Клапан для испытания пластов

сОюз сОВетсниСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 80162952 А 1) Е 21 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ СВ ЬСТВ(71) Всесоюзный научский институт нефтепики 7 исследовательмысловой геофиГалиуллин и Р.8.8)идет1 Ветел1 ВЯковл СССР1974.ССР1975.Испы1967,ельст 9/00 ство9/00,в А.И 0 Ф Н ра,Г 6 Ю Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМпРи Гннт сссР(54) КЛАПАН ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЯ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к горнойпром-сти, Цель - повышение надежностиработы клапана и расширение функциональных возможностей за счет использования его с испытателями пластов.Для этого клапан имеет цангу 18,захваты 19 которой размещены в осе"вом канале корпуса 1 над радиальнымиканалами, Последние гидравлическиизолированы от внешней среды и полости труб. В осевом канале концентрично размещена выполненная трехступенчатой втулка (В) 3, образующая свнутренней поверхностью корпуса коль1629522 цевую камеру. Средняя ступень В 3имеет больший диаметр, чем верхняяи нижняя, Верхняя ступень В 3 связана с цангой 18 и имеет диаметральнорасположенные относительно друг друга окна, Средняя и нижняя ступениВ 3 имеют радиальные каналы 4. Сред-,няя ступень В 3 на верхнем торце выполнена с кольцом 11 из мягкого металла. Оно связано штифтами 10 сверхней ступенью и имеет в осевомканале перегородку со сквозным отверстием, В последнем размещен стержень13, нижний конец которого выполнен 15 Изобретение относится к горной промышленности, в частности к клапа-, нам .циркуляционным, редукционным и ,перепускным, применяемым для сообщения полостей труб в компановках испы 25 тательного оборудования, спускаемых в скважину .на трубах с затрубнымпространством. Целью изобретения является повышение надежности работы клапана и 30 расширение Функциональных возможностей за счет использования испытателями пластов, спускаемыми на трубах разного диаметра при разном устьевом. оборудовании. 35На Фиг, 1 показан клапан в транспортном положении (радиальные каналы в корпусе изолированы от внутренней полости труб), общий вид; на Фиг.2- то же, в рабочем положении (радиаль ные каналы в корпусе сообщаются с внутренней полостью труб); на фиг.3 - то же, в транспортном положении, вариант исполнения; на фиг. 4 - циркуляционный клапан в рабочем положении, вариант исполнения; на фиг,5- то же, в открытом положении, вариант исполнения; на Фиг. б - клапан, выполняющий функции редукционного и перепускного. 50Клапан содержит корпус 1, в осевом канале которого выполнена кольцевая проточка А с верхним торцом Би нижним торцом В, с двумя ради" альными двухступенчатыми каналами В и В, жестко связанные с корпусом 1 вставки 2 со сквозными двухступенчатыми отверстиями, аналогичными отверстиям В,1 н В, В верхней часв виде диска, а верхний имеет ограничитель 14. Захваты 19 перемещаются в верхнюю кольцевую проточку и с этого момента В 3 Фиксируется в крайнем верхнем положении. При установке дан-, ного клапана над испытателем пластов он выполняет функцию редукционного1 клапана, а также обеспечивает выравнивание давления в замкнутой полости труб между запорным клапаном и испытателем пластов с давлением в затруб-, ном пространстве в процессе подъема испытательного оборудования из скважины. 7 ил. ти осевого канала корпусавыполнены проточки Г со скошенным верхним торцом и трехступенчатая втулка3 диаметр средней ступени которойвыполнен большим, чем диаметр двухдругих (верхней и нижней) ступеней.На наружной поверхности верхней инижней ступеней выполнены кольцевыеканавки 4-6 с размещенными в них уплотнительными элементами (кольцами) 7-9. В стейке верхней ступенивтулки 3 выполнены два окна Д 1 и Д,расположенных одно против другого,радиальные отверстия 5, в которыхразмещены концы штифтов 10, вторыеконцы которых размещены в радиальныхотверстиях Ж кольца 11, размещенного на верхнем торце средней ступенивтулки 3. На наружной поверхностисредней ступени втулки 3 выполненыпродольные пазы и ряд щелевых радиальных каналов И, расположенных вьппекольцевойканавки 6, выполненной вплоскости перегородки 12. В стенкетретьей ступени втулки 3 выполненвторой ряд щелевых радиальных каналов 4, .