устройство для испытания пласта

Формула изобретения

Устройство для испытания пласта, содержащее цилиндрический корпус, концентрично установленный в корпусе и связанный с ним шток со шлицевым соединением, жестко связанный с переводником для соединения с колонной труб, упорный подшипник, установленный между корпусом и переводником, дополнительный шток, на наружной поверхности которого выполнена бесконечная винтовая канавка, размещенную в винтовой канавке скобу, жестко связанную с пальцем золотниковую втулку с впускным каналом, телескопически связанную с дополнительным штоком и установленную с возможностью осевого перемещения при вращении колонны труб, отличающееся тем, что оно снабжено дифференциальной втулкой и охватывающим корпус уплотнительным цилиндром, палец размещен непосредственно в корпусе с возможностью сопряжения наружной поверхности пальца с внутренней поверхностью уплотнительного цилиндра, дополнительный шток установлен подвижно относительно штока со шлицевым соединением и корпуса, шток со шлицевым соединением в средней части снабжен буртом с уплотнительными кольцами, ниже которых выполнены радиальные отверстия, при этом площадь сечения бурта уплотнительной части в два раза превышает площадь сечения основной части штока, а дифференциальная втулка размещена в корпусе с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта штока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бурт выполнен разъемным.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для испытания продуктивных горизонтов нефтяных и газовых скважин, в частности сверхглубоких и горизонтальных скважин.

Известно устройство для испытания пласта, содержащее корпус, полый заглушенный в нижней части шток с впускными каналами и бесконечной винтовой канавкой на наружной поверхности, скобу, размещенную подвижно в бесконечной винтовой канавке и жестко связанную с пальцем, палец, установленный в штанге, которая жестко связана с золотниковой втулкой впускного клапана (авт. св. 670723 "Устройство для испытания пласта", Е 21 В 49/00, опубл. 1979, БИ 24).

Известно также устройство для испытания пластов, принятое за прототип, 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 в резьбе скобу с пальцем, телескопически связанную с ней золотниковую втулку с радиальными каналами, причем золотниковая втулка связана со штоком шпоночным соединением (авт. св. СССР 1105630 "Устройство для испытания пласта", Е 21 В 49/00, опубл. 1984, БИ 28).

Указанное устройство обеспечивает многоцикловое испытание пласта и отбор герметизированных проб флюида, что осуществляется путем перекрытия полости труб и вращением штока относительно корпуса. Однако данное устройство имеет такой существенный недостаток, как ограниченную область применения, а именно невозможность их использования при испытаниях высокодебитных или сверхглубоких и горизонтальных скважин. Причем конструкция известных устройств не позволяет уменьшить диаметр корпуса либо увеличить размеры проходных каналов. Кроме того, устройство имеет недостаточную для сложных условий надежность, так как под воздействием силы тяжести элементов конструкции, подвешиваемых на скобе, а также под воздействием внешних динамических нагрузок скоба быстро выходит из строя.

Задачей изобретения является расширение области применения устройства для испытания пласта за счет обеспечения возможности изготовления испытателей пластов меньших диаметров, а также повышение надежности конструкции в сверхглубоких и горизонтальных скважинах. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для испытания пласта, содержащем цилиндрический корпус, концентрично установленный в корпусе и связанный с ним шлицевым соединением полый шток, жестко связанный с переводником для соединения с колонной труб, упорный подшипник, установленный между корпусом и переводником, дополнительный шток, на наружной поверхности которого выполнена бесконечная винтовая канавка, размещенную в винтовой канавке скобу, жестко связанную с пальцем, золотниковую втулку с впускным каналом, телескопически связанную с дополнительным штоком и установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения при вращении колонны труб, корпус снабжен дифференциальной втулкой и охватывающим корпус уплотнительным цилиндром, палец размещен непосредственно в корпусе с возможностью сопряжения наружной поверхности пальца с внутренней поверхностью уплотнительного цилиндра, дополнительный шток установлен подвижно относительно штока со шлицевым соединением и корпуса, шток со шлицевым соединением в средней части снабжен буртом с уплотнительными кольцами, ниже которых выполнены радиальные отверстия, при этом площадь сечения бурта в уплотненной части в 2 раза превышает площадь сечения основной части штока, дифференциальная втулка размещена в корпусе с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта штока.

