УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТА
FORMATION TESTING DEVICE

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин, в частности к испытаниям продуктивных горизонтов нефтяных и газовых скважин, а также сверхглубоких и горизонтальных скважин.
Известно устройство для испытания пластов, выбранное в качестве аналога, содержащее корпус, полый, заглушенный в нижней части шток с впускными каналами и сопряженными между собой правой и левой резьбами на его наружной поверхности, установленную на штоке скобу с пальцем, телескопически связанную с ней гильзу с радиальными каналами, причем гильза связана со штоком шпоночным соединением (авторское свидетельство СССР №1105630, опубл. 30.07.1984 г.).
Недостатками известного устройства являются: низкие технологичность и запас прочности верхней части устройства, сложность разборки, значительные трудозатраты на изготовление и сборку устройства.
Известно устройство для испытания пластов, выбранное в качестве прототипа, содержащее палец, установленный в корпусе и закрытый от внешних воздействий уплотнительным цилиндром, скобу, скользящую по бесконечной винтовой канавке дополнительно полого штока, который взаимодействует через телескопическое соединение с золотниковой втулкой впускного клапана и установлен подвижно относительно корпуса и штока со шлицевым соединением, имеющим в средней части бурт с радиальными отверстиями. Причем на шток со шлицевым соединением надета подвижно и уплотнена дифференциальная втулка (патент №2186967, опубл. 10.08.2002 г.).
Недостатками известного устройства являются: низкий запас прочности верхней части устройства, сложность разборки устройства, возможность перемещения золотниковой втулки ниже впускного клапана и несовмещения радиальных отверстий впускного клапана, низкая технологичность устройства, сложность конструкции, значительные трудозатраты на изготовление и сборку устройства, риск отворота средней и нижней корпусных деталей устройства, короткий период эксплуатации, проблема забивания песка в глухой канал между кожухом и цилиндрическим корпусом.
Задачей, решаемой изобретением, является увеличение запаса прочности верхней части устройства и облегчение разборки устройства, предотвращение возможности перемещения золотниковой втулки ниже впускного клапана и обеспечение совпадения радиальных отверстий впускного клапана, повышение технологичности устройства и упрощение конструкции, снижение трудозатрат на изготовление и сборку устройства, снижение риска отворота средней и нижней корпусных деталей устройства, увеличение длительности эксплуатации и повышение надежности, устранение проблемы забивания песка в глухой канал между кожухом и цилиндрическим корпусом.
Указанный технический результат достигается тем, что:
- верхняя корпусная деталь выполнена разъемной, золотниковая втулка оснащена ограничительной гайкой, телескопическое соединение золотниковой втулки и дополнительного штока выполнено при помощи верхней и нижней гильз с буртами, скоба фиксируется регулировочным винтом;
- редукционный клапан состоит из седла, опоры, штока, пружины и валика.
Повышение технологичности, увеличение запаса прочности и облегчение разборки устройства возможно благодаря выполнению верхней корпусной детали разъемной.
Предотвращение возможности перемещения золотниковой втулки ниже впускного клапана и обеспечение совпадения радиальных отверстий впускного клапана достигается благодаря размещению ограничительной гайки на золотниковой втулке.
Упрощение конструкции устройства достигается благодаря выполнению телескопического соединения из двух гильз, имеющих бурты и соединенных между собой резьбовым соединением.
Снижение трудозатрат на изготовление и сборку устройства достигается размещением регулировочного винта непосредственно в пальце, что позволяет производить подгонку прижатия скобы к винтовой канавке дополнительного штока.
Снижение риска отворота средней и нижней корпусных деталей устройства осуществляется благодаря размещению винта между средней и нижней корпусными деталями.
Увеличение длительности эксплуатации и повышение надежности устройства достигается благодаря оснащению дополнительным впускным клапаном, состоящим из седла, опоры, штока, пружины, валика.
Устранение проблемы забивания песка в глухой канал между кожухом и цилиндрическим корпусом устройства достигается исключением из конструкции устройства кожуха.
Схема устройства для испытания пласта приведена на фигурах 1, 2, 3.
