SU1016495A1 - Циркул ционный клапан испытател пластов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к нефтегазодобывающей промышленности, а-именно к устройствам, используемым при испытании скважин пластоиспытател ми на трубах.

Известен циркул ционный клапан многократного действи  с посто нно свободным осевым каналом, позвол ющий ocyщectвл ть текущий дистанционный контроль забойных параметров в процессе испытани  и промывки скважины . Клапан содержит корпус с радидльными канаг1ами, в котором концентрично установлены запорный орган, выполненный в виде полых плунжера и поршн , шток, узел гидравлимеского урав новешйвани  и 1))иксаторы. Кроме того, он снабжен втулкой, жестко св занной с штоком и установленной с возможностью взаимодействи  при помощи фиксатора с плунжером и поршнем 1J,

Основным недостатком этого клапана  вл етс  использование гидравлики дл  управлени , котора , как показала практика работ, не оуень надежна, так как управл ющий п1ерепад давлени  должен преодолевать силы трени  в подвижных уплотнени X, которые,.в свою очередь, сами завис т От величины перепада давлени , гидростатического давлени  в скважине, состо ни  уплотн емых поверхностей и свойств жидкости. Таким образом, трудно прогнозировать величину перепада давлени , требуемую дл  управлени  работой клапана.

Известен также циркул ционнгый клапан испытател  пластов, включающий полый корпус с радиальными каналами , установленный в нём подпружиненный золотник с осевым каналом и р дом радиальных каналов, жестко св занный с замковой втулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности и фиксатор j 2 J.

Однако принцип действи  клапана :основан на использовании дифференциал ь,но го поршн , перемещаемого под действием перепада давлени  в гидросистеме , создаваемого за счет местного гидросопротивлени , в качестве которого использован радиальный циркул ционный канал в поршне, сечение которого значительно меньше сечени  радиального канала в Корпусе клапана . Следовательно дл  повышени  эффективности работы такой схемы клапана необходимо снижать сечение гидросопротивлени , Тсе, уменьшает диаметр радиального канала в поршне. Но при этом резко возрастает веро тность засорени  циркул ционного канала поршн  шламом, окалиной, кусочками парафина и прочими примео ми , содержащимис  в скважинной жидко сти, А этот канал всего один. Кроме того, при больших скорост х закачки не исключена-опасность размыва скороo стной струёй жидкости как самого канала в поршне, так и элементов, попадающих под эту струю.

Конструкци  данного клапана(нэли чие радиального канала в поршне с

5 малым приходным сечением) исключает возможностъ проведени  интенсивной пр мой Лромывки СКВаЖины, поскольку при повышении скорости циркул ции поршень клапана будет стремитьс  самопроизвольно зан ть верхнее(закрытое/ положение,.

Если же радиальный канал в поршне имеет проходное сечение, достаточное дл  проведени  интенсивной промывки,

5 то в таком случае возникает угррза аварийной ситуации. Объ сн етс  это тем, что даже при незначительном превышении предельно допустимой скорости циркул ции и небольшом сдвиге

поршн  вверх клапан практически мгновенно переходит в положение Закрыто за счет уменьшени  сечени  радиального циркул ционного канала поршн , сопутствующего его движению. Мгновенное закрытие клапана вызовет гид равлический удар в трубах и устройствах испытательного инструмента, способный вывести из стро  подземное оборудование скважины.;,