расположенных под перегородкой 12,Перегородка 12 выполнена с осевым отверстием Л, в котором свободноразмещен стержень 13, один верхнийконец которого сочленен с ограничителем 14, на нижней стороне котороговыполнены пазы М, а второй конецстержня выполнен в форме конуса 15,на котором выполнена кольцевая канавка 16 под уплотнительное кольцо17. Клапан содержит цангу 18, жесткосочлененную резьбой с втулкой 3, 5 16295 захваты 19 которой размещены в нижней кольцевой проточке 7 корпуса 1 и заглушки 20, размещенные во внешней ступени (большего сечения) отверстий вставки 2, которые одной стороной взаимодействуют с торцом 6, образованным ступенью большего сечения со степенью меньшего сечения, а вторая сторона заглушек уплотнена эластичной манжетой 21, прилегающая сторона которой плоская, а наружная вогнута.При взаимодействии нижнего торца второй ступени втулки 3 с нижним торцом Б кольцевой проточки А внутренняя полость 0 осевого канала корпуса и нижней ступени втулки под перегородкой 12 гидравлически связана кольцевым зазором, образованным внутренней 20 поверхностью отверстия Л, наружной поверхностью стержня 13 и пазами И, е внутренней полостью первой ступени и осевого канала в верхней части корпуса 1 и гидравлически связана верх ним рядом радиальных каналов И и двукя окнами Ди Д с кольцевой полостью П, образованной поверхностью кольцевой проточки А и наружной поверхностью втулки 3, две замкнутые полости Р и Р, образованные внуторенней поверхностью ступени малого сечения вставки 3, внутренней стороной заглушек 20 и наружной поверхностью верхней ступени втулки 3, огра 35 ниченной уплотнительными кольцами 7 и 8, размещенными в канавках 4 и 5, .изолированы от внешнего пространства и полости труб и находятся под атмосферным давлением.40При взаимодействии кольца 11 с торцом Б кольцевой проточки А (фиг.2) захваты 19 цанги 18 размещаются в верхней кольцевой проточке 7, окна Д.и Д верхней ступени размещаются напротив радиальных каналов Ви В, Канавки 4 и 5 с уплотнительнымнкольцами 7 и 8 размещаются вьппе радиальных каналов В и В, замкнутые полости Р и Р разгерметизируются и гидравлически связаны с внутренней полостью корпуса 1 и полостью труб, но остаются изолированными от внешней среды заглушками 20 с манжетами 21. Нижний коническии конец стерж-. ня 13 взаимодействует кратковременно наружной конусной поверхностью с конусной поверхностью нижнего конца отверстия Л перегородки 12 Каналы 22 64 размещаются вьппе нижнего торца Б кольцевой проточки А корпуса 1 и полость 0 осевого канала корпуса и втулки, ограниченная внутренней поверхностью третьей ступени втулки 3, нижним торцом перегородки 12 и нижним -орцом (основанием) конуса 15 стержня 13, гидравлически связана нижним рядом каналов 4 с кольцевой полостью П и внутренней полостью первой ступени втулки 3 продольными пазами и верхним рядом каналов М, а отверстие Л в перегородке 12 герметично перекрыто конусом 15 с уплотнительным кольцом 17.С момента перемещения втулки 3 из нижнего положения в верхнее крайнее, когда нижний ряд каналов 4 оказывается выше торца Б 1 кольцевой проточки А, а давление в полости Р и Р становится равным или близким давлению в полости 0 и давлению в кольцевой полости П, конус 15 стержня 13 под действием силы тяжести смещается в крайнее нижнее положение, после чего полость 0 сообщается с полостью Р и Р также кольцевым зазором, образовайным внутренней поверхностью отверстия Л, наружной поверхностью стержня 13 и пазами М ограничителя 14.Клапан работает следующим образом.Клапан 22 циркуляционный устанавливают в компоновке испытательного оборудования (йиг. 7) над запорным клапаном поворотного действия 23 через две, три трубы 24.