Циркуляционный клапан испытателя пластов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С014ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

- (19) (И),жв. Е 21 В 49/00

» Л

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3376162/22-03 (22) 3 О. 12. 81 (46) 07.05.83..6юл.. М 17 (72) В.В.Пустов (y1) Калининское отделение Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института геофизических исследований геологоразведочных скважин (53) 622,245,7(088,8, (56) .1. Авторское свидетельство СССР и 589373» кл.,Е 21 В 43/00, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР

N 562645, кл. E.211 В 49/00» 1977 (прототип)." (54)(57) ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН ИСПц"

ТАТЕЛЯ ПЛАСТОВ, включающий полый . корпус с радиальными каналами, установленный в нем подпружиненный золотник с осевым .<аналом и рядом радиальных каналов, жестко связанный с замковой втулкой и выполненный с фи.гурным пазом на наружной поверхно-. сти, и фиксатор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыйения надежности его в работе путем управления клапаном осевым .еремещением колонны труб, в корпусе телескопически установлен жестко связан"

;3 ный с колонной труб шток, на кото-. ром размещен фиксатор, золотник выполнен с дополнительным рядом радиальных каналов и. имеет палец в нижней части, а внутренняя поверхность I корпуса имеет пазы под палец золотника.

1016495

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а- именно к устройствам, используемым при ис-. пытании скважин пластоиспытателями на трубах, Известен циркуляционный клапан многократного действия с постоянно свободным осевым каналом, позволяющий осуществлять текущий дистанционный контроль забойных параметров в процессе испытания и промывки скважины. Клапан содержит корпус. с радиальными каналами, в котором концентрично установлены запорный орган, выполненный в виде .полых плунжера и пораня, шток, узел гидравлического урав" новешивания и фиксаторы. Кроме того,. он снабжен втулкой, жестко связанной с штоком и установленной с возможно.стью взаимодействия при помощи фиксатора с плунжером и поршнем I 1j, Основным недостатком этого клапана является исйользование гидравлики для управления, которая, как показала практика работ, не очень надежна, так как управляющий перепад давления должен преодолевать силы трения. в подвижных,уплотнениях, которые,,в свою очередь, сами зависят от величины перепада давления,гидростатического давления .в скважине, состояния уплотняемых поверхнастей и свойств . .жидкости. Таким образом, трудно прогнозировать величину перепада давления, требуемую для управления работой клапана.

Известен также циркуляционйый клапан испытателя пластов, включающий полый корпус с радиальными каналами, установленный в нем подпружиненный золотник с осевым каналом и рядом радиальных каналов, жестко связанный с замковой втулкой -и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхно:сти и фиксатор P 2), .Однако принцип действия клапана основан на использовании дифференци.ального поршня, перемещаемого под действием перепада .давления в гидросистеме, создаваемого за счет местного гидросопротивления, в качестве которого использован. радиальный цир:куляционный канал в поршне, сечение .которого значительно меньше сечения радиального канала в корпусе клапа" на. Следовательно для повышения эффективности работы такой схемы клапана необходимо снижать сечение гидросопротивления, т.е. уменьшает диаметр радиального канала в поршне. t

Но при этом .резко возрастает вероятность засорения циркуляционного ка" нала поршня, шламом, окалиной, ку5 сочками парафина и прочими примеоя" ми, содержащимися в скважиниой жидкости, А этот канал всего один, Кроме того, при больших скоростях закачки не исключена..опасность размыва скоро"

1Р стной струей жидкости как самого канала в поршне, так и элементов, попадающих под эту струю.

Конструкция данного клапана (нали" чие радиального канала. в поршне с

15 малым проходным сечением) исключает возможность проведения интенсивной прямой йромывки скважины, поскольку при повышении скорости циркуляции поршень клапана будет стремиться cagp мопроизвольно занять верхнее(закрытое) полвжение.

Если же радиальный канал в поршне имеет проходное сечение, достаточное для проведения интенсивной промывки, 25 то в таком случае возникает угроза аварийной ситуации. Обьясняется это тем, что даже при незначительном превышении предельно допустимой скорости циркуляции и небольшом сдвиге

1р поршня вверх клапан практически мгновенно переходит в положение "Закрыто" за счет уменьшения сечения радиального циркуляционного канала поршня, сопутствующего его движению. Игно=

35 венное закрытие клапана вызовет гидравлический удар в трубах и устройствах испытательного инструмента, способный вывести из строя подземное оборудование скважины., Целью изобретения является повышение надежности его в работе путем

/ управления клапаном осевым перемещением колонны труб.

