отсекатель потока для испытателя пластов

Формула изобретения

Отсекатель потока для испытателя пластов, включающий корпус с размещенными в нем осевыми каналами и обратным клапаном, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен тарельчатым с возможностью перекрытия осевых каналов и посредством штока связан с узлом управления, узел управления выполнен в виде поршневой пары, надпоршневая полость которой снабжена тарированной пружиной сжатия и сообщена с внутритрубным пространством, а подпоршневая полость сообщена с затрубным пространством.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для испытания скважин испытателями пластов, в частности к клапанам.

Известно устройство для ограничения интенсивности притока пластового флюида при испытании скважин - забойный штуцер (Сухоносов Г.Д., Шакиров А.Ф. , Усачева Е. П. "Справочник по испытанию необсаженных скважин". М.: Недра, 1985 г., с.201).

Недостатком устройства является то, что оно не предотвращает смятия колонны бурильных труб, т.к. в его конструкции не предусмотрены элементы для перекрытия потока флюида при критическом давлении. При бурении определить заранее необходимый диаметр штуцера очень сложно, так как характеристика пласта недостаточно изучена и прогноз предполагаемого дебита имеет большой диапазон.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является отсекатель потока для испытателя пластов, включающий корпус с размещенными в нем осевыми каналами и обратным клапаном в виде шара, перекрывающим поток жидкости при достижении заданного расхода. (Технология исследования глубоких разведочных скважин испытателями на трубах с применением новых технических средств "Глубина" РД 39-0147716-512-85, Уфа, ВНИИнефтепромгеофизика, 1986, с.120-122).

Недостатком этого отсекателя является то, что он не обеспечивает перекрытие потока пластового флюида при возникновении ситуации, когда перепад давления между трубным и затрубным пространствами больше критического, что может привести к смятию бурильных труб. Такое положение может возникнуть при испытании газового объекта с низким дебитом. В этом случае перекрытие бурильных труб не произойдет из-за того, что сила тяжести, действующая на шар, не будет преодолена, так как низкое проявление пласта не позволит повыситься давлению под шаром. В этом случае газ может заполнить значительную часть колонны бурильных труб и давление в них упадет ниже критического, что приведет к их смятию наружным давлением бурового раствора.

Задачей изобретения является предотвращение смятия бурильных труб избыточным наружным давлением бурового раствора.

Технический результат - обеспечение перекрытия потока флюида при критическом перепаде давления.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном отсекателе потока для испытателя пластов, включающем корпус с размещенными в нем осевыми каналами и обратным клапаном, особенность заключается в том, что обратный клапан выполнен тарельчатым с возможностью перекрытия осевых каналов и посредством штока связан с узлом управления. Узел управления выполнен в виде поршневой пары, надпоршневая полость которой снабжена тарированной пружиной сжатия и сообщена с внутритрубным пространством, а подпоршневая полость сообщена с затрубным пространством.

На чертеже изображен отсекатель потока для испытателя пластов.

Отсекатель потока для испытателя пластов содержит спускаемый на трубах корпус 1, внутри которого размещены осевые каналы 2 и обратный клапан 3. Обратный клапан 3 выполнен тарельчатым и посредством штока 4 связан с узлом управления. Узел управления представляет собой поршневую пару с поршнем 5, надпоршневая полость которой снабжена пружиной 6 с тарировочными шайбами 7 и связана с внутритрубным пространством каналом 8, а подпоршневая полость сообщена с затрубным пространством каналом 9

При проведении испытания, например, в поисковой скважине глубиной 4020 м, характер насыщения объекта не ясен. Пластовое давление P_пл. аномально высокое (P_пл.= 68 МПа). Расчетная депрессия на пласт P = 12 MПa. При бурении применяются бурильные трубы ТБПК-127 с толщиной стенки 9,2 мм, марка стали К с предельным наружным давлением смятия P_см=51,5 МПа. Удельный вес бурового раствора = 1800 кг/м³. Для расчетов примем глубину установки отсекателя h = 4000 м. Найдем давление столба бурового раствора в затрубье P_зат.:

P_зат = h = 72 MПa

Давление в трубах P_тр для создания депрессии будет равно:

P_тр = P_пл-P = 56 MПa

Перепад давления P¹ между P_тр и P_затр:

P¹ = P_затр-P_тр = 16 MПa

Найдем допустимый перепад давления P_доп между трубным и затрубным пространствами:

P_доп P_см/n = 51,5/1,3 = 39,6 MПa,

где n - коэффициент запаса прочности для стальных бурильных труб, n= 1,3.

Таким образом, запланированный перепад давления равен 16 МПа, что значительно меньше допустимого. При перепаде давления, большем 39,6 МПа, может произойти смятие колонны бурильных труб, поэтому усилие пружины отсекателя потока должно обеспечивать закрытие клапана при меньшем перепаде давления. Принимаем перепад давления, при котором произойдет закрытие отсекателя P_зак, равным 35 МПа. Найдем давление в трубах P^зак._тр, при котором произойдет закрытие отсекателя:

P^за_тр^к = P_зат-P_зак = 37 MПa

Итак, давление в трубах должно понизиться до 37 МПа, тогда отсекатель сработает и перекроет приток пластового флюида, чем предотвратит смятие колонны бурильных труб.

Отсекатель потока работает следующим образом. Перед спуском отсекателя в скважину усилие пружины 6 подбирается с помощью тарированных шайб 7 таким образом, чтобы обеспечить расчетный перепад давления между трубным и затрубным пространствами. При спуске испытателя пластов в скважину отсекатель потока устанавливается над комплектом испытательного инструмента, т.е. в месте, где действует наибольшее сминающее усилие от перепада давления на бурильные трубы во время испытания скважины. Если перепад давления не более запланированного, то клапан находится в открытом положении, как показано на чертеже.

После открытия испытателя пластов пластовый флюид беспрепятственно начинает поступать в колонну бурильных труб по каналам 2. Давление в трубах начинает расти. В этом случае избыточное давление затрубного пространства уменьшается и клапан остается открытым. При поступлении газа, особенно в зонах аномально высоких пластовых давлений, возможно полное опорожнение бурильных труб. В этом случае давление в бурильных трубах над отсекателем потока будет минимальным, а перепад давления между затрубным и трубным пространствами - максимальным. Если перепад давления превысит расчетную величину, то поршень 5, преодолевая усилие пружины 6, начнет двигаться вверх и клапан 3 перекроет каналы 2. Пластовый флюид перестанет поступать в колонну бурильных труб и, таким образом, избыточное наружное давление не превысит критического. Далее в такой ситуации закрывают запорно-поворотный клапан испытателя пластов и приступают к подъему инструмента. При подъеме инструмента избыточное давление затрубного пространства будет уменьшаться, при этом отсекатель потока под действием трубного давления, передающегося на поршень 5 по каналу 8, и под действием пружины 6 возвращается в первоначальное положение и не препятствует дальнейшим технологическим операциям.