Устройство для испытания пласта

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРС ВЕДОМСТ ЕННОЕ ПАТЕНТНОЕСССР (ГОСПАТЕНТ ССС 11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН. к авторскому свидетельству ьскии инстиИ.В.571230,кп. 5630, кл. 641056, кп ПЛАСТА Р Л Е 5(56) Авторское свидетельство СССР йВ 21 В 49/ОО, 1989.Авторское свидетельство СССР йЕ 21 В 49/ОО, 1989.Авторское свидетельство СССР НЕ 21 В 49/00, 1989.Авторское свидетельство СССР йЕ 21 В 49/ОО, 1990.(57) Изобретение относится к исследованиям скважин с помощью испытателей пластов на трубах, конкретно к испытательному оборудованию, управляемому вращением труб, и позволяет повысить надежность работы устройства в скважинах с тяжелыми или загрязненными средами (растворами), устройство содержит рабочий орган 32, гидродвигатель 30, 31 рабочего органа, насос 5, 8 приводимый в действие от вращающегося пзтока 3, и дроссепь 34, дополнительно установлен гицрораспредепитепь 15 с фиксатором 27 его положений, переключающий поток кидкости от на оса 5, 8 к гидродвигателю ЗО, 31 рабочего органа 32 в ту ипи иную сторону, а также гидродвигатепь 24 одностороннего действия с упругим возврагным зпементом25, подключенным к напорной магистрали 11 через редукционный клапан 26, взаимодействующим с гидрораспределителем 15 и фиксатором 27 его положений. Это позволяет перемещать рабочий орган 32 в обоих направлениях под действием жидкости, подаваемой из насоса 5, 8 через гидрораспределитепь 15 в гидродвигатепь 30, 31 рабочего органа во воемя вращения штока 3. Переключение гидрораспределителя 15 из одной позиции в другую осуществляется за счет изменения скорости вращения штока 3 путем чередования периодов его относительно быстрого и медленного вращения (или полной остановки) по алгоритму, определяемому конфигурацией фиксатора 27. Дрос - сель 34 обеспечивает возможность перемещения гидрораспределитепя 15 под действием пружины 25 при неработающем насосе 5, 8. 5 ил.Изобретение относится к исследовани- ненную в корпусе устройства и связаннуюям скважин, а именно к:устройствам для каналами 38 с наружным пространством,испытания пластов трубными пластоиспы- Шток 3 имеет внутреннюю полость, раздетателями. ленную перемычкой 39, выше и ниже котоЦелью изобретения является повыше рой в теле штока выполнены радиальныение надежности работы устройства путем каналы 40 и 41. Цилиндры 9, цилиндо 30,воэможности исключ",ния учета числа обо- напорная и возвратная магистрали 11 и 13ротовтруб при управлении им. заполнены минеральным маслом для гидНа фиг. 1 приведено устройство, общий равлических систем. Возвратная магиствид; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения 10 раль 13 имеет расширенную емкость (нефигурного паза на поверхности фиксатора обозначена) с разделительным поршнем 42,положений гидрораспределителя; на фиг, 4 выравниваюшим давление в возвратной маи 5 - гидрораспределитель в различных ра- . гистрали и во внешней среде, каналы 20 ибочих положениях 21 соединены с возвратной магистралью.Устройство для испытания пласта со- .15 Гильза 32 является рабочим органом усдержит (фиг. 1) корпус со шлицами 2; шток тройства; детали 5-10 и 12, 14 составляютЗсответнымишлицами 4;наклоннуюшайбу насос; цилиндр 30 и поршень 31 образуют5; установленную с возможностью враще- : гидродвигатель рабочего органа; поршеньния в кольцевой проточке штока(необозйз, пружина 25 и цилиндр, в котором устачена) и имеющую на наружной поверхности: 20. новлен поршень 24 (не обозначены), обрзэупродольный паэ 6, находящийся в зацепле- ют гидродвигатель одностороннегонии со шпонкой 7, жестко связанной с кор- действия с упругим возвратым элементом;. пусом 1; поршни 8, взаимодействующие с гильза 32, окна 33 и каналы 40 образуютнаклонным торцем, шайбы 5 и установлен- впускной клапан устройства; нижний конецные в цилиндрах 9, выполненных а теле што 36 штока, проточка 37 и каналы 38 составля, ка; пружины 10, прижимающие поршни 8,к ют уравнительный клапан.