Устройство для испытания пластов

 

Изобретение относится к испытанию скважин пластоиспытателями на трубах. Основное назначение устройства - это обеспечение в процессе испытания условий, при которых возможно испытание трещиноватых пластов по многоцикловой технологии со ступенчатым увеличением депрессии от цикла к циклу. Техническим результатом является обеспечение многоциклового процесса со ступенчатым увеличением депрессии от цикла к циклу при повышении надежности работы устройства в процессе испытания пластов, а также упрощение конструкции. Для этого устройство содержит корпус, шток, золотниковый клапан, имеющий возможность возвратно-поступательного движения под воздействием механизма переключения золотникового клапана, клапаны, размещенные во втулках, поршень, взаимодействующий с силовыми штоками, плавающий разделительный поршень, стойку с фигурным пазом, на которой подвижно установлен патрубок с пальцем. Причем корпус выполнен из сварного корпуса и корпуса блока управления, соединенных между собой с помощью винтов, поршень, взаимодействующий с силовыми штоками, выполнен полым с наружными разъемными торцами одинакового диаметра и снабжен подвижно размещенным в его полости компенсатором с пробкой, который отделяет полость поршня от внутритрубной среды, а от среды затрубного пространства полость поршня изолирована плавающим разделительным поршнем, установленным в сварном корпусе и охватывающим наружную поверхность поршня, а клапаны, размещенные во втулках, выполнены подвижными в виде дифференциальных штоков, площадь сечения большего диаметра которых в 2 раза превышает площадь сечения меньшего диаметра, имеющих на наружной поверхности 4 ряда уплотнительных колец, глухое осевое отверстие и два радиальных отверстия, пересекающих осевое отверстие и перекрытых втулками, закрепленными жестко с корпусом блока управления. Причем первое радиальное отверстие расположено между вторым и третьим рядом уплотнительных колец, а второе радиальное отверстие - под большим диаметром дифференциального штока, при этом патрубок с пальцем подпружинен и имеет возможность осевого перемещения относительно стойки при взаимодействии с золотниковым клапаном. 2 ил.

Изобретение относится к области испытания скважин пластоиспытателями на трубах. Основное назначение устройства - это обеспечение в процессе испытания условий, при которых возможно испытание трещиноватых пластов по многоцикловой технологии со ступенчатым увеличением депрессии от цикла к циклу.

Известен испытатель пластов (А.С. 1562441, Е 21 В 49/00, 07.05.90 Бюл. 17), спускаемый на колонне труб, включающий полый корпус с входным отверстием, перекрытым подпружиненной запорной втулкой, и установленный в корпусе ступенчатый шток с каналами, который образует с корпусом гидравлическую камеру. Недостатком данного устройства является очень низкая надежность работы в скважинах средней глубины, а также в глубоких скважинах по причине невозможности точного определения веса колонны труб, который необходимо разгрузить на забой.

Известен также испытатель пластов, взятый за прототип (А.С. 746099, Е 21 В 49/00, 07.07.80, Бюл. 25), содержащий штангу, установленную в корпусе со стойкой и жестко связанную с золотниковым клапаном, и клапаны, размещенные во втулках, связанных со стойкой срезными элементами, патрубок с пальцем и поршень со штоками, причем втулки установлены с возможностью взаимодействия с пальцем, а поршень - со штоками. Данное устройство имеет следующие недостатки: - при смещении втулок происходит срезание шпилек, что снижает надежность работы испытателя в целом, а также возникает опасность самосрезания шпилек при гидравлических ударах; - испытатель, управляемый от вертикального перемещения труб и являющийся приводом устройства в прототипе, не всегда обеспечивает надежное получение восстановления пластового давления, особенно в скважинах средней и большой глубины и горизонтальных скважинах; - сложность конструкции.

