Гідравлічний випробувач пласта

Гідравлічний випробувач пласта – основний вузол комплекту випробувальних інструментів. Він призначений для герметизації порожнини колони труб у процесі спуско-підіймальних операцій і з’єднання порожнини труб з підпакерним простором; вирівнювання тиску під пакером і над ним в процесі СПО та перед зняттям пакера з місця пакеровки; зменшення депресії на пласт і передачі стискуючих, розтягуючих і крутних навантажень на вузли, які розташовані нижче випробувача пластів. Він складається з трьох основних вузлів:

- впускного клапана, призначеного для розмежування внутрішньої порожнини колони труб у процесі СПО і для забезпечення припливу флюїду з пласта в труби в процесі випробування ;

- зрівноважувального клапана, призначеного для полегшення перетікання промивальної рідини, яка витісняється під час опускання КВІ з підпакерного простору у надпакерній (при підійманні КВІ – у протилежному напрямку), зменшення гідродинамічного тиску, який виникає при цьому, і для вирівнювання гідростатичного тиску під і над пакером після випробування пласта;

- гідравлічне реле часу, яке дозволяє відкривати і закривати, вказані вище клапани, через певний проміжок часу.

Принципова схема конструкції гідравлічного випробувача пласта показана на рисунку 2.11.

При спуску і підйомі інструменту гідравлічний випробувач пластів знаходиться у розтягнутому положенні. Штанга 3 і шток 4 знаходяться у крайньому верхньому положенні, отвори 9 впускного клапана закриті, що чинить перепону доступу промивальної рідини усередину бурильних труб. Сальник 7 знаходиться над отворами 10 зрівноважувального клапана і через них промивальна рідина перетікає з під пакера над пакер, покращуючи прохідність інструмента.

По досягненні вибою під дією ваги колони труб штанга 3 і шток 4 переміщуються вниз. Отвори зрівноважувального клапана закриваються, а отвори впускного клапана виходять з гільзи 8 і флюїд через центральний отвір штока і штанги поступає в колону труб. Для регулювання депресії на пласт і швидкості руху потоку флюїду в гідравлічних каналах випробувача пласта у верхній частині штанги встановлюють спеціальний зйомник штуцер 2, який закріплений головкою 1. Діаметр прохідного каналу штуцера підбирається для конкретних умов випробування.

Своєчасність закриття зрівноважувального клапана і відкриття отворів впускного клапана забезпечується гідравлічним реле часу, яке складається з циліндричної камери, заповненої рідиною (зазвичай це авіаційне мастило МС-20), і поршня 6, який переміщається у камері разом зі штоком 4. Під час руху вниз поршень щільно притиснутий до верхнього упорного торця штока і рідина з нижньої зони 11 перетікає у верхню зону 12 через капілярні канали 5, які виконані в поршні у вигляді циліндричної різьби. Розміри каналів підбирають з таким розрахунком, щоб забезпечити необхідну швидкість руху поршня 6 і відповідну затримку в часі між операціями пакерування і відкриття впускного клапана. Регулювання швидкості руху відбувається за рахунок зміни геометричних розмірів канавок або в’язкості рідини.

Під час руху штока вверх спочатку закривається впускний клапан, а потім відкриваються отвори зрівноважувального клапана і забезпечується вирівнювання гідростатичного тиску під і над пакером. Ці операції відбуваються значно швидше, ніж при переміщенні штока вниз, оскільки при переміщенні вверх поршень реле часу відходить від верхнього торця штока і рідина з верхньої зони 12 вільно перетікає у нижню зону 11 через кільцевий зазор між штоком і поршнем, що забезпечує швидке переміщення штока вверх.

Розтягуюче навантаження, яке діє на шток випробувача пласта і дорівнює добутку гідростатичного тиску у свердловині на різницю площ поперечного перерізу нижньої і верхньої частини штока в місцях ущільнюючих кілець камери, попереджує передчасне відкриття впускного клапана КВІ при раптових короткочасних посадках інструмента у процесі спуску у свердловину або при розходжуванні інструмента під час затяжок на вибої.

