Прямоточный пластоиспытатель

(19) (1) В 49/О 151) 5 ЕНИ нах на неф надежности узла поием Сущность и тель содер и радиальн управления нижним 32 тпрой ьство СССР00, 1989. ЛЬдо" тадляважи М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО ТбРСНОМУ СВИДЕТОЗЬСТВ(71) Северо-Кавказский государсвенный научно-исследовательскийи проектный институт нефтяноймышленности,.тельном оборудовании на трубахиспытания пластов в глубоких ск ть и газ для повышенияработы герметизирующего ного шарового клапана, зобретения; пластоиспытажит корпус (К) 1 с осевым ми кайалами, механизм клапанами с верхним 31 и штоками, телескопицески- + -12529 М 510 20 25 З 0 35 связанными между собой. Шток 31 выполнен в виде вилки 37 с пазами 38,и 39, в которых размещены выступы 20 и 21 приемного шарового клапана .19. В нижней части штока 31 закреплен цанговый захват 40. Нижний шток 32 имеет кольцевые выступы 42 и 43 на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом 40, а другой - с дифферен"циальной гиьзой 46 уравнительного клапана, Над шаровым клапаном 19 закреплена в К 1 полая стойка 7 с Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах, и предназнаценодля испытания объектов в глубокихскважинах на нефть, газ или воду,Известен прямоточный пластоиспытатель, который содержит цилиндрицеский корпус, жестко соединенный сколонной бурильных труб, приемныйшаровой,клапан с"полнопрохбдйым ка" ,налом, уравнительный клапан, полыйшток, реле времени с разделительным поршнем и присоединительныепереводники,Устройство обеспецивает многократное испытание объектов за один спускоборудования в скважину. Путем осевого.перемещения колонны бурильныхтруб устройство позвбляет многократно управлять работой приемного (ша рового) клапайа и единицно закрыватьуравнительный клапан в момент паке.Ровки скважины. Приемный и уравнительный клапаны., путем осевых перемещений бурильной колонны управляются синхронно.Недостатком указанного устройства является невысокая эксплуатационная стбйкость вследствие нарушениягерметичности узла, приемного клапанаи невозможность многократного независимого управления работой уравни-:тельного клапана, цто не позволяетпо окончании процесса испытания объ"ектов осуществлять выравниваниезатрубного и внутритрубного давленияи требует наличия в компоновке сква-жинного оборудованиядополнительнойсборочной единицы, например циркуляционного клапана с автономным верхними и нижними радиальными отверстиями 10, сообщенная с осевым ка,налом К 1 с помощью плавающей втулки (В) 11 с уплотнениями 12, подвиж-,но установленной на стойке 7, на которой подвижно установлен золотниковый клапан в виде В 15 с радиальными отверстиями 16, сообщающимисяпри работе с радиальными отверстиями стойки 7. В 15 жестко закрепленав вилке 37, а В 11 установлена с воз"можностью герметизации верхних радиальных отверстий стойки 7.ил. способом управления, цто снижает оЬщую надежность работы испытательного оборудования. Кроме того, закрытие уравнительного и открытие приемного клапанов, а затем закрытие приемного и открытие уравнительного клапанов происходит зависимо и синхронноцто ограничивает работу пластоиспытателя режимом одного цикла, т.е. исключает многоцикловые испытания, цто является существенным недостатком указанной конструкции.