Поставленная цель достигается тем, 45 что в циркуляционном клапане испытателя пластов, включающем полый корпус с радиальными каналами, установленный в нем подпружиненный золотник с осе. вым каналом и рядом радиальных каналов,жестко связанный с замковой втулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности, и фиксатор, в корпусе телескопически установлен жестко связанный с колонной труб

55 шток, на котором размещен фиксатор, золотник выполнен с дополнительным рядом радиальных каналов и имеет палец в нижней части, а внутренняя по5 . 4

При испытании многопластовых нефонтанирующих скважин компрессорным способом чаще всего используется двух или трехпакерная компоновка испытательного инструмента с установкой открытого фильтра вместо исянта"

3 101649 теля пластов. В этом случае .спуск инструмента в скважину сопровождается заполнением полости насосно-компрес" сорных труб (HKT) промывочной жидкостью, поступающей через фильтр, что упрощает использование циркуляционного клапана, так как при этом не требуется производить спуск его в гарантированна закрытом положении. В связи с этим клапан опускается в скважину с открытыми циркуляционными. каналами 5, т.е..беэ установки в них ди- афрагм 6. Если перед спуском клапана и в процессе него золотник 1О находится в положении "Закрыто", то при этом шток 2 занимает. крайнее верхнее положение относительно. корпуса 1 клапан растянут, золотник 10 зафиксирован от-перемещения вверх под дей.ствием- пружины 15 с помощью пальца

16, который опирается на торцовую поверхность B корпуса 1, фиксатор 20 находится в крайнем верхнем положе= нии относительно замковой втулки 18 (например, в положении 7 фигурного паза 19).

После спуска клапана на требуемую глубину производится пакеровка испытательного инструмента, при этом шток 2 под действием веса вышерасголоженной части колонны НКТ перемещается вниз до упора своей -муфтой в., корпус 1. При этом перемещении фиксатор 20, связанный .с штоком 2, доходит до нижнего. скоса фигурного паза 19 и повернув замковую втулку

18 вместе. с золотником 10 на некоторый угол, попадает в удлиненную вертикальную прорезь паза 19, заняв.в ней положение .Осевой ход пальца

16 иэ положения Ъ в положение g ра-вен ходу штока.2 относительно корпуса 1, поэтому золотник 10 сохраняет свое пРежнее положение по вертикали относительно корпуса 1, а клапан ос" тается в закрытом положении. Но па" лец 16, благодаря частйчному провороту золотника 10, переходит из поэйции P. в позицию яс, оставаясь на торце лрофилированной поверхности о корпуса 1. Таким образом, клапан иэ состояния "растянут, закрыт" переходит в состояние "сжат закрыт"

Работа клапана осуществляется следующим образом.

Сначала производят подготовку его $$ к работе, последовательность которой зависит от намеченной технологии ис" пытания скважин. верхность корпуса имеет пазы под палец золотника.

На фиг. 1 показан предлагаемый клапан, продольный разрез; на фиг.2узел I на фиг; 1; на фиг, 3: - развертка наружной поверхности замковой .втулки с замкнутым фигурным пазом; на фиг, 4 - сечение A-А на фиг.1, Циркуляционный клапан содержит корпус 1, внутри которого размещен 1е полый подвижный шток 2, соединенный с корпусом 1 с помощью шпоночного узла 3. В средней части штока 2 имеется поршневая головка 4, образующая с корпусом 1 две герметично раэоб- 1$ щенные камеры а и б, гидравлически связанные соответственно с внутритрубным и кольцевым (эатрубным) пространствами скважины.. В корпусе

1 выполнены радиальные- циркуляцион" 6 ные отверстия 5, расположенные на, .одном уровне, в которых установленыразрушаемые диафрагмы одностороннего:действия 6, герметичяо .разобщающие внутритрубное и кольцевое ripo- д$ странство. скважины с помощью резинового кольца 7 и полой нажимной втулки.8. На внешнем, торце диафрагмы б выполнена кольцевая канавка 9. Кроме . того, в корпусе I установлен золотник >>

