Предохранительный клапан 29, снижающий давление в напорной магистрали после упора поршня 31 в тело штока, в принципе для обеспечения работы устройства не нужен. Его роль может выполнять дроссель 34, обеспечивая переток жидкости из напорной в возвратную магистраль при остановившемся поршне 31 и работающем насосе.

Для повышения ресурса работы на поршнях 8 могут быть установлены поворотные башмаки, опирающиеся развитой поверхностью на торец наклонной шайбы 5.

Устройство допускает параллельное подсоединение к насосу нескольких исполнительных гидродвигателей со своими гидрораспределителями для привода различных рабочих органов, работающих по независимым программам. Например, в одном устройстве такого типа можно объединить якорь, пакер и испытатель пластов.

Возможно также подсоединение нескольких гидродвигателей к одному общему гидрораспределителю, обеспечивающему определенную последовательность работы различных рабочих органов устройства по программе, заложенной в фиксаторе гидрораспределителя.

Изобретение относится к исследованиям скважин с помощью испытателей пластов на трубах, конкретно к испытательному оборудованию, управляемому вращением труб, и позволяет повысить надежность работы устройства в скважинах с тяжелыми или загрязненными средами (растворами), устройство содержит рабочий орган 32, гидродвигатель 30, 31 рабочего органа, насос 5, 8 приводимый в действие от вращающегося штока 3, и дроссель 34, дополнительно установлен гидрораспределитель 15 с фиксатором 27 его положений, переключающий поток жидкости от насоса 5, 8 к гидродвигателю 30, 31 рабочего органа 32 в ту или иную сторону, а также гидродвигатель 24 одностороннего действия с упругим возвратным элементом 25, подключенным к напорной магистрали 11 через редукционный клапан 26, взаимодействующим с гидрораспределителем 15 и фиксатором 27 его положений. Это позволяет перемещать рабочий орган 32 в обоих направлениях под действием жидкости, подаваемой из насоса 5, 8 через гидрораспределитель 15 в гидродвигатель 30, 31 рабочего органа во время вращения штока 3. Переключение гидрораспределителя 15 из одной позиции в другую осуществляется за счет изменения скорости вращения штока 3 путем чередования периодов его относительно быстрого и медленного вращения (или полной остановки) по алгоритму, определяемому конфигурацией фиксатора 27. Дроссель 34 обеспечивает возможность перемещения гидрораспределителя 15 под действием пружины 25 при неработающем насосе 5, 8. 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТА, содержащее корпус, установленный в нем с возможностью вращения шток, рабочий орган с приводом в виде насоса, напорную и возвратную гидромагистрали, дроссель и гидродвигатель рабочего органа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе, оно снабжено гидрораспределителем и фиксатором его положений, гидродвигателем одностороннего действия с упругим возвратным элементом и редукционным клапаном, причем гидрораспределитель установлен между насосом и гидродвигателем рабочего органа, гидродвигатель одностороннего действия связан с напорной магистралью и установлен с возможностью взаимодействия с гидрораспределителем и фиксатором его положений, редукционный клапан установлен на напорной магистрали между насосом и гидрораспределителем, а дроссель между напорной и возвратной магистралями параллельно насосу.