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности его в работе путем управлени  клапаном осевым перемещением колонны труб.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в циркул ционном клапане испытател  пластов, включающем полый корпус с ради.альными каналами, установленный в нем подпружиненный золотник с осевым каналом и р дом радиальных каналов ,жестко св занный с замковой втулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности, и фиксатор, .в корпусе телескопически установлен жестко св занный с колонной труб 5 шток, на котором размещен фиксатор, золотник выполнен с дополнительным р дом радиальных каналов и имеет палец в нижней части, а внутренн   по3 . 10 верхность корпуса имеет пазы под палец золотника, На фиг. 1 показан предлагаемый клапан, продольный разрез; на фиг.2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 развертка наружной поверхности замковой втулки с замкнутым фигурным пазом; на фиг, - сечение А-А на фиг, Циркул ционный клапан содержит корпус 1, внутри которого размещен полый подвижный шток 2, соединенный с корпусом 1 с помощью шпоночного узла 3. В средней части штока 2 имеетс  поршнева  головка it, образующа  с корпусом 1 две герметично разобщенные камеры а и б, гидравлически св занные соответственно с внутритрубным и кольцевым (затрубным) пространствами скважины. В корпусе 1 выполнены радиальные циркул ционные отверсти  5 .расположенные на одном уровне, в которых установлены разрушаемые диафрагмы однортрроннего действи  6, герметично разобщающие внутритрубное и кольцевое пространство скважины с помощью резинового кольца 7 и полой нажимной втулки 8. На внешнем jropue диафрагмы 6 выполнён а кольцева  канавка 9. Кроме того, в корпусе 1 установлен золотни 10 со свободно вращающейс  относител но негр ВТУЛКОЙ 11, загерметизироваи ной относительно корпуса f с помощью уплотнений 12. Золотник 10 два р да радиальных циркул ционных каналрв 13 и 1 и подпружинен снизу пружиной 15. Взаимнре осевое прложение золотника 10 и корпуса 1 определ етс  при помощи пальца 16, в нижне части золотника 10 и взаимодействующего с профилированной торцо О верхНостьйэ 3 корпуса 1, и еющей уг- лубление в виде шпоночного jia3a 17 ширина которого oпpёдeл e :cJR расчетным путем. Помимо этого, золо т .ник 10 жестко св зан с замковой втулкой 18, на наружной поверхности которой выполнен замкнутый фи ,гурный паз 19. С пазом 19 взаимодействует фиксатор 20, размещенный на нижнем конце штока 2, Другой конец штока 2 соединен с муфтой 21, Работа клапана осуществл етс  следующим образом. Сначала производ т подготовку его к работе, прследовательность которой зависит от намеченной технологии испытани  скважин. 5 При испытании многопластовых нефонтанирующих скважин компрессорным способом чаще всего используетс  двух или трехпакёрна  компоновка испытательного инструмента с установкой открытого фильтра вместо испыта тел  пластов. В этом случае спуск инструмента б скважину сопровождаетс  заполнением полости насосно-компрессорных труб (НКТ) промывочной жидкостью , поступающей через фильтр, что упрощает использование циркул ционного клапана, так как при этом не требуетс  производить спуск его в гарантированно закрытом положении. В св зи с этим клапан опускаетс  в скважину с открытыми циркул ционными каналами 5 т.е. без установки в них диафрагм 6, Если перед спуском клапана ив процессе него золотник 10 находитс  в положении Закрыто, то при этом шток 2 занимает крайнее верхнее положение относительно корпуса 1 клапан раст нут, золотник 10 зафиксирован от перемещени  вверх под действ ием пружины 15 с помощью пальца 1б, который опираетс  на торцовую поверхность и корпуса 1, фиксатор 20 находитс  в крайнем верхнем положении относительно замковой втулки 18 ( например, В положении фигурного паза 19). После спуска клапана на требуемую глубину производитс  пакеровка испытательного инструмента, при этом шток 2 под действием веса вышерасположенной части колонны НКТ перемещаетс  вниз до упора своей муфтой в. корпус 1. При этом перемещении фиксатор 20, св занный .с штоком 2, доходит до нижнегр скРса фигурного пазе 19 и повернув замковую втулку 18 вместе с золотником 10 на некоторый угол, попадает в удлйненну вертикальную прорезь паза 19, зан в.в ней положение в.Осевой ход пальца 1б из положени  в положение в ра- вен ходу штрка 2 относительно корпуса 1, поэтому золотник 1О сохран ет свое прежнее положение по вертикали относительно корпуса 1, а клапан остаетс  в закрытом положении. Но палец 16, благодар  частичному пррвороту золотника 10, переходит из позиции & в прзицию7К, остава сь на тррце профилированной поверхнРсти о корпуса 1. Таким образо.м, кла .пан из состо ни  раст нут, закрыт переходит в состо ние сжат, закрыт

и остаетс  в таком положении до следующей команды с поверхности.