Известен пластоиспытатель, который, содержит соединенный с колонной труб цилиндрицеский корпус с осевыми и радиальными отверстиями. В корпу" се установлен подпружиненный приемный шаровой клапан с осевым каналом и с золотниковым клапаном разгрузкиКлапаны размещены в вилке верхнего штока механйзма управления, Испыта 4 О тель содержит уравнительный клапанс дифференциальной гильзой, механизмы управления клапанами из телескопицески связанных между собой и имеющих радиальные каналы подпружиненного 45 верхнего штока с вилкой с пазами поворота приемного шарового клапана в верхней цасти и с цанговым захватом в нижней цасти и нижнего штока с кольцевыми выступами на наружной его 50 поверхности, гидравлицеское реле времени и присоединительные переводники,Недостатком указанного устройства является невысокая эксплуатационная стойкость пластоиспытателя вследствие нарушения герметичности узла приемного (шарового) клапана. Применение единственного уплотняющего элемента не обеспечивает надежнуюгерметизацию конструкции, так, как на закрытый шаровой клапан может действовать значительный перепад давления (до 35 ИПа), и герметизирующий элемент при этом часто разрушается, что приводит к потере герметичности узла шарового клапана и, следовательно, невозможности дальнейшего проведения работ по испытанию пластов.Цель изобретения - повышение надежности работы герметизирующего узла приемного шарового клапана.Указанная цель достигается тем, что прямоточный пластотиспытатель, содержащий соединенный с колонной труб корпус с осевым и радиальными каналами, подпружиненный относительно корпуса приемный шаровой клапан с осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилке. ьерхнего штока механизма управления, механизм управления клапанами из телескопически связанных между собой верхнего штока с вилкой, пазами по" . ворота приемного шарового клапана и цанговым захватом и нижнего штока с кольцевыми выступами на наружной поверхности, один из которых взаимо" действует. с цанговым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой . уравнительного клапана, снабжен за-. крепленной в корпусе,над шаровым клапаном полой стойкой с верхними и нижними радиальными отверстиями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотнениями, подвижна установленной на стойке,. и снабжен дополнительным золотнико- вым клапаном выполненным в виде втулки с радиальными отверстиями, причем втулка жестко закреплена в вилке верхнего штока и подвижно установлена на стойке .с возможностью совмещения нижних радиальных отверстий стойки с радиальными отверстиями втулки, а плавающая втулка уста: йовлена с возможностью герметизацииврехнйх радиальных каналов стойки,Наличие плавающей втулки в узле шарового клапана прямоточного плас" тоиспытателя повышает надежность герметизации шарового клапана, Для облегчения открытия шарового клапа" на пластоисгытателя предусматривается наличие дополнительного золот-никового клапана, который синхронно, с золотниковым клапаном разгрузкИ от"ричный зазор Ж. 40 Под буртом в стойке 7 выполненыдополнительные радиальные каналы 13с уплотнениями 14, На стойке 7 под-.вижно установлена втулка 15 с радиальными каналами 16. Втулка 15 имеетрезьбу 17. В нижней части стойки 7расположено верхнее седло приемногошарового клапана с уплотнением 18. О Шар 19 с цилиндрическими выступами20 и 21 и осевым полнопроходным ка-:, .налом И удерживает стойку 7. Шар 19установлен в подпружиненное нижнееседло 22 с уплотнением 23 и уплотнением 24. Седло 22 с пружиной 25 размещены в стакане 26 с уплотнением27. Стакан 26 своими упорами 28 жестко заФиксирован в корпусе, 1 в проточке 5 (фиг 5)1 крывается и закрывается посредствомосевых перемещений колонны бурильных труб,На Фиг. 1 и 2 представлен пластоиспытатель, общий вид, разрез; нафиг.3 и 4 - то же, в открытом периоде испытанияна фиг. 5 -сечение А-Ана Фиг.1,Пластоиспытатель Фиг.1-4 содержит .приемный шаровой клапан А (узел А),уравнительный клайан с механизмомуправления приемным и уравнительнымклапанами Б (узел Б), гидравлическоереле времени В (узел В), присоединительный переводник Г (узел Г).