Втулка 3 (Фиг. 1) находится в крайнем нижнем положении, радиальные каналы Ви В с наружной стороны перекрыты манжетами 21 и заглушками 20, а с внутренней стороны - первой ступенью втуле 3 с унлотнительными кольцами 7 и 8 в канавках 4 и 5. Захваты 19 цанги 18 размещены в нижней кольцевой проточке Г. Уплотнительное кольцо 9 в канавке 6 размещено ниже кольцевой проточки А, а щелевые каналы И второй ступени втулки 3 находятся выше нижнего торца Б кольцевой проточки А. Перегородка 12 втулки 3 находится ниже кольцевой проточки А. Полость 0 осевого канала под перегородкой 12 сообщается с полостью осевого канала первой ступени втулки 3 над перегородкой по кольцевому зазо ру, образованному отверстием Л в перегородке 12 и стержнем 13 и по пазам М в ограничителе 14. Замкнутые полости Р и Р, образованные внутРенней поверхностью вставки 2, изолированы от скважинного пространства с наружной стороны заглушками 20 и манжетами 21, а с внутренней - наружной поверхностью первой ступени втулки 3 с уплотнительными кольцами 7 и 8, которые находятся под атмосферным давлением. В таком положении клапан опускается в скважину в ком- . поновке испытательного оборудования.В процессе спуска испытателя пла" стов в скважину радиальные каналы В и Б клапана 22 с наружной стороны перекрыты заглушками 20 и манжетами 21, а от действия давления в полости труб - первой ступенью втулки 3 с уплотнительными кольцами 7 и 8.После установки пакера 25 в заданном интервале открывается впускной клапан испытателя пластов 2 б и в трубы 27 и 24 с высокой скоростью 25 поступает жидкость из-под пакерного пространства и пласта за счет перепада давления, равного заданной депрессии, От гидравлического удара потока жидкости, поступающей в трубы, 3 О стержень 13 (фиг, 2) перемещается в верхнее положение до полного контакта конуса 15 с конусной поверхностью отверстия Л перегородки 12, при этом отверстие Л геРметично перекрывается конусом 15 с уплотнительным кольцом 17, и энергия движущейся жидкости в трубы воздействует на конус 15 и перегородку 12, вследствие чего втулка 3 перемещается в крайнее верхнее40 положение. Кольцо 11 выполнено из мягкого металла и смягчает удар торца второй ступени втулки 3 о торец Б кольцевой проточки А. Первая ступень втулки 3 с канавками 4 и 5, в которых 45 размещены кольца 7 и 8, перемещается вверх на величину свободного хода втулки. Окна Ди Д оказываются против радиальных каналов В и В, а радиальные каналы К и И размещаются в кольцевой проточке А, т.е. полости над и под перегородкой сообщаются через кольцевую полость П и каналы К и И, Захваты 19 цанги 18 перемещаются в верхнюю кольцевую проточку Г, с этого момента втулка фиксируется в55 крайнем верхнем положении,Далее пластовая жидкость поступает в полость труб 28. Камеры атмосферного давления Р и Р в радиальных каналах В и В сообщаются с осейвым каналом клапана и полостью труб,но остаются изолированными от затрубного пространства заглушками 20 впроцессе испытания пласта, независимо от количества циклов испытания.Манометры 29 и 30 регистрируют кривую восстановления давления, Послезаписи кривой восстановления давления одного или нескольких циклов запорно-поворотный клапан 23 остаетсязакрытым и давление в трубах 27 подклапаном равно пластовому, а над запорным клапаном 23 давление в трубах24 равно весу столба залитой и поступившей из пласта жидкости,После окончания цикла испытанияпласта снимается с места пакер 25,впускной клапан испытателя пластов26 закрывается, замкнутая полость,труб 27 под запорным клапаном и надиспытателем пластов остается под высоким давлением (пластовым),Для вытеснения поступившей нефтиили пластовой воды из полости трубнад запорным клапаном необходимообеспечить обратную циркуляцию. Сэтой целью полость труб через устьевую головку заполняют промывочнойжидкостью и создают в трубах давление, величина которого больше гидростатического давления (г.ст.), спомощью цесентировочного агрегата.Для обеспечения обратной циркуляциив этом случае не требуется создавать значительное избыточное давление в трубах для среза шпилек илидиафрагм. Заглушки 20 с манжетами21 выпадают в затрубное пространство, и полость труб, находящаяся вы- оше клапана 22, сообщается с затрубным пространством. После этого промывочную жидкость закачивают в затрубное пространство, которая поступает через каналы В и Б клапана22 в полость труб 28 и вытесняетнефть или пластовую воду в специальную емкость.