шайбе 5, напорную гидравлическую магист- . Устройство работает следующим обрараль 11, связанную с помощью нагнетатель- . зом,ных клапанов 12 со всеми цилиндрами 9;:Вскважинуустройствоспускаютнатрувозврзтнуюгидрзвлическуюмагистраль 13, 30 бах в растянутом положении с закрытымсвязанную посредством всасывающих кла- впускным и открытым уравнительным клапзйов 14 со всеми цилиндрами 9, золотни- паном. При этом шлицы 2 и 4 на корпусе иковый гидрораспределитель 15, имеющийштоке устройства находятся в зацеплении итри запорных звена 16, 17 и 18, которые . исклачаютвоэможностьповороташтокаотвзаимодействуют с каналами 19-23, выпал носйтельно корпуса, гильза 32 перекрываетненными в теле штока 3; привод гидрорасй- каналы 40, нижняя часть 36 штока находитсяределйтеля 15, состоящий из поршня 24 и выше проточки 37, запорные звенья 17 и 18пружины 25, при этом цилиндр, в котором гйдрораспределителя перекрывают каналыустановлен поршень 24, соединен с напор- . 22 и 23, фиксируя поршень 31 в верхнемной магистралью; редукционный клапан 26, 40 положении, палец 28 под действием пружиустзновленный между напорной магист- ны 25 упирается вторец ловушки "а" фигур.:ралью 11 и входным каналом 19 гидрорасп- ного паза на наружной поверхностиределителя; фиксатор 27 положений фиксатора 27(фиг.2),гидрораспределителя, имеющий нз своей.: При сжатии оборудования весом трубнаружной поверхности фигурный замкну после его спуска на заданную глубину штоктый паэ. с которым взаимодействует палец 3 перемещается относительно корпуса 128; предохранительный клапан 29,установ- вниз и упирается в подшипник 35. Шлицы 2ленный между входным каналом 19 гидро- и 4 размыкаются, нижняя часть 36 штокараспределителя и возвратной магистралью перекрывает проточку 37, закрывая уравни 13; цилиндр 30 с поршнем 31, размещенны тельный клапан, Корпус 1 с помощью пакерами в теле штока, причем верхняя и нижняя (на фиг. не показан) затормаживается отнополости цилиндра соединены каналами 22 и сительно стенки скважины. Шпонка 7 про 23 с гидрораспределителем 15; гильзу 32 с скальзывает вдоль паза 6, не выходя иэрадиальными окнами 33; дроссель 34, уста-. зацепления с ним.новленный между напорной 11 и возврат Затем трубы, а вместе с ними шток 3,ной 13 магистралями; упорный подшипник приводят во вращение, Поршни 8, вращаясь35, установленный между корпусом и што- вместе со штоком относительно неподвижной наклонной шайбы 5, под ее воздействиНижняя часть 36 штока 3 может пере- ем и действием пружин 10 приходят вкрывать или открывать проточку 37, выпол- возвратно-поступательное движение, всасывая через клапаны 14 жидкость иэ воз- клапан 29. Однако целесообразнее на неко- вратной магистрали 13 в цилиндры 9 и вы- торсевремя прекратить вращение труб, в брасывая ее через клапаны 12 в напорную Результате чего насос остановится, давлемагистраль 11, в которой создается избы ние в напорной магистрали упадет, предо- точное давление, Под действием этого дав- хранительный 29 и редукционный 6 ления поршень 24, преодолсвая усилие клапаны закро:отся, а гидрораспределитель пружины 25, смещает вниз гидрораспреде под действием пружины 25 вернется в литель 15 ификсатор 27,призтомредукци- исходное положение (фиг. 1), перемещая онный клапан 26 закрыт и перекрывает путь 10 поршень 24 вверх и выжимая жидкость из жидкости из напорной магистрали 11 в ка- напорной магистрали 11 через дроссель 34 нал 19, в возвратную магис-.валь 13, а торец ловуш. Часть жидкости под перепадом давле- ки "в" упрется в палец 28. Теперь можно ния перетекает иэ напорной магистрали 11 возобновить вращение труб, но уже с малой ввозвратнуюмагистраль 13 череэдроссель 15 скоростью, например 5 об/мин, чтовполне 34, Для того, чтобы поршень 24 начал пере- достаточно для предотвращения прихвата, мещаться вниз, скорость вращения труб или осуществлять периодическое их проводолжна быть относительно высокой, напри- рачивание с такой же малой скоростью, При мер 40 об/мин, иначе вся подаваемая жид- атом давление в напорной магистрали будет кость будет успевать перетекать через малым, так как жидкость будет успевать педроссель 34 и давление в напорной магист ретекать через дроссель 34, а гидрораспрерали будет недостаточным для преодоления делитель 15 и поршень 31 будут оставатьсяусилия пружинысилия пружины 25. в неизменном положении.