Прямоточный пластоиспытатель

Прямоточный пластоиспытатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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: пластоиспытатель 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪЬЛИН (l9) (1 I) щ) Е 21 В 49/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° с

Ье Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4835520/03 (22) 07.06.90 (46) 0 7.08.92. Бюл. Н 29 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) П.С.Варламов, O.В.Пилюцкий и Г.П.Варламов (56) Авторское свидетельство СССР . и 1661393, кл. E 214 9/00, 1989.

Патент США Р 4624317, кл. 166/334-373, опублик. 1986. (54) ПРЯИОТОЧНЦй tlSlACTONCIlb!TATEIlb (57) Использование: в нефтегазодобывающей промышленности,, в испыта,:тельном оборудовании на трубах для испытания пластов в глубоких скважи2 нах на нефть и газ для повышения надежности работы герметизирующего узла приемного шарового клапана.

Сущность изобретения: пластоиспытатель содержит корпус (К) 1 с осевым и радиальными кайалами, механизм управления клапанами с верхним 31 и нижним 32 штоками, телескопически

1 Д2944

10

25 зо

4О 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 40. Нижний шток

32 имеет кольцевые выступы 42 и 43 на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом 40, а другой — с дифферен циальной гиьзой 46 уравнительного клапана. Над шаровым клапаном 19 закреплена в К 1 полая стойка 7 с

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

Известен прямоточный пластоиспытатель, который содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с колонной бурильных труб, приемный шаровой .клапан с"йолнопрохбдйым ка", налом, уравнительный клапан, полый шток, 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 позвбляет многократно управлять работой приемного (ша роаого) клапайа 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 стбйкость вследствие нарушения герметичности узла. приемного клапана и невозможность многократного неза- висимого управления работой уравни-: тельного клапана, что не позволяет по окончании процесса испытания объ" ектов осуществлятb выравнивание затрубного и внутритрубного давления и требует наличия в компоновке сква- жинного оборудования дополнительной сборочной единицы, например циркуляционного клапана с автономным верхними и нижними радиальными от1 верстиями 10, сообщенная с осевым ка,налом К 1 с помощью плавающей втулки (В) 11 с уплотнениями 12, подвиж-, но установленной на стойке 7, на которой подвижно установлен золотниковый клапан в виде В !5 с радиальными отверстиями 16, сообщающимися при работе с радиальными отверстиями стойки 7. В 15 жестко закреплена в вилке 37, а В 11 установлена с воз"можностью герметизации. верхних радиальных отверстий стойки 7. 5 ил. способом управления, что снижает общую надежность работы испытательного оборудования. KpoMe Toro, закрытие уравнительного и открытие приемно о клапанов, а затем закрытие приемного и открытие уравнительного клапанов происходит зависимо и синхронно,,что ограничивает работу пластоиспытателя режимом одного цикла, т.е. исключает многоцикловые испытания, что является существенным недостатком указанной конструкции.

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 механйзма управления, Испытатель содержит уравнительный клапан с дифференциальной гильзой, механизмы управления клапанами из телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы подпружиненного

45 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

50 поверхности, гидравлическое реле времени и присоединительные переводники.

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

1752944 герметизацию конструкции, так, как на закрытый шаровой клапан может действовать значительный перепад давления (до 35 ИПа), и герметизирующий элемент при этом часто разрушается, 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 с осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилке. ьерхнего штока механизма управления, механизм управления клапанами из телескопически связанных между собой верхнего штока с вилкой, пазами по" . ворота приемного шарового клапана и цанговым захватом и нижнего штока с кольцевыми выступами на наружной поверхности, один из которых взаимо" действует. с цанг6вым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой . уравнительного клапана, снабжен за- . крепленной в корпусе,над шаровым клапаном полой стойкой с верхними и нижними радиальными отверстиями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотнениями, подвижна установленной на стойке,. и снабжен дополнительным золотнико- вым 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 отверстий стойки с радиальными отверстиями. втулки, а плавающая втулка уста: новлена с возможностью герметизации врехнйх радиальных каналов стойки.

Наличие плавающей втулки в узле шарового клапана прямоточного пластоиспытателя повышает надежность герметизации шарового клапана. Для облегчения открытия шарового клапа" на пластоисгытателя предусматривается наличие дополнительного золот- ( никового клапана, который синхронно, с золотниковым клапаном разгрузки оТ крывается и закрывается посредством осевых перемещений колонны бурильных труб.

