Циркуляционный клапан

 

(19)RU(11)1082941(13)C(51)  МПК ⁶    _E21B49/00Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к циркуляционным клапанам, используемым при испытании скважин пластоиспытателями на трубах. Известен циркуляционный клапан, имеющий сквозной осевой канал для прохода геофизических приборов, спускаемых на каротажном кабеле. К недостаткам описанного устройства следует отнести невозможность передачи через последний осевых нагрузок на нижерасположенные устройства пластоиспытателя при открытых циркуляционных отверстиях, то есть создать условия для надежной работы пакеров испытательного инструмента. Известен также циркуляционный клапан, состоящий из телескопически связанных полых корпуса и штока с радиальными каналами, подпружиненного поршня с радиальными отверстиями, установленного между корпусом и штоком, и фиксаторов, размещенных в радиальных отверстиях поршня с возможностью взаимодействия со штоком. Основными недостатками устройства является то, что при проведении компрессорных откачек через открытый циркуляционный клапан дистанционные изменения можно проводить только в точке, невозможно проводить геофизические исследования с перемещением прибора вдоль интервала перфорации, так как для его работы необходима постоянная натяжка кабеля. Достоинством этого клапана является то, что он позволяет осуществлять циркуляцию при сжатом положении испытательного инструмента, что повышает надежность работы пакеров. Но для этого необходимо удерживать запорный узел клапана в крайнем верхнем положении с помощью специального захвата, установленного на каротажном кабеле, т. е. удерживать кабель в постоянно натянутом состоянии. А это приводит к тому, что в процессе циркуляции глубинный дистанционный прибор вынужден оставаться в неподвижном состоянии, что позволяет проводить дистанционные измерения с записью в точке, но исключает возможность проведения каротажных работ, требующих перемещения прибора вдоль исследуемого разреза, что существенно ограничивает методические возможности всего испытательного инструмента, в составе которого используется данный циркуляционный клапан и в особенности при испытании нефонтанирующих пластов, когда полые гидродинамические исследования приходится проводить по методу компрессорной откачки с использованием циркуляционного клапана. Вторым недостатком прототипа является то, что он не позволяет производить замену геофизического прибора без нарушения режима испытания, так как для извлечения прибора из скважины приходится закрывать клапан. Целью изобретения является упрощение конструкции и обеспечение возможности геофизических исследований по стволу при испытании скважины испытателем пластов. Поставленная цель достигается тем, что в циркуляционном клапане, состоящем из телескопически связанных полых корпуса и штока с радиальными каналами, подпружиненного поршня с радиальными отверстиями, установленного между корпусом и штоком, и фиксаторов, размещенных в радиальных отверстиях поршня с возможностью взаимодействия со штоком, корпус выполнен с кольцевым выступом, а фиксаторы установлены с возможностью взаимодействия с выступом корпуса. На фиг. 1 выполнен продольный разрез общего вида устройства в варианте сборки, обеспечивающем открытие клапана путем сжатия инструмента; на фиг. 2 то же, в варианте, обеспечивающем открытие клапана путем насадки инструмента. Циркуляционный клапан состоит из составного корпуса 1, составного штока 2, пружины 3, поддерживающей клапан в растянутом положении, камеры 4, связанной радиальными каналами 5 с затрубным пространством, образующих узел гидравлического уравновешивания для компенсации действующей на корпус 1 выталкивающей силы при избыточном давлении в затрубном пространстве. В корпусе 1 установлен подпружиненный пружиной 8 дифференциальный поршень 9, являющийся затвором и имеющий уплотнения 10 и 11 для разобщения затрубного и внутритрубного пространства. В штоке 2 и корпусе 1 выполнены радиальные каналы 12 и 13 для циркуляции при открытом затворе, а в поршне 9 выполнены отверстия 14 с установленными в них фиксаторами-шариками 15. В штоке 2 выполнена наружная кольцевая проточка 16, а на внутренней поверхности корпуса 1 большая 17 и меньшая 18 цилиндрические проточки, образующие выступ для взаимодействия с фиксаторами. На концах устройства выполнены присоединительные резьбы 19, а для передачи вращения нижерасположенным устройствам на штоке 2 выполнены пазы 20, а в корпусе 1 установлены шпонки 21. Клапан работает следующим образом. В комплект испытательного инструмента, имеющего сквозной осевой канал для прохода приборов, на разных глубинах устанавливаются 2-3 циркуляционных клапана. В процессе спуска клапаны находятся в закрытом положении, так как дифференциальный поршень 9 под действием избыточного наружного давления и пружины 3 находится в крайнем верхнем положении и перекрывает циркуляционные каналы 13. Кроме того, даже создание избыточного внутреннего давления не приводит к открытию клапана, так как шарики 15, находящиеся в гнездах 14, упираются в выступ, образованный переходом диаметров проточек 17 и 18. По достижении заданного интервала и установки пакеров проводятся работы по вызову притока, исследованию пластов и другие, при которых клапан остается закрытым, так как в сжатом положении при создании избыточного внутреннего давления поршень 9 фиксируется относительно корпуса 1 с помощью шариков 15. Для открытия клапана проводится его растяжение и создается избыточное внутреннее давление, под действием которого дифференциальный поршень 9 стремится сдвинуться вниз, преодолевая действие пружины 8, но шарики 15 препятствуют этому. Не снимая внутреннего давления сжимают клапан и при этом кольцевая проточка 16 на штоке смещается вниз и при проходе мимо гнезд 14 шарики 15 смещаются внутрь освобождая поршень 9. Дальнейшее смещение поршня 9 происходит сначала под действием перепада давления, действующего на поршень 9, а затем поcле чаcтичного открытия каналов 13 за cчет взаимодейcтвия проточки 16, шариков 15, гнезд 14 c кольцевой проточкой корпуcа. Закрытие клапана оcущеcтвляетcя его раcтяжением, при том поршень 9 возвращается в крайнее верхнее положение сначала за счет взаимодействия проточки 16, шариков 15, гнезд 14, кольцевой проточки 18 и пружины 8, а в конце только пружины 8. Пружина 8 подбирается таким образом, чтобы нижний порог срабатывания клапана был равным 25-30 атм. Это необходимо для исключения самопроизвольного открытия при проведении других технологических операций, таких как доставка кислоты в зону фильтра и последующая пакеровка, или удельном весе промывочной жидкости, заполняющей затрубное пространство, меньшем удельного веса кислотного раствора. Клапан управляется следующим образом. 