Запорный клапан для испытания пластов

(504 Е 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СПЫТАН ОСУДАРСТОЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики(56) Авторское свидетельство СССР Ф 855201, кл. Е 21 В 49/00, 1981,Варламов П.С. Испытатели пластов миогоцинкового действия. М.: Недра, 1982, с.101-104.Авторское свидетельство СССР У 1183674, кл. Е 21 В 49/00, 1985,(54) ЗАПОРНЬЙ КЛАПАН ДЛЯ И ИЯ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к области нефтепромысловэй геофизики и позволяет повысить надежность работы клапана при испытании глубоких и наклонных скважин, Клапан включает полый корпус 1 с радиальными каналами А и Б и внутренним кольцевым выступом (КВ) 4. В нем размещена втулка ( В ) 5 с перегородкой 6 и радиальными каналами В и Г, образующая с корпусомкольцевую камеру К. В В 5 расположен плунжер ( П ) 7 со сквозным каналом и КВ 8, В корпусе 1 на КВ 8 ус1373802 тановлена дополнительная В 15 с перфорированной перегородкой 16 вверху.Наружный диаметр В 15 и диаметр КВ 8равны, а диаметр верхней части П 7,размещенного в В 15, меньше диаметраего нижней части. Корпус 1 образуетс П 7 и КВ 8 кольцевую камеру Е. После поступления жидкости в трубы надклапаном его закрывают и записываюткривую восстановления давления, Для Изобретение относится к нефтепромысловой геофизике, а именно коборудованию для испытания пластовв бурящихся и законченных бурениемкак вертикальных, так и наклонно направленных скважинах.Целью изобретения является повышение надежности работы клапана приспуске инструмента с частично заполненными жидкостью трубами при испытании разведочных глубоких и наклонно направленных скважин.На фиг.1 показан клапан в открытом положении, общий вид; на фиг.2 -узел 1 на фиг1; на фиг,3 - клапано закрытом положении, общий вид; нафиг.4 - то же, при подъеме его иэскважины (клапан открыт)Клапан содержит (фиг,1, 2) полыйкорпус 1 с радиальными каналами А иБ. В канале А установлена диафрагма2, выполненная из мягкого материала(оргстекло, свинцовая пластина), которая утолщенной частью перекрываетканал А, и зафиксированная гайкой 3,нижний перзводник 4 с втулкой 5, имеющей глухую перегородку 6 в осевомканале и два ряда радиальных щелевыхканалов В и Г, расположенных под инад глухой перегородкой 6,Нижний конец втулки 5 жестко связан с нижним переводником 4, верхнийконец втулки 5 концентрично размещен в корпусе, в котором нижнейчастью телескопически с возможностью осевого и вращательного перемещения размещен плунжер 7 с осевым каналом, кольцевым выступом 8 с двумя кольцевыми канавками 9, 10 под уплотни 5 10 15 20 25 30 35 этого кольцевую полость Е сообщаютс затрубьем. При этом П 7 опустится,а В 15 поднимется Каналы Г перекроются П 7, изолируя камеру К от осевого канала В 5Клапан закрыт, Приего подъеме из скважины П 7 поднимается, каналы Г открываются и полостинад и под клапаном сообщаются, исключая поднятие труб под давлением.1 э.п. ф-лы. 4 ил. тельные коль ца 1 1, 1 2 на наружной поверхности, размещенной в осевом канале втулки 5В кольцевой проточке 13 под кольцевым выступом 4 корпуса 1 и на кольцевом выступе 8 плунжера 7 телескопически с воэможностью осевого и вращательного перемещения установлена дополнительная втулка 15, заглушенная в верхней части перфорированной перегородкой 16 с каналами Д, расположенными под углом к оси с кольцевой канавкой 17 на наружной поверхности под уплотнительное кольцо 18, В осевом канале дополнительной втулки 15 телескопически размещена верхняя часть плунжера 7 с уплотнительным кольцом 9 (фиг2) размещенным в кольцевой канавке 20 с диаметром, меньшим диаметра его нижней части, телескопически размещенной в осевом канале дополнительной втулки 5,Кольцевой выступ 8 плунжера 7 снабжен двумя кольцевыми канавками 21, 22 под уплотнительные кольца 23, 24, имеет наружный диаметр, равный наружному диаметру втулки 15, размещен в кольцевой проточке 13 корпуса 1, перекрывает радиальный канал Б, когда уплотнительные