На фиг. 1 и 2 представлен пластоиспытатель, общий вид, разрез, на фиг.3 и 4 - то же, в открытом периоде испытания на фиг. 5 -сечение А-А на фиг.1.

Пластоиспытатель фиг. 1-4 содержит : приемный шаровой клапан А (узел А), уравнительный клапан с механизмом управления приемным и уравнительным клапанами Б (узел Б), гидравлическое реле времени В (узел В), присоединительный переводник Г (узел Г).

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

20 резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней утолщенйой части. В верхней утолщенной части корпуса 1 имеется уплотнение 4, в средней части корпуса 1 выполнена кольцевая проточка 5, а в ййжней утолщенной части корпуса 1 по окружности выполнены каналы 6.. В полости Д корпуса 1 установлена полая; цилиндрическая стойка 7 с концентри-

30 ческим буртом 8 с отверстиями 9 в средней наружной части. В верхней части" стойки 7 имеются радйальные от"

: верстия 10, сообщающие полость Д с внутренней полостью Е стойки 7, об-

Э разующей начало .йолнопроходного ка- " нала испытателя. На стойке 7 над буртом 8 установлена плавающая втулка

11 с уплотнениями, 12. Иежду корпу- . сом 1 и втулкой 11 имеется концентg0 ричный зазор Ж.

Под буртом в стойке 7 выполнены дополнительные радиальные каналы 13 с уплотнениями 14, На стойке 7 под-.

„ вижно установлена втулка 15 с радиальными каналами 16. Втулка 15 имеет резьбу 17. В нижней части стойки 7 расположено верхнее седло приемного шарового клапана с уплотнением 18.

M Шар 19 с цилиндрическими выступами

20 и 21 и осевым полнопроходным ка-:, .

- налом И удерживает стойку 7. Шар 19 установлен в подпружиненное нижнее седло 22 с уплотнением.23 и уплотне:нием 24. Седло 22 с пружиной 25 размещены в стакане 26 с уплотнением 27. Стакан 26 своими упорами 28 жестко зафиксирован в корпусе, 1 в про точке 5 (фиг.5).

1752944

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

Механизм управления включает 1О верхний шток 31 и нижний шток 32, телескопически связанные между собой, Верхний шток 31 имеет канал.К и радиальные каналы 33 с уплотнениями 34 и 35 и размещен подвижно в нижней утолщенной части корпуса 1.

В верхней части шток 3 1 выполнен увеличенного диаметра с каналом, в котором подвижно установлен стакан 26, а упоры 28 стакана 26 про" 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 втул ка 15. В нижней части штока 31 на резьбе закреплен цанговый захват

40, подпружиненный пружиной 41 упирающейся в корпус 1.

Нижний шток 32 выполнен с каналом tl, кольцевыми выступами 4? и 43 на наружной поверхности. Над выступом 43 имеются радиальные отверстия

44. Нижняя часть штока 32 .выполнена ступенчатой с уплотнением 45 и на ней подвижно установлена дифферен. циальная гильза 46 уравнительного

; клапана с уплотнениями 47.и 48. В корпусе 29 выполнена проточка 49, равная по диаметру уплотнению 47 дифференциальной гильзы 46, и рас положенные ниже радиальные каналы

, 50. Нижняя часть корпуса 29 и ступен- 45, чатая часть штока 32 герметизирова-. на уплотнением 51.

Узел В,гидравлического реле вре, мени 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

55 выступы 54 и 55. Внутри корпуса 30 ,между кольцевыми выступами 56 и 57, 1выполненными на нижнем штоке 32, уста нов.

,лен полый разделительный поршень 58 с наружным уплотнением 59. Внутри поршня

68 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 се- . чения в нижней части. Корпус 52 находится в шестигранном телескопическом соединении с полым переводником

69, который в свод 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, Г пластоиспытателя 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 затрубное давление действует на закрытый шар 19, создавая значительное принимающее усилие. В то же время над шаром 19 в полости E 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, 1752944