Узел А включает корпус 1 (из нескольких частей, соединенных по резьбе) с конической присоединительной20 резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней утолщенйойчасти. В верхней утолщенной частикорпуса 1 имеется уплотнение 4, всредней части корпуса 1 выполненакольцевая проточка 5, а в ййжнейутолщенной части корпуса 1 по окружности выполнены каналы 6 В полости Д корпуса 1 установлена полая;цилиндрическая стойка 7 с концентри-30 ческим буртом 8 с отверстиями 9 всредней наружной части. В верхнейчасти" стойки 7 имеются радйальные от"верстйя 10, сообщающие полость Д свнутренней. полостью Е стойки 7, об-Э разующей начало .йолнопроходного ка-нала испытателя. На стойке 7 над буртом 8 установлена плавающая втулка11 с уплотнениями, 12. Иежду корпу- .Узел Б механизма управления клапанами с уравнительным клапаномвключает цилиндрический корпус 29 издвухчастей, соединенных по резьбеи с резьбами для крепления с корпусом 1 приемного шарового клапанаи корпусом 30 гидравлического релевремени,Механизм управления включает1 Оверхний шток 31 и нижний шток 32,телескопицески связанные между собой, Верхний шток 31 имеет канал.Ки радиальные каналы 33 с уплотнениями 34 и 35 и размещен подвижно внижней утолщенной части корпуса 1,В верхней части шток 3 1 вь 1 полненувеличенного диаметра с каналом, вкотором подвижно установлен стакан 26, а упоры 28 стакана 26 про"ходят через продольные окна 36 вштоке 31. В верхней цасти шток 31.выполнен в виде вилки 27 с пазами38 и 39, в которых размещены выступы 20-21 шара 19 для поворота шара 2519 в положении "Открыто" и "Закрыто",К вилке 37 по резьбе закреплена втулка 15, В нижней части штока 31на резьбе закреплен цанговый захват40, подпружиненный пружиной 41,упирающейся в корпус 1.Нижний шток 32 выполнен с каналом Л, кольцевыми вь 1 ступами 42 и 43на наружной поверхности, Над выступом 43 имеются радиальные отверстия44,Нижняя часть штока 32,выполненаступенцатой с уплотнением 45 и наней подвижно установлена дифференциальная гильза 46 уравнительного; клапана с уплотнениями 47 и 48, Вкорпусе 29 выполнена проточка 49,равная по диаметру уплотнению 471 дифференциальной гильзы 46, и рас положенные ниже радиальные каналы, 50, Нижняя цасть корпуса 29 и ступен, цатая часть штока 32 герметизирова-.; на уплотнением 51. Узел В,гидравлицеского реле вре, мени вклюцает цилиндрический корпус .30 с присоединительными резьбами длякрепления с корпусом 29 и корпусом , 52 присоединительного переводника.Корпус 30 в верхней части снабжен шлицевыми каналами 53. В нижней части корпуса 30 выполнены кольцевые55 выступы 54 и 55, Внутри корпуса 30 ,между кольцевыми выступами 56 и 57, 1 выполненными на нижнем штоке 32,установ,лен полый разделительный поршень 58 снаружным уплотнением 59. Внутри поршня68 имеются каналы гидравлическогосопротивления с установленными вних стержнями 60, Торцы поршня 58закрыты тарельчатыми клапанами 61и 62, поверхности которых взаимодействуют с кольцевыми выступами 56 и57 штока 32. В нижней части корпуса30 между выступами 54 и 55 на штоке32 установлен полый плавающий поршень 63, снабженный уплотнительнымиэлементами 64 и 65. Вся полость корпуса 30 заполнена тормозной жидкостью 66,Узел Г присоединительного переводника включает цилиндрический корпус52 с раздельным каналом 67, с резьбойдля крепления с корпусом 30 в верхнейчасти и выступом 68 шестигранного се- .чения в нижней части. Корпус 52 находится в шестигранном телескопицеском соединении с полым переводником69, который в свод оцередь жестко игерметично соединен по резьбе соштоком 32 в верхней части и в нижнейчасти с присоединительным переводником 70 с замковой резьбой 71. Элементы 69 и 70 могут перемещаться в осевом направлении,Пластоиспытатель Работает следующим образом.