Задача изобретения - создание устройства, обеспечивающего многоцикловой процесс со ступенчатым увеличением депрессии от цикла к циклу при повышении надежности работы устройства в процессе испытания пластов, а также упрощение конструкции.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для испытания пластов, содержащем корпус, шток, золотниковый клапан, имеющий возможность возвратно-поступательного движения под воздействием механизма переключения золотникового клапана, клапаны, размещенные во втулках, поршень, взаимодействующий со штоками, плавающий разделительный поршень, стойку с фигурным пазом, на которой подвижно установлен патрубок с пальцем, в отличие от прототипа корпус выполнен из сварного корпуса и корпуса блока управления, соединенных между собой с помощью винтов, поршень, взаимодействующий с силовыми штоками, выполнен полым с наружными разъемными торцами одинакового диаметра, в полости полого поршня подвижно размещен компенсатор с пробкой, который отделяет полость поршня от внутритрубной среды, от среды затрубного пространства она изолирована плавающим разделительным поршнем, установленным в сварном корпусе и охватывающим наружную поверхность поршня, а клапаны, размещенные во втулках, выполнены подвижными в виде дифференциальных штоков, при этом площадь сечения большего диаметра в 2 раза превышает площадь малого диаметра штока. На наружной поверхности дифференциального штока установлены четыре ряда уплотнительных колец, выполнены осевое глухое и два радиальных отверстия, пересекающих осевое отверстие и перекрытых втулками, закрепленными жестко с корпусом блока управления, причем первое радиальное отверстие расположено между вторым и третьим рядом уплотнительных колец, второе - под большим диаметром дифференциального штока, при этом патрубок с пальцем подпружинен и имеет возможность осевого перемещения относительно стойки при взаимодействии с золотниковым клапаном.

Новыми признаками заявляемого устройства являются - выполнение корпуса из сварного корпуса и корпуса блока управления, соединенных между собой с помощью винтов; - выполнение поршня, взаимодействующего со штоками, полым с разъемными наружными торцами одинакового диаметра, что позволяет сократить время сборки устройства и упростить конструкцию; - возможность размещения в полости поршня компенсатора с пробкой, который изолирует полость от внутритрубной среды; - изоляция поршня от затрубной среды с помощью разделительного плавающего поршня, охватывающего его наружную поверхность; - выполнение клапанов, размещенных во втулках, подвижными в виде дифференциальных штоков, в которых площадь сечения большего диаметра в два раза превышает площадь сечения малого диаметра штока; - установка на наружной поверхности дифференциального штока четырех рядов уплотнительных колец;
- выполнение глухого и двух радиальных отверстий, пересекающих осевое и перекрывающихся втулками, причем первое радиальное отверстие расположено между вторым и третьим рядами уплотнительных колец, которое сообщает полость под силовым штоком с полостью, связанной через разделительный поршень с затрубным пространством, а второе радиальное отверстие расположено под большим диаметром дифференциального штока; такое выполнение штоков обеспечивает их гидравлическую уравновешенность при любых перепадах давлений;
- возможность осевого перемещения подпружиненного патрубка с пальцем относительно стойки при взаимодействии с золотниковым клапаном испытателя пластов.

Заявителю не известны технические решения, отличающие заявляемое решение от прототипа. Таким образом, можно сделать вывод, что заявляемое устройство для испытания пластов соответствует критериям изобретения "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Изобретение представлено фиг. 1 и 2.

Устройство для испытания пластов содержит муфту 1, внутри которой установлены втулка 2 и конус 3, сварной корпус 4, соединенный с помощью винтов 5 с корпусом 6 блока управления, в верхней части которого подвижно размещены несколько, например шесть, силовых штоков 7 и выполнены отверстия "а".

