Устройство для испытания пластов

(19 49/00 51)5 Е ОБРЕТЕНИ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С(71) Северо-Кавказский государственныйнаучно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к горной промышленности, Цель изобретения - повышение надежности в работе при многократныхоткрытых и закрытых периодах испытания,Механизм управления уравнительным иприемным шаровым клапанами выполнен ввиде телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы верхнеыполватом пово- верхжной ин из рхней гиль- шток ласти и, Путруб пыта- ении Изобретение относится к горно мышленности, в частности к устрои для испытания пластов на трубах,Целью изобретения является по ние надежности работы устройст многократных открытых и закрытых дах испытания,На фиг.1 изображено устройст щий вид в разрезе; на фиг.2 - то же, в том периоде испытания; на фиг.3 - се А-А на фиг,1; на фиг,4 - вид Б на фи фиг.5 - схема компоновки устройст фиг,б - то же, после пакеровки,Устройство для испытания пласт держит приемный шаровой клапан А А), уравнительный клапан с механизм равления приемным и шаровым уравн ным клапанами Б (узел Б); гидравлипро- твамааааа выша при ериоо, об- ткрычение .1; на а; на м уптель- ское ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР го и нижнего штоков. Верхний шток в нен подпружиненным с цанговым зах в нижней части и вилкой с пазами для рота приемного шарового клапана в ней части. Нижний шток имеет на нару поверхности кольцевые выступы, Одкольцевых выступов расположен в ве части для взаимодействия с цанговы хватом, а другой выполнен под радиал ми каналами нижнего штока взаимодействия с дифференциальной зой уравнительного клапана. Нижний своей нижней частью размещен в по разделительного поршня реле времен тем перемещения колонны бурильных управляют работой клапанов пластоис тельного оборудования. При перемещ колонны бурильных труб вверх и вни полняют необходимое число открытых и заытых периодов испытания. б и реле времени В (узел В); присоединительный переводник Г(узел Г),Узел А включает в себя цилиндрический корпус 1 с конической присоединительной резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней части. В верхней части корпус 1 снабжен упорным седлом 4, установленным в цилиндрической стойке 5 с радиальными отверстиями 6. Внутренняя осевая полость стойки 5 образует начало прямоточного осевого канала 7 устройства. В нижней части корпуса 1 имеются каналы 8, расположенные по окружности утолщенной нижней части 9 корпуса 1. Во внутренней цилиндрической полости корпуса 1 подвижно установлена вилка 10, снабженнаяв верхней части открытыми пазами 11, Нижняя часть вилки заканчивается цилинд 1661393рическим штоком 12 с золотниковым клапаном, образованным радиальными каналами 13, уплотнительными элементами 14 и 15 и осевым каналом Е, В утолщенной нижней части 9 корпуса 1 выполнен осевой канал диаметром, равным диаметру штока 12,Во внутренней цилиндрической расточке вилки 10 подвижно (относительно этой вилки) установлен стакан 16 с уплотнением 17. Стакан 16 жестко зафиксирован в проточке 18 корпуса 1. В стакане 16 с пружиной 19 установлено нижнее седло 20 с уплотнительными элементами 21 и 22.Между верхним 4 и нижним 20 седлами установлен шар 23 с осевым каналом 24, Шар 23 выполнен с торцами М и И, на которых жестко и противоположно установлены цилиндрические выступы 25 и 26,Канал 7 в корпусе 1, осевой канал 24 шара 23 и осевой канал Е в штоке 12 вилки 10 образуют прямоточный полнопроходный канал приемного шарового клапана А. Узел Б включает в себя цилиндрический корпус 27, снабженный соединительными резьбами 28 в верхней и нижней частях, Нижняя часть корпуса 27 жестко свинчена с корпусом 29 уравнительного клапана. Корпус 29 имеет цилиндрический канал 30, который несколько ниже радиально увеличивается до посадочного гнезда 31. Ниже расточки 31 корпус 29 снабжен радиальными отверстиями 32, резьбой 33 и уплотнением 34 в утолщенной части, Внутри корпуса 27 расположен цанговый захват 35, подпружиненный пружиной 36. В верхней части цанговый захват 35 жестко свинчен со штоком 12, а в нижней части телескопически соединен с полым штоком 37, Шток 37 в верхней части снабжен уплотнением 38, кольцевым выступом 39 с рабочим торцом 40. В средней части шток 37 имеет радиальные отверстия 41, кольцевой выступ 42, переходящий в выступ 43, с уплотнением 44, ниже которого его диаметр ступенчато уменьшается до выступа 45,Нижняя часть штока 37 через уплотнение 34 входит в полость реле времени В и жестко соединяется с полым штоком реле времени В. Внутри шток 37 имеет полнопроходной осевой канал 46.В средней части штока 37 по увеличенному диаметру установлен уравнительный клапан, включающий дифференциальную гильзу 47 с наружным колцьевым уплотнением 48 и внутренним уплотнением 49 в месте, где внутренний диаметр дифференциальной гильзы 47 соответствует диаметру выступа 45 штока 37. Такая ступенчатая конструкция штока 37 в средней егочасти вместе с дифференциальной гильзой 47 образуют атмосферную камеру 50.