Если после проверки места установки  кор  и пакеров принимаетс  решение заменить в скважине раствор на воду до глубины исследуемого интервала , то в этом случае производитс  циркул ци  через фильтр при освобожденных пакерах и закрытом циркул ционном клапане. Дл  этого : НКТ приподнимают вверх на необходимую величину, что приводит к выдвижению штока 2 вверх до Упора, перемещению фиксатора 20 из положени  д фигурного паза 19 в положение U/ относительно неподвижной в осевом направлении замковой втулки 18 и дополнительному провороту пальца 16 относительно шпоночного паза 17 профи лировднной поверхности . При этом клапан снова оказываетс  в положении раст нут, закрыт.

При вызове притока из пласта и проведении компрессорных откачек испытательный инструмент снова запакеровываетс  и компрессирование производитс  через открытый циркул ционный клапан. Дл  этого трубы разгружаютс  на  корьj что приводит к сжатию клапана, При этом фиксатор 20, пройд  часть своего свободного ходс), упираетс  в нижний край короткой прорези фигурного паза 19 и далее движетс  вниз вместе с замковой втулкой 18, преодолева  усилие пру )йины 15 что приводит к смещению золотника 10 в крайнее нижнее полоЖжение ., при котором происходит совмещение циркул ционных каналов 5 корпу са 1 с циркул ционными каналами 13 золотника 10, Таким образом, клапан переходит в положение, сжат, открыт что позвол ет в процессе компрес сировани  передавать на пакера нео0хЬдимую сжимающую .нагрузку с целью (сохранени  герметичности паке|ровки , независимо от изменени  величины перепада давлени , действующего Hia пакеты.

Если, по окончании крмпрессирювани  необходимо записдть кривую восстано8лен :1  давлени , например, с помощью запорного клапана, работающего от сжати  и расположенного выше циркул ционного клапана то в этом случае последний доли$ен быть закрыт, а инструмент запакерован. Дл  этого достаточно произвести вначале нат жку инструмента; а затем

снова посадку. При нат жке шток - 2, выдвига сь вверх, приводит фиксатор 20 в положение J фигурного паза 19 что позвол ет золотнику 10 под действием пружины 15 вернутьс  в прежнее по.ложение, соответствующее состо нию клапана раст нут, закрыт, А при последующей посадке инструмента фиксатор 20 снова оказываетс  13 очередной удлиненной прорези фигурного паза 19 обеспечивающей переход клапана в положение сжат, закрыт. При этом палец Тб золотника 10 занимает положение И , граничащее с пазом ту/профилированной поверхности корпуса 1.

В этом сЛучае, если необходимо осуществить циркул цию через клапан в его раст нутом положении (например, с целью избежани  подъема с сифоном при работе с испытателем пластов) производитс  очередна  нат жка инструмента . При этом клапан .приводитс  в раст нутое положение и шток 2 переводит , фиксатор 20 в следую.щее .положение О фигурного паза 19. Одновременно с Этим происходит следующее. Переход фиксатора 20 в положение О сопровождаетс  дополнительным проворотом золотника 10 на некоторый угол, в результате чего палец 16-утапливаетс  в пазу 17 профилированной поверхности в, занима  положение ц, и золотник 10, освобождаемый от действи  нижнего упораj смещаетс  под действием пРУ жины 15 вверх относительно неподвижного фиксатора 20, наход щегос  в крайнем верхнем положении относительно корпуса 1, Глубина паза 17 обеспечивает : перемещение золотника 10 вверх на величину, достаточную дл  совмещени  нижних циркул ционных каналов Т4 золотника 10 с циркул ционными ка-, налами 5 корпуса 1. Таким образом, клапан переходит в состо ние раст - . нут, открыт, которому соответствует положение Ь фиксатора 20 в фигурном пазу 19 причем в процессе перемещени  из положени  О в положение |ii .фиксатор 20, взаимодейству  с . очередным скосом паза, дополнительно проворачивает золотник 10 до упора пальца 16 в стенку паза 17 профилированной поверхности :. Благодар  этому, при последующем сжатии клапана фиксатор 20 движетс  вниз совместно с золотником 10, сжима  пружину 15 и не измен   своего положени  относительно фи-; гурного паза 19 до тех пор, пока паец 1б не выйдет из паза 17 и не осободйт золотник 10. Тогда -фиксатор 0 р взаимодейству  со скосом фигурно-f го паза 1Э проворачивает золотник 10, и палец 16 снова оказываетс  на 5 орцэ профилированной поверхности б в положение О , В конце хода штока 2 вниз фиксатор 20 оказываетс  в поло ении у фигурного паза 19 что привоит клапан снова в состо ние сжэт в закрыт. При необходимости подъема инструмента без циркул ции производитс  -очередна  нат жка инструмента , что возвращаетклапан в исходное полсжение раст нут, закрыт, ts При этом фиксатор 20 возвращаетс  в положение, а 16 в положение е. На этом цикл заканчиваетс  и при необходимости осуществл етс  повторно в указанной последователь- 20 ности: .