Предложенное техническое решение имеет ряд существенных отличий по сравнению с аналогом и прототипом, а именно:

- размещение пальца непосредственно в корпусе позволяет расширить проходные каналы устройства при имеющихся габаритных размерах прототипа (146 мм), что обеспечивает возможность с помощью данного устройства проводить испытания высокодебитных скважин. То есть данное техническое решение обеспечивает возможность изготавливать испытатели пластов всех типоразмеров, применяемых в скважинной геофизической аппаратуре (диаметром от 65 до 146 мм);

- размещение пальца в корпусе приводит к уменьшению нагрузки, действующей на скобу со стороны подвешенных на нее элементов конструкции устройства, в 2-3 раза при одновременном увеличении прочности скобы, за счет чего повышается надежность устройства в целом. Наличие на торце пальца скользящей поверхности, сопряженной с внутренней поверхностью уплотнительного цилиндра, исключает заклинивание пальца в теле корпуса под воздействием силы тяжести подвешенных элементов конструкции, кроме того, уплотнительный цилиндр защищает палец от внешних динамических воздействий. Следовательно, данное техническое решение повышает надежность и длительность эксплуатации устройства для испытания пласта;

- выполнение дополнительного штока подвижным относительно корпуса и штока со шлицевым соединением и телескопическое соединение его с золотниковой втулкой позволяет увеличить допустимое отклонение от номинального числа оборотов и тем самым повысить надежность при управлении устройством в процессе испытания пласта, а соответственно обеспечить возможность испытания пластов сверхглубоких и горизонтальных скважинах; снабжение штока со шлицевым соединением буртом в средней части уплотнительными кольцами и радиальными отверстиями ниже колец, с площадью сечения бурта, в 2 раза превышающего площадь сечения основной части штока, и размещение дифференциальной втулки в корпусе с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта штока, имеющего шлицевое соединение, позволяет уравновесить шток со шлицевым соединением относительно корпуса при любых перепадах давления, в результате достигается, во-первых, надежность спуска испытателя в сложных условиях без преждевременного открытия клапана, во-вторых, свободное растяжение испытателя и открытие уравнительного клапана в момент окончания испытания без технологической "затяжки".

Корпус устройства состоит из корпусных деталей 1, 2, 3. В корпусе 2 размещены подвижно полый (дополнительный) шток 4, имеющий на поверхности бесконечную винтовую канавку, представляющую собой правую и левую трапецеидальные резьбы с сопряженными концами, нарезанные на одном участке (фиг.1, 2).

В винтовой канавке размещена скоба 5, жестко связанная с пальцем 6, который размещен непосредственно в корпусе 2 с возможностью сопряжения наружной поверхности с внутренней поверхностью уплотнительного цилиндра 7, охватывающего корпусную деталь 2, на которой установлены уплотнительные кольца 38. Для предупреждения проворота штока 4 относительно штока со шлицевым соединением, выполненным из трех частей (штоков) 11, 12, 13, установлены в его нижней части штифты 8, входящие в пазы втулки 9, которая связана со штоком 11 через штифты 10, входящие также в ее пазы. Шток 11 через шток 12, 13 жестко связан с переводником 14, предназначенным для соединения с колонной труб или другими частями испытательного оборудования. Штоки 11, 12, 13 связаны жестко между собой резьбовым соединением. На штоке 13 между торцем корпуса 3 и торцем переводника 14 установлен упорный подшипник, состоящий из металлического кольца 15, фторопластового или резинового кольца 16 и втулки 17. Вращение штока 13 относительно корпуса 3 предотвращается шлицевым соединением, выполненным на штоке 13 и корпусе 3.