Перед спуском й скважину все узлыА, Б, В, Г пластоиспытателя должны бытьгерметично свинчены между собой иприведены в состояние согласно фиг.1и 2. В процессе и после спуска оборудования на заданную глубину до начала пакеровки в пластоиспытателепод действием гидростатицеского давления столба бурового раствора взатрубном пространстве скважины происходит следующее: через каналы 50и 44, полости Л, К затрубное давление действует на закрытый шар 19,создавая значительное принимающееусилие. В то же время над шаром 19в полости Е действует трубное давление, по величине значительно меньшеегидростатического давления столбабурового раствора в затрубном пространстве, которое церез каналы 10передается в полость Д, Перепад давления, обусловленный разностью гидростатических давлений столба бурового раствора в затрубном пространстве и столба жидкости в трубах,удерживается нижним уплотнением23 шара 19, на верхнее уплотнение 18 шара 19 перепад давления не действует, так как давление в полостях Е и Д одно и то же и равно давлению столба жидкости, залитой в трубы. Таким образом, испытатель пластов работает на нижнем уплотнении 23 шара 19, После установки хвостовика на забой скважины или упора якорного устройства в стенки скважи" ны создается сжимающая нагрузка весом колонны бурильных труб для пад керовки, Усилие передается корпусам 1, 29, 30 и 52, которые с задержкой благодаря реле времени (узел В), на,чинают вместе со стойкой 7, шаром 19, седлом 22, стаканом 26, верхним штоком 31, цанговым захватом 10 и пружиной 41 перемещаться вниз, При этом присоединительный переводник 70 и жестко связанные с ним переводник 69, нижний шток 32 остаются неподвижными, так как через нижерасположенные части компоновки пластоиспытательного оборудования опираются на пакер с хвостовиком, каналы 50 перекрываются гильзой 16 и затрубное пространство скважины разобщается от трубного. При дальнейшем движении корпусов 1, 29, 30, 52 вниз цанга ч 0 и связанные с ней,верхний шток 3 1 с вилкой 37 упираются в нижний шток 32 и останавливаются:, а стакан 26, седло 32, шар 19, верхняя стойка 7 продолжают перемещаться вниз вместе с коРпусом 1, при этом на участке движения шара 19 по па" зам 38 и 39 неподвижной вилки 37 совмещаются каналы 13 и 16 6 и 33 золотниковых клапанов, что обеспеци" вает выравнивание давления над и под шаром 19, и позволяет церез цилинд" рические выступы 20 и 21 и нижние . упоры пазов 38 и 39 вилки 37 повернуть шар 19 на 90 и .вывести его в открытое положение (Фиг,3). Герметизирующая плавающая втулка 11 остается в исходном положении (фиг,1), Указанное состояние пластоиспытателя соответствует открытому периоду испытания.После завершения открытого перио да бурильная колонна приподнимается, корпуса 1, 29, 30 и 52 пласто" испытателя при этом вместе с верхней стойкой 7, шаром 19, седлом 22, стаканом 26 перемещаются относительно замкнутых цанговым захватом 40 верхнего штока 31 с вилкой 37, шар19 закроется, каналы 13 и 16, 6 и 33золотниковых клапанов разобщатся(фиг.1) давление в полости Д, благодаря наличию кольцевого зазора Жи каналов 10, станет равным гидростатицескому давлению столба жидкости, залитой в трубы, в полости Е.Давление в полости К будет соответствовать величине пластового давления, так как уравнительный клапанБ остается закрытымВозникшийперевад давлейия на шар 19 будет удер живаться нижним уплотнением 23 Такое состояние пластоиспытателя соответствует закрытому периоду испытания пласта. Аналогицно путем осевыхперемещений бурильной колонны выпол няется необходимое число открытыхи закрытых периодов испытания.В том случае, если при спускепластотиспытательного оборудованиянарушится герметичность уплотнения 25 23 шара 19, произойдет перераспределение давления в полости Д, которое станет равным гидростатическомудавлению столба бурового раствора.