Гидрораспределитель 15 смещается Для смены положениявпускного клапавниз до тех пор, пока торец ловушки "б" на после остановки труб возобновляют их фигурного газа (фиг, 2) не упрется в палец 25 вращение с высокой скоростью, При этом 28 и эапорные звенья 16, 17,.18 займут по- повторяются описанные ранее процессы, казанное на фйг. 4 положение, сообщая ка- только гидрораспределитель 15 смещается налы 20 и 23, а также 19 и 22. вниз дальше до упора торца "г" более глубоВследствие остановки поршня 24 дав- койловушкифигурногопаэа(фиг,2)в палеце ние в напорйой магистрали.11 возраста- ЗО 28, занимая положение, показанное на фиг. лениевкжеду ционный клапан 26 открывается и 5. Теперь соединены каналы 19 и 23, ата е жидкость поступает черезканалы 19 и 22 в 21 и 22. Жидкость от насоса через клапаны верхнюю цасть цилиндра ЗО, перемещая 26 и 29; каналы 19 и 23 поступает в нижнюю поршень 31 вниз. В зто время предохрани-: часть цилиндра.ЗО и перемещает поршень тельный клапан 29 закрыт, преграждая путь 35 31 и вместе с ним гильзу 32 вверх до упора жидкости из канала 19 в возвратную маги- . поршня в тело штока. Окна 33 смещаются штраль. В крайнемнижнем положении пор- выше каналов 40 - впускной клапан закрыт. шень 31 останавливается, упираясь в тело Жидкость из верхней части цилиндра ЗО по штока 3, при этом окна 33 совмещаются с каналам 22 и 21 сливается в возвратную каналами 40 - впускной клапан открыт, В 40 магистраль.результате остановки поршня 31 давление После закрытия впускного клапана осув канале 19 возрастает, предохранитель- ществляется процесс восстановления давный клапан 29 открывается и жидкость, по- ления в исследуемом пласте.даваемая насосом, стравливается вТак же, как и во время притока пласто. возвратнуа магистраль 13. Прй движении 45 вой жидкости, в процессе восстановленияпоршня 31 вниз жидкость иэ нижней части давления трубы с целью предотвращения цилиндра 30 по каналам 23 и 20 такжестрав-прйхвата можно вращать как с большой, так ливается в возвратную магистраль и с малой скоростью. При атом поршень 31После открытия впускного клапана пла- будет надежно. зафиксирован в верхнем по.стовая жидкость через внугреннюю полость 50 ложении подачей давления в нижнюю часть штока, каналц 41 и впускной клапан посту- . цилиндра 30 по каналам 19 и 23 - при высо- пает в трубы (не показаны) - идет процесс кой скорости вращения, или эа счет йере притока жидкости из пласта, крытия каналов 22 и 23 запорнымиТрубы в процессе притока можно не- звеньями 18 и 17 - при низкой скоростипрерывно вращать для предотвращейия их 55 вращения труб. При йиэкой скорости или прихвата в скважине с начальной (относи- посла непродолжительной остановки трубтельно высокой) скоростью, оставляя гидро- гидрораспределитель возвращается в,исраспределитель в положении, показанном ходное положение (Фиг. 1), а палец 28 упи. на фиг. 4, и стравливая жидкоСть под высо- рвется в торец "а" ловушки фигурного пазаким давлением через предохранительный (фиг. 2).Таким образом, цикл управления позицией впускного клапана состоит из операции относительно быстрого вращения труб в течение некоторого времени и операции их непродолжительной остановки, Вместо остановки можно снижать скорость вращения труб до некоторой относительно малой величины, например 5 об/мин, так, чтобы гидрораспределитель 15 вследствие малой подачи насоса под действием пружины 25 мог возвращаться в исходное положение, успевая выжимать жидкость из напорной магистрали в возвратную через дроссель 34.При многоцикловом испытании обьекта цикл управления устройством повторяют необходимое число раэ,После завершения испытаний натяжением труб шток 3 перемещают вверх до упора в корпус 1. Шлицы 2 и 4 входят в зацепление, препятствуя случайному включению в работу насоса во время подьема труб, конец 36 штока поднимается выше проточки 37, открывая уравнительный клапан, Впускной клапан надежно зафиксирован в закрытом положении, так как запорные звенья 17 и 18 перекрывают каналы 22 и 23.Отдельные элементы устройства могут иметь иное воплощение. Кроме аксиальнопоршневого можно применить насос другого типа, например, поршневой с приводом от пространственного кулачка на поверхности штока, пластинчатый, шестеренный с внутренним зацеплением и других типов.