Циркуляционный клапан
Патент 827754
Авторы
Циркуляционный клапан
Иллюстрации
Реферат
(i ц 827754
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву 589373 (22) Заявлено 25.06.79 (21) 2783523/22-03 (51) М. Кл.з
E 21В 43/00
Е 21В 49/00 с присоединением заявки № (53) УДК 622.245.7 (088.8) (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
С. А. Рабин, В. В. Пустов и В. P. Сильвестров
Калининское отделение Научно-исследовательского: и проектноконструкторского института геофизических исследований геологоразведочных скважин (54) ЦИРКУЛЯ Ц И ОН Н Ы И КЛАПАН
ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к циркуляционным клапанам, используемым при освоении, испытании скважин, бурящихся на нефть и газ. 5
По основному авт. св. № 589373 известен циркуляционный клапан, содержащий корпус с радиальными каналами, в котором концентрично установлен запорный орган, выполненный в виде плунжера и поршня, 10 шток, узел гидравлического уравновешивания и фиксаторы. Со штоком жестко связана втулка, установленная с возможностью взаимодействия при помощи фиксатора с плунжером и поршнем (1). 15
Недостатком данного клапана является то, что он позволяет сообщать внутритрубное пространство с затрубным только в растянутом положении, при закрытом приемном клапане испытателя, в связи с чем его 20 можно применять только для промывки и освоения скважин, но не для испытания, так как при испытании весь испытательный инструмент должен по условиям пакеровки находиться в сжатом положении. 25
Цель изобретения — повышение надежности работы клапана при испытании газоносных пластов.
Изобретение предполагает расширение технологических возможностей известного 30 циркуляционного клапана, повышение безопасности при испытании газоносных пластов путем обеспечения возможности сообщения внутритрубного и затрубного пространства скважины в сжатом положении испытательного инструмента и разобщения без натяжения колонны труб.
Поставленная цель достигается тем, что клапан снабжен спускаемым на кабеле или тросе захватом, а корпус выполнен с наклонными направляющими, в которых установлены подпружиненные относительно корпуса секторы с возможностью взаимодействия с торцом плунжера и захватом.
На фиг. 1 изображен разрез компоновки нижней части испытательного инструмента, в которую входит циркуляционный клапан при спуске в скважину; на фиг. 2 — циркуляционный клапан в разрезе в сжатом положении; на фиг. 3 — сжатый циркуляционный клапан в разрезе после создания избыточного внутреннего давления; на фиг. 4— циркуляционный клапан в разрезе в посаженном положении (клапан открыт) .
Испытательный инструмент, спускаемый в скважину на бурильных или насосно-компрессорных трубах 1, включает пакер 2 с уравнительным клапаном, циркуляционный клапан 3, корпус манометра 4 и хвостовик 5 с заглушкой. Уравнительный клапан пакера 2 выполнен в виде радиальных отверстий 6 в пакерном корпусе 7, которые
827754 могут перекрываться уплотнением 8 штока
9, снабженного выступом 10, при его движении вниз. Подпакерный корпус 11 удерживается выступом 12 корпуса 7. Этому способствует узел гидравлического уравновешивания пакера 2, выполненный в виде герметично разобщенных камер 13 и 14, образованных уплотнениями корпуса 11 и штока 9, одна из которых сообщена с затрубным 15, а вторая с внутритрубным 16 пространством инструмента.
В пакерном корпусе размещен уплотнительный элемент 17, образующий кольцевой зазор между стенками эксплуатационной колонны 18. В штоке 9 выполнены прорези 19.
В нижней части подпакерный корпус 11 жестко соединен с корпусом 20 циркуляционного клапана 3. В корпусе 20 имеются радиальные входные отверстия 21, посредством которых могут сообщаться затрубное и внутритрубное пространства инструмента. Внутри корпуса 20 концентрично установлены поршень 22 и плунжер 23, подпружиненные пружиной 24 и представляющие собой запорный орган, перекрывающий в процессе спуска входные отверстия.