кольца 23, 24 находятся по обе стороны конца радиального канала Б. Втулка 15 с заглушенного конца перфорированной перегородкой 16 взаимодействует с торцом 25 кольцевого выступа 14, а внутренним торцом перфорированной перегородки 16 - с торцом 26 плунжера, размещенного в осевом канале дополнительной втулки 15. Верхняя кольцевая камера Е, ограниченная нижнимторцом втулки 15, верхним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, наружной поверхностью плунжера 7 и внутренней поверхностью корпуса 1 мини 5 мального объема, изолированная от затрубного пространства уплотнительным кольцом 23, сообщается с внутренней полостью труб через осевой канал плунжера 7 для обеспечивания 10 выравнивания их давлений каналами малого сечения - радиальным каналом Ж и продольным каналом 3, выполненными на плунжере над кольцевой канавкой 20 с уплотнительным кольцом 19 15 и ниже соответственно, сообщающихся между собой кольцевым каналом И, образованным наружной поверхностью плунжера 7 с кольцевой канавкой 20 и кольцевой проточкой 27 во втулке 20 15. Ширина кольцевой проточки 27 равна сумме расстояний от торца 26 плунжера 7 до конца продольного канала 3, у кольцевой канавки 20 и ширине продольного канала 3, а расстоя ние между кольцевой канавкой 20 и каналом 3 минимально возможное. 50 Нижняя кольцевая камера К, ограниченная внутренней поверхностью корпуса, торцом 28 кольцевого выступа 29 нижнего переводника 4, наружной поверхностью втулки 5, нижним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, наружной поверхностью плунжера35 с охватывающим кольцом 30 максимального объема, сообщается нижним рядом радиальных каналов В с осевым каналом нижнего конца втулки ниже глухой перегородки 6, а верхним ря дом радиальных каналов Г - с осевым каналом верхнего конца втулки 5 над глухой перегородкой 6 с осевым каналом плунжера и с осевым каналом корпуса 1 через каналы Д перфорирован ной перегородки дополнительной втулки 15.Кольцо 30, охватывающее нижнюю часть плунжера, выполнено из мягкого металла (алюминия, меди, латуни), размещено между нижним торцом кольцевого выступа 8 и торцом верхнего конца втулки 5, с которым оно постоянно контактирует, со срезными штифтами 31, пропущенными через отверстия Л в кольце 30 н установленными55 в глухих отверстиях М плунжера 7, фиксирует последний в верхнем крайнем положении. Расстояние от нижнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 до кольца 30 меньше, чем расстояние от нижнего торца втулки 15 до кольцевой канавки 20. Расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до радиального канала Б меньше расстояния от нижнего торца плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до удаленной части радиальных каналов Г при фиксированном верхнем крайнем положении плунжера,а при расфиксированном нижнем крайнем положении плунжера (фиг.3) расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до удаленной части конца радиального канала Б больше расстояния от нижнего торца нижней части плунжера у уплотнительного кольца 12 до радиальных каналов Г.Запорный клапан работает следующим образом,В открытом положении клапана (фиг.2, 1) плунжер 7 находится в фиксированном верхнем крайнем положении, торец 26 плунжера, размещенного в осевом канале втулки 15, взаимодействует с внутренним торцом перфорированной перегородки 16 втулки 15, а последняя перфорированной перегородкой 16 - с торцом 25 кольцевого выступа 14. Штифты 31, размещенные в отверстиях Л кольца 30 и глухих отверстиях М плунжера 7, удерживают последний от перемещения его вниз относительно втулки 5.Верхняя кольцевая камера Е минимального объема, изолированная от эатрубного пространства уплотнительным кольцом 23, сообщается с внутрен ней полостью радиальным каналом Ж, продольным каналом 3 и кольцевым каналом И.