1, Раст нут, закрыт ;

2о сжат, закрыт ;

3. раст нут, закрыт ;

k. сжат, открыт ;25

5 раст нут, закрыт ;

6,, закрыт ;

7. раст нут, открыт ; 8 ,Сжат, закрыт ;

Приведенный выше состав цикла, зо количество фиксированных позиций, а также их последовательность могут быть выбраны иными, наиболее оптимальными, в зависимости от гч ин той тех41блогии испытани  скважин, 35 .а также от назначени  циркул  ционного клапана. Например, данный клапЗн может использоватьс  дл  работы совместно сиспытателем пЛастов с целью проведени  промывки подпакернрй 3OHbf от пластового флктда и разгази рованнргр pacTfора перед под-ьемон ин струмента или дл  проведени  оп«ераций по интенсификации притока с целью осуществлени  циркул ции при доставке рабочих жидкостей на забой и.закачке их в пласт. 8 этих случа х жет быть применена ина  структура цикла, что приведет к необходимости изменени  формы фигурного паза 19 и профилированной поверхности |S корпуса 1,

При работе циркул ционного клапан совместно с испытателем пластов, когда самопроизвольное открытие клапана в процессе спуска инструмента может привести к нежелательному преждевременному заполнению полости НКТ жидкостью , диафрагмы 6 предохран ют клапан от открыти  в случае его внезапного сжати , например, при неожиданных посадках инструмента в период спуска, В таких, случа х дл  открыти  клапана необходимо предварительно создать в ИКТ избыточное внутритрубное давление в пределах кгс/с Г при котором диафрагма 6, благодар  наличию односторонней канавки 9 на их внешних торцах, разрушаютс  и открывают циркул ционные каналы 5 корпуса 1, При этом диафрагмы 6 вылолнены таким образом, что при превышении внешнего (затрубного) давлени  срабатывание их происходит при разрушении металла не по дну кольцевой канавки 9, а по утолщенной центральной насти, что требует значительно .большего .перепада давлени .

Замена гидо.авлического привода управлени  механ ческим позвол ет снизить стоимость изготовлени  деталей и узлов клапана и повысить его работоспособность.

Важным преимуществом предлагаемого клапана  вл етс  также и то, что его применение, в отличие от прототипа, не бв зано с опасностью создани  гидравлических ударов в скважине.

Кроме того, предлагаемый клапан позвол ет производить скважин независимо от интенсивности про влени  притока, что снижает веро тность возкикновени  аварийных ситуаций при испытании скважин вызванных прихватами инструмента, и, тем caNWM, дает возможность получить дополнительный экономический эффект за счет снижени  числ аварий, а также - времени и средств, св занных с их ликвидацией.

f

Фш. /

т

0tft

Claims (1)

1. ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КЛАПАН ИСПЫТАТЕЛЯ ПЛАСТОВ, включающий полый корпус с радиальными каналами, уста- новленный в нем подпружиненный золотник с осевым каналом и рядом радиальных каналов, жестко связанный с замковой итулкой и выполненный с фигурным пазом на наружной поверхности, и фиксатор, о'т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения надежности его в работе путем управления клапаном осевым перемещением колонны труб, в корпусе телескопически установлен жёстко связанный с колонной труб шток, на котором размещен фиксатор, золотник выполнен с дополнительным рядом радиальных каналов и имеет палец в нижней части, а внутренняя поверхность корпуса имеет пазы под палец золотника.