Устройство для испытания пласта состоит из цилиндрического корпуса, включающего верхнюю корпусную деталь (не показана), среднюю 1 (фиг. 1) и нижнюю 2 (фиг. 2) корпусные детали, шток со шлицевым соединением (не показан), состоящий из верхней 3, средней 4 и нижней 5 (фиг. 3) частей, впускного клапана (не показан), включающего золотниковую втулку 6 (фиг. 1) и обойму 7, дополнительного штока 8 (фиг. 2), скобы 9 (фиг. 1), пальца 10, втулки 11 (фиг. 2), дополнительного впускного клапана (не показан), включающего редукционный клапан (не показан) и дифференциальную втулку 12 (фиг. 2), уравнительного клапана (не показан), включающего среднюю часть 4 штока со шлицевым соединением, гильзу 13 и нижнюю 2 корпусную деталь, упорного подшипника, включающего металлическое кольцо 14 (фиг. 3), фторопластовое или резиновое кольцо 15, втулку 16, ограничительной гайки (не показана), верхней 17 (фиг. 1) и нижней 18 гильз с буртами, регулировочного винта 19, штифта 20 (фиг. 2). Верхняя корпусная деталь цилиндрического корпуса выполнена разъемной и состоит из верхнего 21 (фиг. 1) и нижнего 22 элементов, закрепленных с помощью винта 23. Редукционный клапан состоит из седла 24 (фиг. 2), опоры 25, штока 26, пружины 27 и валика 28.
В верхнем элементе 21 (фиг. 1) корпусной детали выполнен переводник (не показан), который служит для соединения устройства для испытания пласта с колонной труб (не показаны) или другими частями испытательного оборудования.
Ограничительная гайка (не показана) установлена на золотниковой втулке 6 (фиг. 1), выполненной с возможностью осевого перемещения при вращении колонны труб.
Золотниковая втулка 6 с радиальными отверстиями (не показаны) и обойма 7 с радиальными отверстиями (не показаны) образуют впускной клапан, который предназначен для открытия доступа пластовому флюиду в бурильную колонну над устройством и управляется с помощью вращения колонны труб. Обойма 7 жестко соединена с нижним элементом 6 корпусной детали и сверху закрыта заглушкой 29.
Телескопическое соединение золотниковой втулки 6 (фиг. 1) и дополнительного штока 8 выполнено при помощи верхней 17 и нижней 18 гильз, имеющих бурты (не показаны) и соединенных между собой резьбовым соединением.
Дополнительный шток 8 (фиг. 2) подвижно размещен в средней корпусной детали 1 (фиг. 1) цилиндрического корпуса и имеет на поверхности бесконечную винтовую канавку (не показана), представляющую собой правую и левую трапецеидальные резьбы с сопряженными концами, нарезанными на одном участке. В бесконечной винтовой канавке размещена скоба 9 (фиг. 1), жестко связанная с пальцем 10, который размещен непосредственно в средней корпусной детали 1 цилиндрического корпуса. Скоба 9 фиксируется регулировочным винтом 19 с возможностью подгонки силы прижатия к бесконечной винтовой канавке дополнительного штока 8, в верхней части которого размещена ограничительная гайка 30.
Между дополнительным штоком 8 и средней корпусной деталью 1 цилиндрического корпуса расположена втулка 11 (фиг. 2), в которой выполнены пазы (не показаны), входящие в штифты 31, связывающие втулку 11 с верхней частью 3 штока со шлицевым соединением и служащие для предупреждения проворота дополнительного штока 8 относительно штока со шлицевым соединением, концентрично установленном в цилиндрическом корпусе и состоящим из верхней 3 (фиг. 2), средней 4 и нижней 5 (фиг. 3) частей, которые жестко связаны между собой резьбовым соединением.
В верхней части 3 (фиг. 2) штока со шлицевым соединением размещены поршень 32, втулка 33 и бурт 34 с уплотнительными кольцами 35, ниже которых выполнены радиальные отверстия (не показаны). Бурт 34 при необходимости может быть выполнен разъемным или цельным с основным штоком, при этом площадь сечения бурта 34 в ее уплотнительной части в два раза превышает площадь сечения верхней части 3 штока со шлицевым соединением.
Штифт 20 (фиг. 2) размещен в поршне 32 и служит для фиксации поршня 32 в корпусной детали 2. Винт 36 служит для снижения риска отворота средней 1 (фиг. 1) и нижней 2 (фиг. 2) корпусных деталей устройства.
Дополнительный впускной клапан состоит из дифференциальной втулки 12 (фиг. 2), радиальных отверстий (не показаны), выполненных в верхней 3 и средней 4 частях штока со шлицевым соединением, и редукционного клапана, служащего для урегулирования трубного и пластового давлений и состоящего из седла 24, опоры 25, штока 26, пружины 27 и валика 28. Через дополнительный впускной клапан осуществляется заполнение полости устройства пластовым флюидом.
Функцию распорки выполняют дифференциальная втулка 12 (фиг. 2), выполненная с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта 34, и гильза 13 с кольцом 37, установленные на средней части 4 штока со шлицевым соединением.