Нижняя кольцевая камера К максимального объема сообщается радиальными каналами В с осевым каналом кон ца втулки 5 ниже глухой перегородки, а верхним рядом радиальных каналов Г с осевым каналом конца втулки над глухой перегородкой с осевым каналом плунжера и с осевым каналом корпуса 1 через каналы Д перфорированной перегородки 16. Диафрагма 2 перекрьг. вает радиальный канал А.Запорный клапан устанавливается воткрытом положении в компановку испытательного оборудования выше испытателя пластов, Для создания заданной депрессии на пласт трубы вышеиспытателя пластов заполняются жидкостьюПри спуске клапана в скважину исключается воздействие инерционногоусилия на плунжер 7 и втулку 15 отстолба жидкости залитой в трубы, таккак плунжер 7 и втулка 15 гидравлически уравновешены и эафиксировань 1При достижении заданной глубиныустанавливают пакер, после чего открывается впускной клапан испытателяпластов, Жидкость или газ из под пакера (иэ исследуемого пласта) поступает в полость труб над испытателем 20пластов и проходит запорный клапан,поступает в полость труб над запорным клапаном. Манометр, установленный в полости труб над испытателемпластов под запорным клапаном, регистрирует кривую притока - изменение высоты столба жидкости в трубахэа время притока. Для записи кривойвосстановления давления (КВД) эапорный клапан закрывают путем спуска в 30полость труб шток-груза 32 (фиг.3),который, достигнув глубины установкиклапана, ударяется о перфорированную перегородку 16 втулки 15. Последняя вместе с плунжером 7 переме 35щается вниз, при этом срезаются штифты 31 и, когда верхнее уплотнительное кольцо 23 на кольцевом выступеплунжера переместится под радиальный канал Б, кольцевая полость Е сообщается с затрубным пространством,плунжер 7 гидравлически неуравновешен, перемещается вниз от усилия,возникающего от неуравновешенностив уплотнениях 23, 24 и 19, а втулка 4515 - от усилия, возникающего от неуравновешенности в уплотнениях 19 и18, возвращается в исходное положение, при этом объем камеры Е увеличивается и каналы Ж,З,И малого сечения перекрыты, когда уплотнительноекольцо 19 находится ниже кольцевойпроточки 27,Далее радиальные каналы Г перекрываются нижней частью плунжера идвумя уплотнительными кольцами 11,5512, камера К уменьшается в объеме,изолируется от осевого канала втулки 5 над перегородкой, т.е. клапан закрыт. Сообщение кольцевой камеры Е через радиальный канал Б с эатрубным пространством происходит раньше, чем перекрытие радиальных каналов Г, и исключается эффект гидрозатвора при перемещении плунжера в нижнее положение, так как расстояние от верхнего торца кольцевого выступа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до радиального канала Б меньше расстояния от нижнего торца плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до удаленной части радиальных каналов Г при фиксированном верхнем крайнем положении плунжера 7.Кольцо 30, охватывающее нижнюю часть плунжера 7, контактирует нижним торцом с торцом верхнего конца втулки 5, а верхним торцом - с нижним торцом кольцевого выступа 8 плунжера 7, выполнено иэ (алюминия, меди, латуни) мягкого металла и поглощает часть энергии падающего шток-груза 32. Плунжер 7 находится в крайнем нижнем положении, объем камеры Е максимальный, камера К минимального объема, кольцевая камера Е, заполненная буровым раствором, находится под затрубным давлением (Р, - давление гидростатическое), и усилие, возникающее от неуравновешенности плунжера 7 в уплотнениях 23, 24, 19 и 11, 12, удерживает его в крайнем нижнем положении. Так как диаметр нижней части плунжера 7 с кольцами 11, 12, размещенного во втулке 5, больше диаметра верхней части плунжера с уплотнительным кольцом 19, размещенного во втулке 15, т.