В средней части циркуляционного клапана 3 имеется механизм фиксации запорного органа, выполненный в виде шариков 25, установленных в продольной прорези 2б поршня 22 с возможностью взаимодействия с профилированными поверхностями плунжера 23 и втулки 27, снабженной выступом
28 и жестко соединенной со штоком 29 циркуляционного клапана 3, при взаимных перемещениях корпуса 20, поршня 22, плунжера 23 и штока 29. Профилированные поверхности плунжера 23 представлены нижней глубокой 30 и верхней мелкой 31 выточками, в которых размещаются шаровые фиксаторы 25.
В нижней части циркуляционного клапана 3 имеется узел гидравлического уравновешивания, выполненный аналогично описанному выше, кроме того, шток 29 подпружинен относительно корпуса 20 с помощью пружины 32.
К нижней части глубинного дистанционного прибора 33, спускаемого в колонну труб на кабеле, с помощью тяги 34 крепится захват 35 с пружиной 36, который установлен ниже секторов 37, поджимаемых пружиной 38 и выполненных с возможностью перемещения по направляющим 39 корпуса 20. Для записи КВД на наружной поверхности корпуса манометров установлен регистрирующий манометр 40.
Циркуляционный клапан работает следующим образом.
При спуске циркуляционного клапана 3 в скважину его корпус 20 и шток 29 находятся в растянутом состоянии благодаря узлу гидравлического уравновешивания, действия пружины 32 и веса нижерасполо5
65 женной части инструмента. Кроме того, затрубное давление Рр, избыточное по отношению к внутритрубному Р,„, через приемные отверстия 21 воздействует на запорный орган и удерживает плунжер 23 в крайнем верхнем, а поршень 22 в крайнем нижнем положении, надежно разобщая трубное и затрубное пространства. Этому же способствует и усилие пружины 24.
Таким образом, в процессе спуска клапан закрыт.
После упора хвостовика 5 в забой скважины производится посадка инструмента, при этом вначале выбираются свободные ходы скважинных узлов, а затем происходит передача сжимающих нагрузок на пакер 2 и хвостовик 5.
При выборе свободного хода циркуляционного клапана 3 происходит перемещение корпуса 20 вниз до упора и сжатие пружины 32. При этом шарики 24 остаются в нижней (глубокой) выточке 30 плунжера
23 и перемещаются совместно с нижним кольцом поршня 22 внутрь втулки.
В колонну труб испытательного инструмента спускается на кабеле глубинный дистанционный прибор 33, к нижней части которого с помощью тяги 34 прикреплен захват 35, устанавливаемый ниже секторов
37. Затем с помощью компрессора или насосного агрегата создается избыточное давление, на 20 — 25 атм превышающее гидростатнческос давление промывочной жидкости, заполняющей затрубное пространствс иа глубине установки циркуляционного клапана 3. Указанное давление дистанционно контролируется с помощью глубинного манометра, входящего в состав комплексного прибора 33. Под действием перепада давления поршень 22 перемешается вверх до упора в плунжер 23, сжимая пружину
24. Одновременно он передвигает шарик 25 в верхнюю мелкую выточку 31 плунжера 23 до упора в выступ 28 втулки 27. В таком положении клапан подготовлен к открытию.
Следующей операцией является натяжка колонны труб. При натяжке корпус 20 перемещается вверх, а шток 29 вместе с втулкой 27 остаются на месте, удерживаемые от перемещения пружиной 32 и весом нижележащей части испытательного инструмента. Эта операция производится при наличии избыточного внутреннего давления.
В результате перемещения корпуса 20 вверх плунжер 23 и поршень 22, удерживаемые от совместного движения с корпусом 20 шариками 25, запертыми в неподвижной втулке 27, открывают циркуляционные или приемные отверстия 21, сообщая тем самым внутритрубное и затрубное пространства. При этом секторы 37 под действием пружины 38 смещаются вниз относительно корпуса 20 по наклонным направляющим 39, выполненным в форме
827754 ласточкина хвоста на внутренней поверхности корпуса. Но перемещение корпуса 20 возможно только после срыва пакера 2, расположенного выше циркуляционного клапана 3. Следовательно, в затрубном пространстве на глубине клапана 3 (т. е. на глубине испытуемого пласта) по-прежнему сохраняется давление промывочной жидкости, препятствующее возбу>кдению пласта.