Возникший перепад давления между поЗ 0 лостями Д и Е воздействует на герметизирующую плавающую втулку 11, которая, в связи с малой величиной площади кольцевого зазора Ж, переместит-ся вверх и герметично перекроет каналы 10, разобщив полости Д и Е(Фиг,3), с этого момента перепаддавления между гидростатическими давлениями столбов бурового раствора ижидкости, залитой в трубы, удерживащ ется верхним уплотнением 18 шара 19и герметизирующей плавающей втулкой11, обеспечивающими герметичностьузла А приемного шарового клапана.После спуска испытательного оборудо-вания до заданной глубины и пакеровки ствола скважины созданием сжимающей нагрузки закрывают уравнительный клапан Б и открывают шар 19,как это описано. При этом герметизирующая. плавающая втулка 11 будетпродолжать перекрывать каналы 10 засцет сил трения, возникающих в уплотнениях 1 и 12.Создание закрытого периода испы тания производится так же, как и припроведении нормального процесса испы-.тания пласта с той лишь разницей,цто перепад между пластовым давлениеМи давлением столба залитой в трубыжидкости в полости Г будет удерживаться верхним уплотнением 18 шара19 и герметизирующей плавающей втулкой 11,Нарушение герметичности узла приемного шарового клапана А за счетвыхода из строя нижнего уплотнейия23 возможно не только в процессе "спуска пластоиспытательного оборудо Ования, но и во время проведения за-крытого периода йспытания пласта. 8этом случае механизм дублированнойгерметизацииработаеттак"же, каки йри нарушении нижнего уплотнения1523 шара 19 во время спуска пласто испытательного оборудования,обеспе-.чивая герметичность узла приемногошарового клапана А и возможностьпроведениФ процесса испытания пла рста.Наличие"плавающей втулкй в узлешаройогоклапана прямоточйого пластойспытателя повышает. надежностьгерметизаций шарового клапана по 25крайней мере в два раза, Таким образом, использование изобретенияпозволйт существенно (не менее"чем"в 2 раза) повысить,эксплуатациойную.стойкость прямоточного пластоиспы3 Отателя и, как следствие, снизить.:коЛичество неудачных операций йз-занегерметичности прйемного клапана исвязанных с этим дополнительных спус"ковпластоиспытательного оборудованиятруб корпус с осевым и радиальным каналами, подпружиненный относитель,но корпуса приемный шаровой клапан с осевым каналом и золотниковым клапаном разгрузки, размещенным в вилке верхнего штока механизма управления, механизм управления.клапаном из телескопически связаннЫх между собой верхнего штока с вилкой и пазами поворота приемного шарово- . го клапана и цанговым захватом и нижнего штока с кольцевыми высту-. пами на наружной поверхности, один из которых взаимодействует с цанговым захватом, а другой - с дифференциальной гильзой уравнительного клапана, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работ. герметизирующего узла прйемного шарового клапана, он снабжен закреплен" ной в корпусе над шаровым клапаном полой стойкой с верхними и нижнйми радиальными отверстйями и сообщенной с осевым каналом корпуса плавающей втулкой с уплотйителями, подвижно установленной на стойке, и снабжен дополнительным золотниковым клапаном, выполненным в виде втулки с радиальными отверстиями, причем втулка жестко закреплена в вилке верхнего штока и подвижно. установлена на стойке с возможностью совмещения нижних радиальных отверстий стойки с радйальными ртверстиями втулки, а плавающая" втулка установлена с возможностью герметизации верхних радиальных отверстий стойки.сг17529 Редактор Н.ЯЧ рректар Ц КГ СССР роизводственноЗаказ 27 Й ВНИИНИ Госуд Соста виксель Е,ИолнановаТехред Тираж Лодписнотвенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 тельский комбинат "Патент". г,ужгород, ул. Гагарина