е. площадь нижнего торца меньше площади верхнего торца кольцевого выступа 8, то плунжер находится в крайнем нижнем положении при давлении внутри труб под клапаном (Р,р ) большем, чем Р при условии, что давление в трубах над запорным клапаном меньше давления РгсС момента закрытия клапана прекращается поступление пластовой жидкости или газа в трубы, давление под клапаном возрастает и манометр регистрирует кривую восстановления давления. В случае поступления нефтиили газа в полость труб в процессе испытания пласта, перед снятием пакера открывается канал А циркуляционного клапана, для чего в полости труб соз дается избыточное давление, диафрагма 2 разрушается и обратной циркуля 1373802 85 О 5 50 цией вытесняет нефть и пластовую воду в специальный амбар, Затем снимают пакер с -места установки, при этом закрывается впускной клапан испытателя и полость труб между испыта. телем пластов и запорным клапаном изолируется и находится под давлением.При подъеме клапана иэ скважины (фиг.4) увеличивается разность давлений под клапаном и Р и усилие, возникающее от неуравновешенности плунжера в уплотнениях 23, 24, 19 и 11, 12, перемещает его вверх до начала перекрытия радиального канала Б кольцевым выступом верхним уплотнительным кольцом 23. Радиальные каналы Г при этом открываются и полости труб над и под забойньи клапаном, сообщаются через кольцевую камеру К. Плунжер не доходит до своего первоначального верхнего положения, так как камера Е, заполненная буровым раствором, является в данном положении изолированной, но сообщение коль цевой камеры К с полостью над клапаном через радиальные каналы Г происходит раньше, чем изоляция кольцевой камеры Е от затрубного пространства тем самым обеспечивается сообщение полостей под и над запорным клапаном и исключается поднятие труб под запорным клапаном под давлением, так как при расфиксированном нижнем крайнем положении плунжера расстояние от верхнего торца кольцевого выс тупа 8 плунжера 7 у уплотнительного кольца 23 до удаленной части конца радиального канала Б больше расстояния от нижнего торца нижней части плунжера 7 у уплотнительного кольца 12 до радиальных каналов Г.В случае отсутствия притока нефти и газа в полость труб открытие канала А производится при появлении уровня жидкости в трубах на устье скважины. Полость труб освобождается от жидкости при их подъеме; внутренняя полость труб, заключенная между испытателем пластов и запорным кла 20 25 ф 30 35 40 45 паном, сообщается через канал А с эатрубным пространством и к моменту окончания подъема давление в полости труб под запорным клапаном уменьЪ.шается до атмосферного, что обеспечивает безопасность работ при разборке.После подъема клапана иэ скважины из него извлекается шток-груз 32, клапан разбирается, заменяются среэные штифты 31, плунжер 7 с втулкой 15 устанавливаются в первоначальное положение, клапан готов к работе. Формула изобретения 1. Запорный клапан для испытания пластов, включающий полый корпус с внутренним кольцевым выступом, в котором размещены втулка с перегородкой и радиальными каналами, жестко связанная с корпусом и образующая с ним кольцевую камеру, плунжер со сквозным каналом и кольцевым выступом, зафиксированный от осевого перемещения и размещенный во втулке с возможностью перекрытия каналов после его расфиксации, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы клапана при испытании глубоких и наклонных скважин, он снабжен концентрично установленной в корпусе на кольцевом выступе плунжера дополнительной втулкой, наружный диаметр которой равен диаметру кольцевого выступа плунжера, имеющей в верхней части перфорированную перегородку, при этом корпус выполнен с радиальным каналом и образует с плунжером и дополнительной втулкбй дополнительную кольцевую камеру с возможностью ее сообщения с затрубным пространством после расфиксации плунжера. 2. Клапан по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что диаметр верхней части плунжера, размещенного в дополнительной втулке, меньше диаметра нижней его части.373802 цкая Коррек тор А, Зимокосо оставитель А.Сим ехред М.Ходанич актор Н.Слоб Закаэ 542 Проиэводственно-полиграфическое предприятие,г,ужгород,ул.Проектная,4 Тираж 530 ВНИИПИ Государственн по делам иэобрете 13035, Москва, ЖПодписноео комитета СССРий и открытийРаушская наб., д.4/