В качестве гидродвигателя рабочего органа может применяться поворотный гидро- двигатель, особенно тогда, когда рабочий орган приводится в действие вращением, например, для привода клапана шарового или поворотного типа.Гидрораспределитель также может иметь другую конструкцию, Например, можно использовать распределитель клапанного типа, крановый пробковый или торцовый, распределитель золотникового типа с перекрытием в стартовом состоянии только одного, а не двух, как показано на фиг, 1, каналов 22 и 23 и другие варианты. В случае применения пробкового или торцового, распределителя целесообразно для его привода использовать гидродвигатель одностороннего действия поворотного типа с упругим возвратным элементом,Фиксатор положений гидрораспределителя определяет программу смены положений рабочего органа устройства, которая 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 може 1 быть изменена путем изменения профиля фигурного паза на наружной поверхности фиксатора 27, В случае использования профиля, приведенного на фиг. 3, для смены рабочего положения впускного клапана операцию относительно быстрого вращения труб с последующей их кратковременной остановкой необходимо каждый раз повторять дважды, При этом одна из этих операций может быть использована для управления другим устройством, включенным в состав компоновки испытательного оборудования. В принципе в качестве фиксатора могут использоваться, любые другие механизмы, предназначен-, ные для остановки перемещающихся тел в различных положениях в процессе их повторяющегося возвратно-поступательного перемещения.Дроссель, установленный между напор-ной и возвратной магистралями, в принципе, может быть одним из элементов насоса, вы- полненным в виде гарантированного зазор между его рабочими органами, Например, в насосе пластинчатого типа необходимый за.зор может быть сделан между боковыми по., верх ностями пластин и торцевыми крышками цилиндра.Предохранительный клапан 29, снижа-,ющий давление в напорной магистрали после упора поршня 31 в тело штока, в принципе для обеспечения работы устройства не нужен, Его роль может выполнять дроссель 34, обеспечивая переток жидкости из напорной в возвратную магистраль при остановившемся поршне 31 и работающем насосе.Для повышения ресурса работы на поршнях 8 могут быть установлены поворотные башмаки, опирающиеся развитой поверхностью на торец наклонной шайбы 5,устройство допускает параллельноеподсоединение к насосу нескольких исполнительных идродвигателей со своими гидрораспределителями для привода различных рабочих органов, работающих по независимым программам. Например, в одном устройстве такого типа можно обьединить якорь. пакер и испытатель пластов.Возможно также подсоединение нескольких гидродвигателей к одному общему, гидрораспределителю, обеспечивающему определенную последовательность работы различных рабочих органов устройства па программе, заложенной в фиксаторе гидро- Распределителя.11 1818896 12е т е н и я элементом и Редукционнымпричем гидрораспределитель установленуСтрОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ . между насосом и гидродвигателем рабо- ПЛАСТА, содержащее корпус Установ чего органа, гидродвигатель односторонленный в нем с возможностью враще него действия связан с напорной магиния шток, рабочий орган с приводо стралью и установлен с возможностьюм в 5виде насоса, напорную и возвратную взаимодействия с гидрораспределителем гидромагистрали, дроссель и гидродви и Фиксатором его положений, редукцигатель рабочего органа, Олиичдодаесф. онный клапан установлен на напорной тем, что, с целью повышения надежно 10 магистрали между насосом и гидрораспсти устройства в работе, оно снабжено ределителем, а дроссель - между нагидрораспределителем и фиксатором его порной и возвратной магистралями пв- . положений, гидродвигателем односто раллельно насосу.роннего действия с упругим возвратным У ие Составитель А,Сим Техред М,Моргента кая Корректо Редактор З.Ходаков Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 973 одственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 П