10 со свободно вращающейся относительно него втулкой 11., загерметизированной относительно корпуса с помощью уплотнений 12 . Золотник 10 содержит два ряда радиальных циркуляционных каналов 13 и 14 и подпружинен снизу пружиной 15, Взаимное осевое положение золотника 10 и корпусами 1 определяется при помощи пальца 16, в нижней части -золотника !О и взаимодействующего с профилированной орцовой по- О верхностью 3 корпуса 1, имеющей уг» лубление в виде шпоночного паза 17, ширина которого определяется расчетным путем. Помимо этого..золот-. ,ник 10 жестко связан с замковой 4$ втулкой 18, на наружной поверхно " сти которой выполнен замкнутый фи"

;гурный .паз 19. С пазом 19 взаимодей. ствует фиксатор 20, размещенный на нижнем конце штока 2. Другой конец $в штока 2 соединен с муфтой 21. снова посадку, При натяжке шток - 2, выдвигаясь вверх, приводит фиксатор

20 в положение л фигурного паза 19, что позволяет золотнику 10 под действием пружины 15 вернуться в прежнее положение., соответствующее состоянию клапана "растянут, закрыт", А при последующей посадке инструмента фиксатор 20 снова оказывается в очередной удлиненной прорези фигурного паза 19, обеспечивающей переход клапана в положение "сжат,. закрыт", При этом палец 16 золотника 10 занимает положение г1, граничащее с пазом

17,.профилированной поверхности $ корпуса 1, 15

В этом сйучае, если необходимо осуществить циркуляцию через клапан в его растянутом положении (например, с целью избежания подыма. с сифоном при работе с испытателеи пластов) производится очередная. натяжка инструмента. При этом клапан приводится в растянутое положение и шток 2 переводит фиксатор 20 в следующее .паложение 0 фигурного паза. 19. Одновременно с этим происходит следующее. Переход фиксатора 20 в положение 0 сопровождается дополнительным проворотом зо-! потника 10 на некоторый угол, в результате чего палец 16-утапливается в пазу 17 профилйрованной поверхности

6, занимая положение г1„ и .золотник

10, освобождаемый от действия нижне" го упора, смещается под действием пружины 15 вверх относительно неподвижного фиксатора 20, находящегося в крайнем верхнем положении относительно корпуса 1. Глубина паза 17 обеспечивает:перемещение золотнйка 1О вверх на величину, достаточную для совмеения нижних циркуляционных каналов

4 золотника 10 с циркуляционными ка-. налами 5 корпуса I Таким образом, клапан переходит в состояние "растянут, открыт"., которому соответствует положение 1 фиксатора 20 в фигурном пазу 19, причем в процессе перемещения из положения 0 в положение ь фиксатор 20, взаимодействуя с очередным скосом паза, дополнительно проворачивает золотник 10 до упора пальца

16 в стенку .паза 17 профилированной поверхности 8:. Благодаря этому, при последующем сжатии клапана фиксатор

20 движется вниз совместно с золотником 10, сжимая пружину 15 и не изменяя своего положения относительно фи-; гурного паза 19 до тех пор, пока па5 10161195 6 и остается в таком положении до следующей команды с поверхности.

Если после проверки места уста,новки якоря и пакеров принимается решение заменить в скважине раствор на воду до глубины исследуемого интервала, то в этом случае производится циркуляция через фильтр при освобожденных пакерах и закрытом циркуляционном .клапане. Для этого

: HKT приподйимают вверх на необходимую величину, что приводит к выдвижению штока 2 вверх до пора, перемещению. фиксатора 20 иэ положения д фигурного nasa 19 в положение Q относительно неподвижной в осевом направлении замковой втулки 18 и дополнительному провороту пальца 1:6 относительно шпоночного:паза 17 профилированной поверхности g . .При этом 2в клапан снова оказывается в положении

".растянут, закрыт".

При вызове притока из пласта и проведении компрессорных откачек испЫтательный иНструмент снова за- $5 пакеровывается и компрессирование производится через открытый цирку. ляционный клапан. Для этого трубы разгружаются на якорь, что приводит к сжатиЮ клапана, При этом:фиксатор

20, пройдя часть своего свободного хода, упирается в. нижний край корот.кой прорези фигурного паза 19 и далее движется вниз вместе с замковой втулкой 18, преодолевая усилие пружины. 15,. что приводит к смещению .:.золотника 10 в крайнее нижнее псцпо.жение., при котором происходит совме..щение циркуляционных каналов 5 корпу-, са 1 с циркуляционными каналами 13.. ц золотника 10., Таким образом, клапан переходит в положение.,"сжат, открыт", что позволяет в процессе .компрессирования передавать на пакера необходимую сжимающую .нагрузку с це лью..сохранения герметичности пакеровки, независимо от изменения .ввлйчины перепада давления, действующе го,йа пакеры.