На штоке 11 размещен поршень 18 с втулкой 19, а в его средней части выполнен бурт 20 с уплотнительными кольцами 34, ниже которых выполнены радиальные перепускные отверстия "а". Бурт 20 при необходимости может быть выполнен разъемным или цельным с основным штоком. Площадь сечения бурта в ее уплотнительной части в 2 раза превышает площадь сечения основной части штока.

На штоке 12 установлены дифференциальная втулка 21 с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта 20 штока 11 и гильза 22 с кольцом 23, выполняющие функцию распорки. Шток 12 с радиальными отверстиями "в", гильза 22 и корпус 3 с отверстиями "б" образуют уравнительный клапан, работающий от осевого перемещения штока относительно корпуса. Шток 4 в верхней части посредством втулок 24,25, полумуфты 26, скрепленных проволокой 27, телескопически связан с золотниковой втулкой 28. Золотниковая втулка с радиальными отверстиями "е" и обойма 29 с радиальными отверстиями "д" образуют впускной клапан. Обойма 29 жестко соединена с корпусом 2 посредством кожуха 31 и сверху закрыта крышкой 30. Переводник 32 служит для соединения с другими частями испытательного оборудования.

В полости штоков 11,12 между отверстиями "а" и "г" установлен редукционный клапан (на фиг.1 не показан), создающий с помощью отверстий "а", "г" и дифференциальной втулки 21 с уплотнениями дополнительный впускной клапан.

Герметизация подвижных и неподвижных соединений осуществляется резиновыми кольцами 33-40.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском в скважину устройство посредством переводников 14 и 32 соединяется с бурильными трубами (или другими узлами испытательного оборудования). При спуске в скважину устройство находится в транспортном растянутом состоянии, его впускной и дополнительный клапаны находятся в закрытом положении, а уравнительный клапан в открытом, корпус 3 находится в шлицевом соединении и со штоком 13, что препятствует их взаимному провороту. Через редукционный клапан осуществляется заполнение полости устройства скважинной жидкостью. После спуска испытательного оборудования в скважину под действием сжимающей нагрузки на устройство отверстия "в" уравнительного клапана закрываются, а отверстия "г" дополнительного клапана открываются. Для открытия впускного клапана, управляемого вращением (обойма 29), бурильные трубы проворачивают вправо на заданное число оборотов (например 20 оборотов), при этом корпусные детали 1, 2, 3 вращаются относительно штока 13. Шток 4, за счет скобы 5, скользящей по винтовой канавке, перемещается вниз, при этом шток 4 через телескопическое соединение 24 воздействует на золотниковую втулку 28, происходит совмещение отверстий "д" и "е" и последующее открытие впускного клапана. Жидкость из исследуемой зоны через отверстия "а", "в", "г" по полостям штоков 4, 12, 13 поступает в бурильные трубы и тем самым обеспечивается открытый период испытания. После выдержки определенного времени на притоке производят вращение труб вправо еще на столько же оборотов (например 20 оборотов), в результате чего впускной клапан, управляемый вращением, закрывается. Таким образом устанавливается режим регистрации кривой восстановления давления (КВД). При необходимости операции по открытию-закрытию впускного клапана повторяют многократно (в случае многоциклового испытания).

После окончания испытания на устройстве за счет натяжения бурильных труб создается растягивающая нагрузка, под действием которой дополнительный впускной клапан закрывается, а уравнительный клапан открывается, шлицы корпуса 3 и штока 13 входят в зацепление и фиксируют корпусную деталь 3 относительно штока 13, исключая взаимное вращение корпуса и штока.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет изготавливать многоцикловые испытатели, управляемые вращением, всех типоразмеров, необходимых для скважинного геофизического оборудования (65, 80, 95, 116, 127, 146 мм), обладает высокой надежностью конструкции, что обеспечивает безаварийную работу устройства независимо от внешних динамических воздействий (перепады давления, температуры, гидростатическое давление, сжимающие и растягивающие нагрузки). Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что с помощью данного устройства можно проводить испытания высокодебитных скважин, а также сверхглубоких и горизонтальных скважин разного диаметра.