Каждое из отверстий, в которых установлены силовые штоки, через отверстия "а" сообщаются с полостью "г", заполненной жидким маслом, например трансформаторным. В нижней части корпуса 6 блока управления установлены дифференциальные штоки 8, размещенные во втулках 9 и 10, которые в свою очередь фиксируются от выпадения из корпуса 6 гайкой 11. Дифференциальные штоки 8 устанавливаются так, что в исходном положении перекрывают отверстия "а", и выполнены таким образом, что площадь сечения большего диаметра в два раза превышает площадь сечения малого диаметра, кроме того, на поверхности дифференциальных штоков установлены четыре ряда уплотнительных колец 28, 29 и выполнены глухое осевое отверстие "б" и два радиальных "в", пересекающих осевое и перекрывающихся втулками 9 и 10. Первое радиальное отверстие расположено между вторым и третьим рядами уплотнительных колец и сообщает полость "г" с полостью "ж", находящейся под торцом силового штока 7, а второе радиальное отверстие расположено под большим диаметром и служит для гидравлического уравновешивания дифференциального штока 8.

К нижней части корпуса блока управления на резьбе подсоединяется переключатель депрессии, состоящий из штока 12, стойки 13, патрубка 14 с пальцем "д", пружины 15, штифта 16, подшипника 17. В транспортном положении патрубок 14 под действием пружины растяжения 15 прижат к расширенной части штока 12. На наружной поверхности стойки 13 выполнен фигурный паз "е", в который вставлен штифт 16, жестко связанный с патрубком 14. При продольном перемещении патрубка 14 относительно стойки 13 и штока 12 штифт 16 скользит по фигурному пазу "е" и тем самым поворачивает патрубок 14 относительно стойки 13 за каждый ход на определенный угол, например на 60^o. Палец "д" при этом за каждый ход патрубка 14 нажимает на торец одного из дифференциальных штоков 8 и смещает его вверх. В результате полость "ж" под силовым штоком 7 через отверстие "в" и "а" сообщается с полостью "г".

С силовыми штоками 7 взаимодействует полый поршень 18, наружную поверхность которого охватывает плавающий разделительный поршень 19, установленный в сварном корпусе 4. На верхнем торце полого поршня установлены кольцо 20, втулка 21, а на нижнем - гайка 22 таким образом, что торцы выполнены разъемными и одинакового диаметра. Втулка 21 установлена так, что между ней и конусом 3 может быть небольшой зазор. Плавающий разделительный поршень 19 изолирует полость полого поршня от среды затрубного пространства, а от внутритрубной среды полость отделена компенсатором 23 с пробкой 24, размещенными внутри полого поршня.

Герметичность поверхностей осуществляется резиновыми уплотнительными кольцами 27, 28, 29, 30, 31, 32.

Устройство работает следующим образом.

Подготовленное устройство для испытания пластов подсоединяется к корпусу 34 испытателя пластов, имеющего верхнее расположение золотникового клапана, и спускается в скважину в обычной компоновке (снизу вверх): хвостовик из труб, фильтр, пакер, замок безопасности, ясс гидравлический, испытатель пластов, управляемый вращением с верхним расположением золотникового клапана 25, предлагаемое устройство для испытания пласта, циркуляционный клапан, бурильные трубы до устья. В процессе спуска золотниковый клапан испытателя пластов 25 находится в крайнем нижнем положении и не контактирует с патрубком 14. После спуска производится пакеровка и начинается испытание. В начале испытания в момент открытия впускного клапана золотниковый клапан 25 перемещается вверх и, преодолевая усилие пружины 15, смещает патрубок 14 до соприкосновения пальца "д" с дифференциальным штоком 8. Палец "д" перемещает один из дифференциальных штоков 8 вверх до момента, когда отверстие "в" дифференциального штока 8 сообщает полость "ж" под силовым штоком 7, где было атмосферное давление, через осевое отверстие "а" с полостью "г", где постоянно поддерживается гидростатическое давление затрубного пространства Р_ГСТ. При этом трансформаторное масло из полости "г" через отверстие "а" и радиальное отверстие дифференциального штока заполняет полость "ж" под силовым штоком 7. Плавающий поршень 19 частично перемещается вниз, а силовой шток 7, имея направление перемещения вверх, оказывает силовое воздействие на полый поршень 18.