Средняя часть 4 (фиг. 2) штока со шлицевым соединением, гильза 13, нижняя корпусная деталь 2 (фиг. 3) цилиндрического корпуса и радиальные отверстия (не показаны) образуют уравнительный клапан, служащий для обеспечения гидравлической связи между подпакерным и надпакерным пространствами. Уравнительный клапан работает от осевого перемещения штока со шлицевым соединением относительно цилиндрического корпуса.
В нижней части 5 (фиг. 3) штока со шлицевым соединением между торцом (не показан) обоймы 38, соединенной с корпусной деталью 2 цилиндрического корпуса, и торцом (не показан) переводника 39 установлен упорный подшипник, состоящий из металлического 14, фторопластового или резинового колец 15 и втулки 16.
Вращение нижней части 5 (фиг. 3) штока со шлицевым соединением относительно нижней корпусной детали 2 цилиндрического корпуса предотвращается шлицевым соединением, соединяющим нижнюю часть 5 штока и обойму 38, установленную в корпусной детали 2 цилиндрического корпуса.
Переводник 39 (фиг. 3) предназначен для соединения устройства для испытания пласта с колонной труб (не показаны) или другими частями испытательного оборудования.
Герметизация подвижных и неподвижных соединений осуществляется резиновыми кольцами 40-49 (фиг. 1-3).
Устройство для испытания пласта работает следующим образом.
Перед спуском в скважину устройство посредством переводников соединяется с бурильными трубами или другими частями испытательного оборудования. При спуске в скважину устройство находится в транспортном состоянии: его впускной и дополнительный впускной клапаны находятся в закрытом положении, а уравнительный клапан - в открытом. Обойма 38 (фиг. 3), жестко связанная с нижней корпусной деталью 2 цилиндрического корпуса, находится в шлицевом соединении с нижней частью 5 штока со шлицевым соединением, что препятствует их взаимному провороту. После спуска устройства в скважину под действием сжимающей нагрузки на устройство, радиальные отверстия уравнительного клапана закрываются, а радиальные отверстия дополнительного впускного клапана открываются. Для открытия впускного клапана бурильные трубы проворачивают вправо на заданное число оборотов (например, 15 оборотов), при этом верхняя корпусная деталь, состоящая из верхнего 21 (фиг. 1) и нижнего 22 элементов, средняя 1 и нижняя 2 корпусные детали цилиндрического корпуса вращаются относительно нижней части 5 штока со шлицевым соединением. Дополнительный шток 8 (фиг. 2) за счет скобы 9, скользящей по винтовой канавке, перемещается вниз, затем через телескопическое соединение, выполненное при помощи верхней 17 (фиг. 1) и нижней 18 гильз с буртами, воздействует на золотниковую втулку 6, далее происходит совмещение отверстий золотниковой втулки 6 и обоймы 7 и последующее открытие впускного клапана. Пластовый флюид из исследуемой зоны через отверстия (не показаны) по полостям верхней 3 (фиг. 2), средней 4 и нижней 5 частей штока со шлицевым соединением поступает в бурильные трубы, благодаря чему обеспечивается открытый период испытания. После выдержки определенного промежутка времени на притоке, производят вращение труб вправо еще на столько же заданных оборотов (например, 15 оборотов), в результате чего впускной клапан, управляемый вращением, закрывается. Таким образом, устанавливается режим регистрации кривой восстановления пластового давления - КВД. В случае необходимости проведения многоциклового испытания, операции по открытию-закрытию впускного клапана проводят многократно.
После окончания испытания на устройство, путем натяжения бурильных труб, создается растягивающая нагрузка, под действием которой дополнительный впускной клапан закрывается, а уравнительный клапан открывается. Шлицы (не показаны) обоймы 38 (фиг. 3), жестко связанной с нижней корпусной деталью 2 (фиг. 2) цилиндрического корпуса и шлицы (не показаны) нижней части 5 (фиг. 3) штока со шлицевым соединением, входят в зацепление, фиксируют и исключают взаимное вращение нижней корпусной детали 2 (фиг. 2) цилиндрического корпуса относительно нижней части 5 штока со шлицевым соединением.
Применение заявляемого изобретения позволит увеличить запас прочности верхней части устройства и облегчить разборку устройства, предотвратить возможность перемещения золотниковой втулки ниже впускного клапана и обеспечить совпадение радиальных отверстий впускного клапана, повысить технологичность устройства и упростить конструкцию, снизить трудозатраты на изготовление, сборку и разборку устройства, снизить риск отворота средней и нижней корпусных деталей устройства, увеличить длительность эксплуатации и повысить надежность, устранить проблемы забивания песка в глухой канал между кожухом и цилиндрическим корпусом.