Уравнительный клапан вместе со штоком 37 может перемещаться в осевом на 5 правлении на величину хода с, а шток 37 -на величину хода Ь, причем, вход Ь ограничивается торцами 51 и 52 и больше хода с на20 - 250 . Далее шток 37 после перемещенияна величину хода Ь может дополнительно10 перемещаться вместе со штоком 12 на величину хода а, при этом величина хода а меньше величины хода с на 20 - 25 о ,Узел В содержит корпус 53 с верхней инижней присоединительными резьбами. Во15 внутренней цилиндрической полости корпуса 53 установлен разделительный кольцевой поршень 54 с наружным уплотнением55. Внутри поршня имеются каналы гидравлического сопротивления с установленными20 в них стержнями 56, Торцы поршня 54 закрыты тарельчатыми клапанами 57 и 58,наружные поверхности которых взаимодействуют с кольцевыми выступами 59 и 60,Корпус 53 в верхней части снабжен шли 25 цевыми каналами 61, Вся полость корпуса53 заполнена тормозной жидкостью 62, Дляподдержания внутри корпуса 53 давления,равного давлению в затрубном пространст. ве скважины, и компенсации температур 30 ных расширений тормозной жидкости внижней полости корпуса 53 установлен подвижно кольцевой плавающий поршень 63,снабженный уплотнительными кольцами 64и 65,35 Узел Г включает в себя корпус 66 с,радиальным каналом 67. В нижней частикорпус 66 находится в шестигранном телескопическом соединении с переводником68. Переводник 68 жестко и герметично в40 верхней части соединен со штоком релевремени В, а в нижней с помощью резьбы69 - с присоединительным переводником70, снабженным конической резьбой 71,Нижние элементы 68 и 70 узла Г могут пере 45 мещаться в осевом направлении на величину хода Е, причем величина хода Е поабсолютному значению есть сумма хода Ь иа(т.е, е =,б+ а).Устройство включает в себя также ко 50 ланку бурильных труб 72, переводник 73,раздвижной механизм 14, ясс 75, пакер 76,фильтр 77, хвостовик 78 с башмаком 79.Компоновка показана в открытом стволе 80скважины с объектом 81 испытания.55 Устройство работает следующим образом.Перед спуском в скважину все узлы А, Б,В, Г устройства должны быть герметичносвинчены между собой и приведены в состояние согласно фиг.1. После спуска оборудо 16613935 10 15 20 30 35 40 45 50 вания на заданную глубину до начала пакеровки в устройстве под действием гидростатического давления в затрубном пространстве скважины происходит следующее: через каналы 32 оно действует на дифференциальную гильзу 47 и прижимает ее к кольцевому выступу 42 нижнего штока 37, Гидростатическое давление действует также через каналы 41, 46 и Е, создавая значительное прижимающее усилие на закрытый шар 23, В это время над шаром 23 в полости 7 действует внутритрубное давление, равное расчетной депрессии на пласт и по величине значительно меньшее гидро- статического давления. Затем путем установки хвостовика 78 с башмаком 79 на забой скважины создается сжимающая нагрузка весом колонны бурильных труб 72 для пакеровки.Под действием этой нагрузки раздвижной механизм 74 полностью сжимается. Усилие передается корпусам 1,27,29,53,66 устройства, которые с задержкой, благодаря реле времени В, начинают перемещаться вниз. При этом переводники 68 и 70, шток 37, дифференциальная гильза 47 уравнительного клапана остаются неподвижными, так как через нижерасположенные части компоновки пластоиспытательного оборудования опираются на пакер 76 с хвостовиком 78,. установленный на забой скважины. По мере движения корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 устройства вниз дифференциальная гильза 47 герметично до упора заходит в посадочное гнездо 31 и перекрывает каналы 32 в корпусе 29 уравнительного клапана, пройдя полностью ход с. Этот момент времени соответствует закрытию уравнительного клапана, в результате чего полость эатрубного пространства отсекается от полости прямоточного канала 46 и Е; Поскольку ход с на 20 - 250/, меньше хода Ь торцы 51 и 52 штоков 12 и 37 в момент закрытия уравнительного канала не соприкасаются, что обеспечивает разделение во времени, закрытие уравнительного клапана Б и открытие шарового клапана 23, как это и предусматривает технология пластоиспытания объектов в скважине.Дальнейшее перемешение корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 под действием сжимающей нагрузки ведет к следующему. Поскольку сжимающая нагрузка по величине значительно превышает усилие неуравновешенности на дифференциальную гильзу 47, движением корпуса устройства 29 она отделяется от упора 42 и вместе с корпусом начинает перемещаться вниз вдоль выступов 43 и 45 штока 37, Далее, как только корпус устройства переместится на величину хода Б, торцы 52 и 51 захвата 35 и штока 37 сходятся, захват 35 захватывает под торец 40 кольцевой выступ 39 нижнего штока 37. В этот же момент времени поршень 54 с уплотнением 55 входит в шлицу 61 корпуса 53 узла В и перестает тормозить ход корпусов 1, 27, 29. 