В данном устройстве принципиальное значение имеет взаимодействие полого поршня 18 и всех установленных на поршне элементов (детали 20, 21, 22, 32) с другими элементами устройства (детали 3, 7 и др.). На внешние торцы группы деталей действует одно и то же внутритрубное давление, а на внутренний (верхний) торец гайки 22 действует существенно большее давление затрубного пространства. Поэтому полый поршень 18 стремится сместиться вниз до упора установленной на поршне 18 втулки 21 в конус 3 с усилием
Q=ΔP0,785(D²-d²),
где ΔР - перепад давления между затрубным и внутритрубным пространствами;
D² - наружный диаметр гайки 22;
d² - наружный диаметр полого штока 18.

При наличии притока из пласта при определенной депрессии пластовый флюид воздействует снизу на торец втулки 21, приподнимая ее вместе с полым поршнем 18 вверх. При этом образуется зазор между ребром втулки 21 и конусом 3. Этот зазор меняется в зависимости от величины притока, т.е. зазор прямопропорционален интенсивности притока, но противодавление на пласт поддерживается практически постоянным, т.к. составляющие усилия Q являются величиной постоянной.

Противодавление на пласт может быть уменьшено ступенчато за счет включения одного или нескольких силовых штоков 7, как описано выше.

Разница площадей гайки 22 и полого поршня 18 подобрана таким образом, что она превышает площадь одного силового штока 7 в несколько раз и примерно равна площади всех силовых штоков 7. Конструкция выполнена таким образом, что после смещения каждого дифференциального штока 8 внутрь под воздействием пальца "д" противодавление на пласт уменьшается на 1/n часть, т.е. депрессия увеличивается на 1/n часть (n - количество силовых штоков 7). Таким образом, устройство выполняет несколько циклов испытания, что позволяет испытать пласт со ступенчатым увеличением депрессии на пласт от цикла к циклу.

Однако, как показывает практика, порой достаточно бывает 2-3 ступеней депрессии. Количество ступеней депрессии определяется непосредственно при испытании пласта: как только из пласта будет получен достаточный приток, увеличение депрессии можно прекратить.

Предложенное техническое решение имеет существенные отличия по сравнению с аналогом и прототипом, а именно
- вертикальное перемещение элементов, управляемых испытателем, заменено вращательным, что позволило упростить конструкцию и повысить ее надежность работы в наклонных, глубоких и особенно в горизонтальных скважинах;
- отсутствие срезных элементов, следовательно, повышается надежность работы устройства в глубоких скважинах.

Формула изобретения

Устройство для испытания пластов, спускаемое на колонне труб, содержащее корпус, шток, золотниковый клапан, имеющий возможность возвратно-поступательного движения под воздействием механизма переключения золотникового клапана, клапаны, размещенные во втулках, поршень, взаимодействующий с силовыми штоками, плавающий разделительный поршень, стойку с фигурным пазом, на которой подвижно установлен патрубок с пальцем, отличающееся тем, что корпус выполнен из сварного корпуса и корпуса блока управления, соединенных между собой с помощью винтов, поршень, взаимодействующий с силовыми штоками, выполнен полым с наружными разъемными торцами одинакового диаметра и снабжен подвижно размещенным в его полости компенсатором с пробкой, который отделяет полость поршня от внутритрубной среды, а от среды затрубного пространства полость поршня изолирована плавающим разделительным поршнем, установленным в сварном корпусе и охватывающим наружную поверхность поршня, а клапаны, размещенные во втулках, выполнены подвижными в виде дифференциальных штоков, площадь сечения большего диаметра которых в 2 раза превышает площадь сечения меньшего диаметра, имеющих на наружной поверхности 4 ряда уплотнительных колец, глухое осевое отверстие и два радиальных отверстия, пересекающих осевое отверстие и перекрытых втулками, закрепленными жестко с корпусом блока управления, причем первое радиальное отверстие расположено между вторым и третьим рядом уплотнительных колец, а второе радиальное отверстие - под большим диаметром дифференциального штока, при этом патрубок с пальцем подпружинен и имеет возможность осевого перемещения относительно стойки при взаимодействии с золотниковым клапаном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2