1. Открытие создание избыточного внутреннего давления более 30 атм при растянутом клапане и последующее сжатие клапана; 2. закрытие растяжение клапана; 3. клапан закрыт при создании избыточного внутреннего давления в растянутом положении; 4. клапан закрыт при создании избыточного давления в сжатом положении; 5. клапан закрыт сжатие и растяжение без создания избыточного внутреннего давления, превышающего 25-30 атм (регулируется пружиной 3). При этом для работы клапана применяют одновременно гидравлические и механические команды управления. Это исключает открытие клапана при управлении другими устройствами комплекта испытательного инструмента, что может привести к нарушению режимов испытания или созданию аварийной ситуации, а гидравлический насос является обязательным компонентом наземного оборудования. Применение циркуляционного клапана позволяет проводить компрессорные откачки через любой из нескольких установленных клапанов, расположенных на разных глубинах с одновременной передачей нагрузки на пакеры и обеспечивающих проведение геофизических исследований приборами на каротажном кабеле по стволу скважины, что приводит к сокращению времени испытания за счет сокращения числа спуска подъемных операций и дополнительных операций по задавке скважины. Кроме того, данная конструкция легко трансформируется в клапан, показанный на фиг. 2. Трансформация осуществляется без использования дополнительных деталей только сборкой в иной последовательности. При этом клапан управляется следующим образом. 1. Открытие сжатие клапана, затем создание избыточного внутреннего давления и последующее растяжение клапана; 2. закрытие сжатие клапана; 3. клапан закрыт при создании внутреннего давления в сжатом положении; 4. клапан закрыт при создании внутреннего давления в растянутом положении; 5. клапан закрыт растяжение и сжатие без создания избыточного внутреннего давления. Клапан, показанный в комплекте испытательного инструмента, ниже пакера служит для доставки кислоты в зону фильтра скважины и исключения "сифона" при подъеме. Возможность трансформации клапана исключает необходимость введения дополнительного клапана, управляемого этими командами, так как клапан, показанный на фиг. 1, используется при испытании нефонтанирующих объектов с применением компрессора, а клапан, показанный на фиг. 2, при испытании фонтанирующих объектов, что снижает стоимость и металлоемкость комплекта испытательного инструмента. Работает вариант клапана следующим образом. В растянутом положении клапан закрыт, так как поршень 9 находится в крайнем нижнем положении под действием избыточного наружного давления и пружины 3 и перекрывает циркуляционные каналы 13. При создании внутреннего давления клапан остается закрытым, так как поршень 9 удерживается в крайнем нижнем положении шариками 15. Для открытия клапана необходимо его сжать, при этом проточка 16 смещается вниз, проходя мимо гнезд 14 с шариками 15, а затем, создав избыточное внутреннее давление, растянуть клапан. При растяжении в момент прохода проточки 16 мимо гнезд 14 шарики 15 смещаются внутрь и поршень 9 смещается вверх, сначала под действием гидравлического усилия на поршне 9, а затем после открытия каналов 13 за счет взаимодействия проточки 16, шариков 15, гнезд 14 и кольцевой проточки 17. Закрытие клапана осуществляется сжатием устройства. Открытие клапана происходит и при такой последовательности команд: создание избыточного внутреннего давления в растянутом положении, затем сжатие устройства не снимая давления и растяжения, так как при работе в составе комплекта, имеющего пластоиспытатель с гидравлическим реле времени, после сжатия клапана, а одновременно с ним и испытателя пластов не удается поднять внутреннее давление до открытия впускного клапана испытателя пластов, а после открытия впускного клапана испытателя пластов внутреннее и наружное давление выравниваются. Как правило, быстро создать избыточное давление в трубах не удается после получения притока в трубы нефти с высоким газовым фактором и это приводит к значительным осложнениям в работе и связанным с этим потерям рабочего времени и средств. Таким образом, технико-экономический эффект от циркуляционного клапана обусловлен снижением стоимости комплекта испытательного инструмента, обеспечивает возможность проведения компрессорных откачек при исследовании нефонтанирующих объектов методом установившихся отборов в комплексе с геофизическими исследованиями по стволу скважины и повышает безопасность работ при испытании фонтанирующих нефтегазовых объектов.

Формула изобретения

ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН, состоящий из телескопически связанных полых корпуса и штока с радиальными каналами, подпружиненного поршня с радиальными отверстиями, установленного между корпусом и штоком, и фиксаторов, размещенных в радиальных отверстиях поршня с возможностью взаимодействия со штоком, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения возможности геофизических исследований по стволу при испытании скважины испытателем пластов, корпус выполнен с кольцевым выступом, а фиксаторы установлены с возможностью взаимодействия с выступом корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2