Циркуляционный клапан для испытания пластов Советский патент 1980 года по МПК E21B49/00 

1

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности, к циркуляционным клапанам, применяемым при испытании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения, и предназначенным 5 для заполнения труб до заданного уровня и для замещения отобранного при испытании флюида промывочной жидкостью.

Известен циркуляционный клапан для испытания пластов. Он состоит из корпуса с 10 боковыми отверстиями, перекрываемыми полым штоком, центральный канал которого перекрыт обратным клапаном, и фиксатора положения полого штока в виде ступенчатого патрубка, жестко связанного 15 с корпусом с закрепленной в нем при помощи срезных щпилек подвижной втулки .

в практике работ с устройством имеют .случаи либо неполного закрытия отверстий, 20 либо самопроизвольного преждевременного их открытия.

Для среза тарированных шпилек с целью открытия отверстий необходимо определенное, наперед заданное, давление, которое 25 должно быть заведомо больше давления, при котором отверстия закрывались. В связи с этим и затрудняется управление работой клапана с поверхности. Кроме того, из практики аналогичных устройств извест- ЗЭ

но, что тарированная шпилька является не совсем надежным элементом, давление среза ее обычно колеблется в достаточно широких пределах.

Известен также циркуляционный клапан для испытания пластов, включающий корпус с радиальными каналами, размещенный в корпус полый подпружиненный шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, обратный клапан и фиксатор положения штока 2.

Этот клапан имеет весьма сложную конструкцию и переключение позиций клапана возможно только в том случае, если забойное давление в трубах выше давления в кольцевом (затрубном) пространстве скважины. Последнее обстоятельство во многих случаях вызывает необходимость создания в трубах высокого давления, особенно, если при испытании глубоких скважин в трубы отобрано большое количество нефти или газа.

Целью изобретения является повышение надежности управления работой клапана путем снижения давления, при котором происходит переключение клапана. Поставленная цель достигается тем, что в кольцевой камере установлен подвижный поршень, причем надпоршневая полость заполнена сжатым газом, а подпоршневая сообЩена с цейТралЬным каналом штока, причем циркуляционный клапан снабжен дополнительным обратным клапаном, соединяющим при повышении давления центральный канал штока со скважинным пространством.

На фиг. 1 показан продольный разрез общего вида устройства с открытыми боковыми отверстиями; на фиг. 2 - развертка внутренней поверхности втулки с лабиринтным пазом.

Устройство содержит корпус, состоящий из переводников 1, 2, 3 и 4, имеющий радиальные каналы А, перекрываемые полым подпружиненным штоком 5, имеющим центральный канал Б, который перекрыт обратным клапаном 6, выполненным в виде шара. Полый шток 5 размещен концентрично в корпусе, образует с ним камеру 7 и удерживается в заданном положении относительно корпуса при помощи фиксатора, выполненного в виде поворотной втулки 8, имеющей на внутренней поверхности лабиринтный паз «В, по которому скользит выступ 9 полого штока 5, упорной втулки 10 и пружины И. Между стенками корпуса и полого штока 5 размещен поршень 12, разделяющий кольцевую камеру на две части. Верхняя часть, компенсационная камера, через отверстие Г и запорный вентиль 13 заполняется инертным газом до определенного давления. Нижняя часть камеры при помощи радиального отверстия Д в штоке 5 сообщена с центральным каналом полого штока 5. В переводнике 4 корпуса размещен дополнительный обратный клапан, содержащий клапан 14, пружину 15 и седло 16. На одну сторону клапана 14 через канал Е воздействует давление жидкости в затрубном пространстве скважины, а на другую сторону - через канал Ж давление в центральном канале Б полого штока 5. Для герметизации зазоров служат уплотнительные кольца 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23.

Работает циркуляционный клапан следующим образом.

Во время спуска его в скважину через открытые отверстия А в корпусе, центральный канал Б и открытый обратный клапан 6 происходит заполнение труб. При этом давления в затрубном пространстве и в полости труб всегда примерно равны.Изменение давления при спуске через радиальное отверстие Д передается в нижнюю часть компенсационной камеры 7, и благодаря наличию поршня 12 давление газа в верхней части компенсационной камеры поддерживается примерно равным давлению жидкости в скважине.

Когда уровень жидкости в трубах достигнет величины, на которую необходимо заполнить трубы исходя из технологических соображений, в полости труб над обратным клапаном 6 при помощи насосного агрегата

повышают давление. Г1ри этбм закрывается обратный клапан 6, и он вместе со штоком 5, преодолевая сопротивление пружины 11, начнет перемещаться вниз относительно корпуса. Шток 5 перекроет отверстия А в корпусе, причем уплотнение 20 будет находиться выше отверстий А, а уплотнение 21 будет находиться ниже этих отверстий. В момент перекрытия уплотнением 20 отверстий А, шток 5 будет входить в замкнутую полость, заполненную жидкостью. При этом в полости труб под обратным клапаном 6 и в центральном канале Б штока 5 начнет повышаться давление. Под действием этого

откроется дополнительный обратный клапан 14 и он перепустит дополнительный объем жидкости из подклапанной полости труб в затрубное пространство скважины. Таким образом шток 5 беспрепятственно

дойдет до назначенного места. Местоположение штока 5 определяется положением выступа 9 в лабиринтном пазе В поворотной втулки 8. При закрытии отверстий выступ 9 скользит по этому пазу из положения

а в положение б. Затем отключают насосный агрегат, давление в трубах снижается до первоначального, закрывается дополнительный обратный клапан 14. Под действием пружины 11 фиксатора шток 5 поднимется вверх, выступ 9 перемещается по лабиринтному пазу В и попадает в положение в. Однако в этом положении отверстия А остаются перекрытыми уплотнениями 20 и 21 щтока 5. Дальнейщий спуск

испытателя пластов происходит без заполнения бурильных труб.

В процессе проведения испытания переток жидкости в бурильные трубы осуществляется через канал Ж в переводнике 4,

центральный канал Б и открытый обратный клапан 6.

При необходимости создания циркуляции во время подъема инструмента для замещения отобранного флюида буровым раствором, повторно повышают давление в трубах над обратным клапаном 6 и обратный клапан закрывается. Затем в зависимости от разности давления в трубах и затрубном пространстве действие клапана

происходит следующим образом,

В глубоких скважинах, особенно при получении из пласта притоков нефти или газа, перепад давления, действующий на трубы, обычно довольно высок и достигает

до 250-300 кгс/см и выше. В этом случае при повышении давления в трубах сложно открыть дополнительный обратный клапан. Повышение давления при перемещении обратного клапана 6 совместно со штоком 5

через отверстие Д передается в нижнюю часть компенсационной камеры 7 и воздействует на поршень 12. В результате этого в соответствии с газовыми законами уменьшается объем газа в верхней части компенсационной камеры 7. Благодаря этому