В таком положении можно осуществлять прямую или обратную промывку скважины, например с целью замещения промывочной жидкости из подпакерной зоны затрубного пространства жидкостью, содержащейся в трубах испытательного инструмента (с помощью компрессора) .
После срабатывания циркуляционного клапана 3 во всех других случаях желательно стравить избыточное внутреннее давление, открыв на устье задвижку фонтанной арматуры во избежание значительного выдавливания залитой в трубы жидкости в ствол скважины. Но в любом случае величина и знак перепада давления не могут вызвать самопроизвольного закрытия клапана 3, удерживаемого в открытом состоянии с помощью шариков 25 за счет натяжки труб.
Для возбуждения притока из пласта необходимо: натянуть кабель глубинного прибора 33; частично разгрузить инструмент на забой для посадки планшайбы на устье скважины; снизить давление в трубах инструмента.
При натяжке кабеля захват.35 переместится вверх; выступы секторов 37 отожмут пружину 36 захвата 35 и войдут в его кольцевое отверстие. При посадке инструмента происходит деформация пакера 2 и изоляция пласта от надпакерной части затрубного пространства скважины. Одновременно с этим циркуляционный клапан 3 возвращается в сжатое состояние, но его приемный клапан останется открытым, так как плунжер 23 будет зафиксирован в крайнем нижнем (относительно корпуса
20) положении с помощью секторов 37, удерживаемых захватом 35 от возвращения в исходное состояние, так как захват 35 препятствует раздвижению секторов 37 в радиальном направлении, а следовательно, и их смещению вверх по оси устройства.
При снижении давления в трубах инструмента, которые связаны посредством открытого циркуляционного клапана 3 с подпакерной частью скважины, на пласт передается депрессия, в результате чего пласт возбуждается, и пластовый флюид через приемные отверстия 21, отверстия в секторах 37 и по промежуткам между секторами
37 попадает в трубы инструмента. На пути движения потока флюида находится глубинный комплексный прибор 33, который
65 фиксирует или передает на поверхность данные о забойном давлении, температуре, скорости потока, составе, физических свойствах флюида и режиме фильтрации.
По окончании открытого периода испытания для записи КВД, а также в случае возникновения аварийной ситуации ослабляют натяжку кабеля, при этом захват 35 под действием пружины 36 смещается вниз и освобождает выступы секторов 37, после чего секторы 37 под действием пружины 24, преодолевая сопротивление пружины 38, передвигаются по направляющим 39 корпуса 20 вверх. В результате плунжер 23 перекрывает впускные отверстия 21, приток флюида в скважину прекращается и циркуляционны " клапан 3 закрывается. Затем производится промывка подпакерной зоны методом прямой и обратной циркуляции.
Послеэтого простой посадкой инструмента возвращают циркуляционныч клапан в транспоотное, т. е. в закрытое состояние (см. фиг. 1). При этом происходит следующее.
В начальной Фазе движения корпуса 20 вниз поршень 22 также перемещается вместе с корпусом 20 под действием пружины 24. а плунжер 22, связанный с втулкой
27 с помощью шариков 25, остается на месте и постепенно гепекрывает проходное сечение клапана. Поршень 22 при своем движении вниз совместно с корпусом 20 упирается верхне "r частью своей прорези 26 в шарики 25 и перемещает их вниз совместно с плунжером 23 до выхода шариков в нижнюю расширенную проточку втулки
27. В этот момент шарики 25 получают возможность выйти из верхней канавки 31 плунжера 23 и освободить его от связи с втулкой 27. Освобожденный плунжер 23 возвращается в крайнее верхнее, а поршень
22 в крайнее нижнее положение (оба под воздействием пружины 24), при котором циркуляционный клапан 3 закрыт и сжат.
При дальнейшем растяжении в процессе подъема инструмента на поверхность циркуляционный клапан 3 остается в гарантированно закрытом положении.
Формула изобретения
Циркуляционный клапан по авт. св. № 589373, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы клапана при испытании газоносных пластов, клапан снабжен спускаемым на кабеле или тросе захватом, а корпус выполнен с наклонными направляющими, в которых установлены подпружиненные относительно корпуса секторы с возможностью взаимодействия с торцом плунжера и захватом.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Лвторское свидетельство СССР № 589373, кл. E 211» 43/00, 1976 (прототип).