После окончания вытеснения пластовой воды или нефти из труб продолжают подъем компоновки испытательного оборудования. После подъема изскважины циркуляционный клапан разбирают, проверяют состояние сопрягаемых поверхностей корпуса 1 и втулки 3, уплотнительных колец 7-9 и17. Затем в отверстия В и В уста 1629522 10навливаются новые заглушки 20 с манжетами 21, втулка 3 устанавливаетсяв крайнее нижнее положение, производится опрессовка клапана внутрен 5ним избыточным давлением и клапанготов к работе.Радиальные каналы В 1 и В цирку 2ляционного клапана могут перекрываться срезными диафрагмами .31, закрепленными гайками 32 (Фиг. 3-5), Применение клапана в данном вариантеобеспечивает возможность подниматьтрубы, заполненные жидкостью, до устья скважины и отбирать пробы жидкости из труб (при условии, когда в трубы поступили пластовая вода илифиль трат),Для обеспечения обратной циркуляции в этом случае создается избыточное давление (в полости труб) буровым насосом или цементировочным агрегатом, величина которого составляет 5-10 ИПа.Первый (фиг. 1 и 2) и второй 25(фиг 3 и 5) варианты исполнения клапана надежны и удобны в эксплуатации.Первый вариант наиболее удобен прииспытании скважин с высоким статическим давлением 100-120 М 1 а и в сква жинах с аномально высоким пластовымдавлением, так как заглушки 20 послеперемещения втулки 3 в верхнее положение и заполнения полости труб жид. костью до устья становятся гидравлически уравновешенными и выпадают взатрубное пространство от незначительного перепада давления, В этом случаенет необходимости в создании избыточ"ного давления в полости труб, Для 40удобства в эксплуатации клапан необходимо компоновать двухступенчатымивставками 2, заглушками 20, манжетами 21 и, в то же время, диафрагмами31 и гайками 32. 45Клапан предлагаемой конструкции(фиг. 6) выполняет функции редукционного и перепускного, в зависимости отместа его установки в компоновке испытательного оборудования, радиальные каналы его снаружи перекрываютсяподпружиненными клапанами, включающими седло 33, в котором установленподпружиненный тарельчатый клапан 34,пружину сжатия 35, закРепленных перФорированной гайкой 36, При установкепредлагаемого клапана над запорнымклапаном 23 он выполняет функции перепускного, при этом во всех радиальных каналах для обеспечения пропуска через них большого объема жидкостиустановлены подпружиненные клапаны.При установке предлагаемого клапанапод запорным клапаном 23 над испытателем пластов он выполняет функцииРедукционного клапана и обеспечиваетвыравнивание давления в замкнутой полости труб между запорным клапаном ииспытателем пластов с давлением взатрубном пространстве в.процессеподъема испытательного оборудованияиз скважины, при этом часть радиальных каналов В можно изолировать заглушками 37, так как переток жидкостичерез каналы незначителен.Формула изобретения Клапан для испытателя пластов, содержащий корпус с уплотнительными элементами и осевым и радиальными каналами и втулку, концентрпчно размещенную в осевом канале с возможностью осевого перемещения и перекрытия радиальных каналов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности в работе клапана и расшире-, ния Функциональных возможностей за счет использования его с испытателями пластов, спускаемыми на трубах разного диаметра при разном устьевом оборудовании, он снабжен цангой, захваты которой размещены в осевом канале корпуса над радиальньми каналами, которые гидравлически изолированы от внешней среды и полости труб, а втулка образует с внутренней поверхностью корпуса кольцевую камеру и выполнена трехступенчатой, средняя из которых имеет больший диаметр, чем верхняя и нижняя, причем верхняя ступень втулки связана с цан-. гой и имеет диаметрально расположенные окна, при этом средняя и нижняя ступени втулки имеют радиальные каналы, а средняя ступень втулки на верхнем торце выполнена с кольцом из мягкого металла, которое связано штифтами с верхней ступенью и имеет в осевом канале перегородку со сквозным отверстием и свободно размещенным в нем стержнем, нижний конец которого выполнен в виде диска, а верхний имеет ограничитель.,Дер т атаиив щ Фт ае з 4 в с тент", г. Ужгород,рина,ии комби изводственноставитель А.Симецкаяхред Л.СерДюкова. Тираж 355ого комитета по иэобре 35, Москва, Ж, Раук одписноеиям и открытиям пр наб., д. 4/5