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 скважи" ны 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 40 и пружиной 41 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 пластоиспытательного оборудования опираются на пакер с хвостовиком, каналы 50 перекрываются гильзой 46 и затрубное пространство скважины разобщается от трубного. При дальнейшем движении корпусов 1, 29, 30, 52 вниз цанга 40 и связанные с ней,верхний шток 3I с вилко" 37 упираются в нижний шток 32 и останавливаются:, а ю стакан 26, седло 32, шар 19, верхняя стойка 7 продолжают перемещаться вниз вместе с коРпусом l, при этом на участке движения шара 19 по лазам 38 и 39 неподвижной вилки 37 совмещаются каналы 13 и 16, 6 и 33 золотниковых клапанов, что обеспечи" вает выравнивание давления над и под шаром 19, и позволяет через цилинд" рические 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.3). Герметизирующая плавающая втулка 11 остается в исходном положении (фиг.1), Указанное состояние пластоиспытателя 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 40 верхнего штока 31 с вилкой 37, шар

19 закроется, каналы 13 и 16, 6 и 33 золотниковых клапанов разобщатся (фиг. 1), давление в полости Д, благодаря наличию кольцевого зазора Ж и каналов 10, станет равным гидростатическому давлению столба жидкости, залитой в трубы, в полости F.

Давление в полости К будет соответствовать величине пластового давления, так как уравнительный клапан

Б остается закрытым..Возникши перепад давлейия на шар 19 будет удер15 живаться нижним уплотнением 23. Такое состояние пластоиспытателя соответствует закрытому периоду испытания пласта. Аналогично путем осевых перемещений бурильной колонны выпол20 няется необходимое число открытых и закрытых периодов испытания.

8 том случае, если при спуске пластотиспытательного оборудования нарушится герметичность уплотнения

25 23 шара 19, произойдет перераспределение давления в полости Д, которое станет равным гидростатическому давлению столба бурового раствора.

Возникший перепад давления между 1о 0 лостями 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,3), с этого момента перепад давления между гидростатическими давлениями столбов бурового раствора и жидкости, залитой в трубы, удерживащ ется верхним уплотнением 18 шара 19 и герметизирующей плавающей втулкой

ll, обеспечивающими герметичность узла А приемного шарового клапана.

После спуска испытательного оборудоgj вания до заданной глубины и пакеровки ствола скважины созданием сжимающей нагрузки закрывают уравнительный клапан Б и открывают шар 19, как это описано. При этом герметизирующая плавающая втулка 11 будет продолжать перекрывать каналы 10 за счет сил трения, возникающих в уплотнениях 4 и 12.

Создание закрытого периода испы5 тания производится так же, как и при проведении нормального процесса испы-. ! тания пласта с той лишь разницей, что перепад между пластовым давлением и давлением столба залитой в трубы:

1752944

12 жидкости в полости Е будет удержива т ься верхним уплотнением 18 шара

19 и герметизирующей плавающей втулкой 11 .

Нарушение герметичности узла при. емного шарового клапана А за счет выхода из строй нижнего уплотнейия

23 возможно не только в процессе " спуска пластоиспытательного оборудо- jp вания, но и во время проведения за- крытого периода йспытания пласта. В этом случае механизм дублированной герметизации работает так"же, как и йри нарушении нижнего уплотнения

23 шара 19 во время спуска пласто-испытательного оборудования, обеспе-. чивая герметичность узла приемного шарового клапана А и возможность проведения. процесса испытания пла- 2р ста.

Наличие -пла вающей втулкй в узле шарового клапана прямоточйого пластоиспытателя повышает. надежность герметизаций шарового клапана по 25 крайней мерй в два раза. Таким образом, использование изобретения позволит существенно (не- менее чем: в 2 раза) повысить, эксплуатационную стойкость прямоточного пластоиспы"i": ЗО тателя и, как следствие, снизить

:количество неудачных операций йз-за негерметичности прйемного клапана и! связанных с этим дополнительных спусков пластоиспытательного оборудова-

: Ф о р м y ii a и з о б р е т е н и я .

Прямоточныи пла стоиспытатель, содержащий соединенный с колонкой

4 труб корпус с осевым и радиальным каналами, подпружиненный относитель,но корпуса приемный шаровой клапан с осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилке верхнего нтока 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 высту-. пами на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работ герметизирующего узла приемного шарового клапана, он снабжен закреплен" ной в корпусе над шаровым клапаном полой стойкой с верхними и нижнйми радиальными отверстйями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотйителями, 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 отверстий стойки с радиальными отверстиями втулки, а плавающая" втулка установлена с возможностью герметизации верхних радиальных отверстий стойки.

1752944

I 752944

Редактор Н.Яцола

Заказ 274% Тираж Лодписное

ВНИИНИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК!Г СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагйрпна,101

bZ

J7

М

ЮУ.

Соста витель E.Èîëíàíîâà

Техред Корректор М. Ткач