53 и 66. С этого момента времени начинается быстрое перемещение корпусов 1, 27, 29, 53 и 66. В момент быстрого перемещения они проходят ход а вместе с шаром 23, седлом 20 при неподвижной вилке 10, при этом на участке движения шара по пазу 11 совмещаются каналы 8 и 13, что при наличии отверстий 6 обеспечивает выравнивание давления над и под шаром 23 и позволяет через цилиндрические выступы 25 и 26 и нижние упоры паза 11 вилки 10 повернуть шар 23 на 90 и вывести его в открытое положение. Поскольку сумма длин ходов а и Ь равна длине хода е устройство приходит в состояние, как это показано на чертеже.Указанное состояние устройства соответствует началу первого открытого периода испытания, Подпакерная полость скважины через фильтр 77 хвостовика 78, через осевые каналы в яссе 75 и раздвижном механизме 74 сообщается с внутри- трубной полостью через пряматочный канал Е, 24, 7 устройства. После завершения первого открытого периода бурильная колонна приподнимается на величину 50-55 оь рабочего хода раздвижного механизма 74, Однако вследствие того, что затрубное давление больше внутритрубного давления в раздвижном механизме 74 возникает усилие, удерживающее его в сжатом положении. При работе раздвижного механизма 74 с предлагаемыми пластоиспытателями это усилие регламентируется так, чтобы оно на 15 - 20 О было меньше усилия, необходимого для расцепления цангового захвата 35 от кольцевого выступа 39 штока 37, но достаточное для закрытия шарового клапана 23, При соблюдении этих условий корпус 1 при подъеме бурильной колонны перемещается относительно замкнутых цанговых.захватов 35 штоков 12, 37 на величину хода а, чего достаточно для закрытия шарового клапана 23, При этом величина подъема колонны бурильных труб на величину, даже кратко большую ходу а, не нарушит состояние элементов пластоиспытателя, так как этот вертикальный ход колонны скомпенсирован раздвижным механизмом 74, ход которого примерно в 20 раз превышает ход а, что позволяет на поверхности уверенно управлять работой клапанов пластоиспытательного оборудования путем осевого перемещения колонны бурильных труб. Вдальнейшем путем перемещения колонны бурильных труб вверх и вниз выполняется необходимое число открытых и закрытых периодов испытания (обеспечивается многоцикловость испытания), при этом уравнительный клапан Б остается закрытым так, как его суммарное смещение относительно штока 43 на величину (а+ Ь)- с больше хода а, следовательно, при перемещении корпусов 1, 27, 29, 53 и 66 на величину хода а кольцевой выступ 42 не соприкасается с дифференциальной гильзой 47 и не влияет на положение уравнительного клапана в позиции "Закрыто". После завершения программы испытания обьекта колонну бурильных труб приподнимают на величину хода раздвижного механизма 74, Раздвижной механизм 74 полностью растягивается, регламентирование усилия растяжения прекращается, в результате усилием натяжения колонны бурильных труб цанговый захват 35 расцепляется от кольцевого выступа 39 торца 52, 51 телескопические соединения штоков 12 и 37 расходятся, кольцевой выступ 42 упирается в дифференциальную гильзу 47, которая затем выходит иэ гнезда 31, Отверстия 32, 41 гидравлически сообщаются. Это состояние соответствует открытию уравнительного клапана, все элементы пластоиспытателя приходят в состояние на фиг.1,Йодпакерная полость скважины сообщается с затрубной полостью, давление под пакером и над пакером выравнивается, производится снятие пакера и подъем оборудования на поверхность,Формула изобретенияУстройство для испытания пластов, со 5 держащее соединенный с колонной бурильных труб цилиндрический корпус с осевыми радиальными отверстиями, установленные в нем подпружиненный приемныйшаровой клапан с осевым каналом, уравни 10 тельный клапан с дифференциальнойгильзой и механизмом управления им и приемным шаровым клапаном, гидравлическоереле времени с полым разделительным иплавающим поршнями и присоединитель 15 ныепереводники,отличающееся тем,что, с целью повышения надежности работыустройства при многократных открытых изакрытых периодах испытания, механизмуправления уравнительным и приемным20 шаровым клапанами выполнен в виде телескопически связанных между собой и имеющих радиальные каналы верхнего инижнего штоков, причем верхний шток выполнен подпружиненным с цанговым захва 25 том в нижней части и вилкой с пазами дляповорота приемного шарового клапана вверхней части, а нижний шток имеет на наружной поверхности кольцевые выступы,один из которых расположен в верхней час 30 ти для взаимодействия с цанговым захватом, а другой выполнен под радиальнымиканалами нижнего штока для взаимодействия с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, при этом нижний шток35 своей нижней частью размещен в полостиразделительного поршня реле времени, 1661393