Если, по окончании. компрессироваSO ния необходимо записать кривую .восстан6вления давления, наг1ример, с, помощью запорного клапайа, работающего от сжатия и расположенного выше циркуляционного клапана, то в этом случае последний должен быть закрыт, а инструмент запакерован.

Для этого достаточно произвести вначале натяжку инструмента; а затем 7 10 1.649 лец 16 не выйдет иэ nasa .17 и не ос.;вободит золотник 10. Тогда фиксатнэр

20, взаимодействуя со скосом фигурно-, го паза 19; проворачивает золотник

10, и палец 16 снова оказывается иа- s торце профилированной поверхностиб в положение:ъ . В конце хода штока 2 вниз фиксатор 20 оказывается в поло-. .жении у фигурного паза 19, что приводит:клапан снова в состояйие ".сжат, 1з закрыт", При необходимости подъема инструмента без циркуляций произ- " водится очередная натяжка инструмента, что возвращает клапан.в ис" ходное положение "растянут, закрыт", и

При этом фиксатор 20 .возвращается в положение ъ,. а палец 16 - в положение е. На этом цикл заканчивается и при необходимости осуществляется повторно в укаэанной последователь- . щ ности:

1., "Растянут, закрыт";

2. "сжат, закрыт";

3, "растянут, закрыт";

5. "растянут, закрыт";

6. "сжат, закрыт-",.;

7. "растянут, открыт", 8. "Сжат, закрыт";

Приведенный выше состав цикла, количество Фиксированных позиций, - а также их последовательность могут быть .выбраны иными, наиболее оптимальными, 8 зависимости от при- .. нятой технологии испытания скважин 33 .а также от назначения циркуляционного клапана. Например,. данный клапан может использоваться для -работы совместно с испытателем пластов с целью проведения промывки лодпакерной эонЫ от пластового флюида и разгази= ровайного раствора перед подьемои ин ; струмента или для проведейия операций.по интенсификации -йритока с целые . осуществления циркуляций при достав" ке рабочих жидкостей .на-забой и,закачке их в пласт. В-этих случаях мо". жет быть. применена иная структура цикла, что .йриведет к необходимости изменения формы Фигурного паза 19 и профилирований поверхности о. корпу-са 1.

При работе циркуляционного клапана совместно с испытателем пластов, ког- да самопроизвольное открытие клапана в процессе спуска инструмента может привести к нежелател.ьному преждевре". менному заполнению полости НКТ жидкостью, диафрагмы 6 предохраняют клапан от открытия в случае его внезапного сжатия, например, при неожиданных посадках инструмента в.период спуска. В таких, случаях для открытия клапана необходимо предварительно создать в НКТ избыточное внутритрубное давление в пределах 30-50 кгс/см при котором диафрагма 6, благодаря наличию односторонней канавки- 9 на их внешних торцах, разрушаются и открывают циркуляционные каналы 5.корпуса 1. При этом диафрагмы 6 выполнены таким образом, что при превышении внешнего (затрубного) давления срабатывание их .происходит при разрушении металла не по дну кольцевой канавки 9., à по утолщенной центральной насти, что требует значительно большего, перепада давления.

Замена гидравлического привода управления механическим позволяет снизить стоимость изготовления деталей и узлов клапана и повысить его работоспособность.

Важным преимуществом предлагае-, мого клапана является также и то, что его применение, в отличие от прототипа, не связано с опасностью создания гидравлических ударов в скважине.

Кроме того, предлагаемый клапан позволяет производить промывки скважин независимо от интенсивности проявления притока, что снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций при испытании скважин„ вызван- ных прихватами инструмента,.и, тем . самым, дает возможность получить дополнительный экономический эффект : за счет снижения числа аварий, а также - времени и средств, связано ных с их ликвидацией.

1016495. 1016495

Составитель И.Кейке

Редактор .А.Øàíäîð Техред И.Гергель - Коррекгор А.дзятко

» ° ь» е»» е.

Заказ 333Ы33 ТИраж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам йзобретений -и открытий: . t)3035, .Иовква; Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

» Ю»»

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,. ул. Проектная, 4