Запірно-поворотний клапан

Запірно-поворотний клапан призначений для припинення на деякий час доступу пластового флюїду з випробовуваного пласта в бурильні труби з метою запису глибинними манометрами діаграм зміни тиску в часі та відновлення доступу флюїду в колону труб.

У комплекті КВІ застосовують запірно-поворотні клапани двопозиційні (відкрито-закрито) та 4-х позиційні (відкрито-закрито-відкрито-закрито). Управління запірно-поворотним клапаном здійснюється обертанням колони труб.

У схемі комплекту інструментів, який показаний на рисунку 2.5, використовується 4-х позиційний запірно-поворотний клапан.

Він складається (рисунок 2.12) з перевідників 2 і 17 та корпуса 13. Усередині корпуса розташований вантажний шток 1, який під час СПО через храповик 4 і пружину 5 знаходиться у зачепленні з корпусним перевідником 2. У вантажний шток вгвинчена гільза 3, яка знаходиться у постійному шліцьовому зачепленні з гвинтом 11. У розширеній частині корпуса 13 розташований вузол упорного підшипника, який складається з нижньої опори 8, роликів, верхньої і проміжної опор 6 та 7. Нижче підшипника розташована гайка 10, яка нагвинчена на гвинт 11 і утримується від провертання штифтом 9. Між корпусом та гвинтом розміщена верхня гільза 14, в яку вгвинчена нижня гільза 15 з заглушкою 18. Гвинт 11 жорстко пов’язаний з клапаном 16, який розташований усередині гільзи 15. У нижню частинну перевідника 22 вмонтований перепускний клапан, що складається із сідла 21, штока 20 і пружини 19. Рідина з пласта при відкритому впускному клапані випробувача, через осьовий канал А, поступає в кільцеву порожнину кожуха 17 і далі через радіальні отвори Б і канали клапана та гвинта потрапляє у порожнину колони труб.

КВІ опускають з відкритим запірно-поворотним клапаном (перша позиція). По закінченні часу першого відкритого періоду випробування колону труб обертають вправо на 9-10 обертів. До цього моменту шток 1 під дією стискуючого навантаження знаходиться в крайньому нижньому положенні, тобто поза зачепленням з корпусом. Обертання труб через гільзу 3 передається гвинту 11, який при цьому переміщується вверх, підіймаючи за собою клапан 16. При цьому герметизуючі кільця Г опиняються вище отворів В і підпакерна зона відокремлюється від порожнини труб (друга позиція). По закінченні часу першого закритого періоду випробування колону бурильних труб знову обертають вправо на 9-10 обертів. При цьому гвинт 11 разом з клапаном 16 зміщується вверх і отвір Д суміщається з отвором В, тобто підпакерна зона знову з’єднується з порожниною колони труб, і розпочинається другий відкритий період випробування (третя позиція). По закінченні заданого часу знову обертають колону труб вправо на 9-10 обертів. При подальшому переміщенні гвинта і клапана вверх герметизуючі кільця Е опиняються вище отвору В і порожнина колони знову відмежовується від підпакерного простору (четверта позиція). При подальшому обертанні колони труб гвинт 11 виходить з різьбового зачеплення з гайкою, його переміщення вверх припиняється і колону труб можна безперешкодно обертати необхідну кількість разів, не з’єднуючи підпакерну зону з порожниною труб.

По закінченні випробування під час зняття пакера з місця пакеровки розтягуюче навантаження через колону труб передається на шток, який повертається у вихідне положення і знову входить в зачеплення з корпусним перевідником 2. Під час підіймання КВІ з свердловини надлишковий тиск рідини, яка знаходиться між гідравлічним випробувачем пластів і запірно-поворотним клапаном, понижується через дросельний клапан 20 і клапан Є у затрубний простір. Клапан 20 відрегульований так ,що до моменту підйому КВІ на поверхню тиск між гідравлічним випробувачем пластів та запірно-поворотним клапаном знижується до атмосферного, що забезпечує безпеку робіт при демонтуванні обладнання. Запірно-поворотний клапан потрібно обертати на першій швидкості ротора, при цьому механічне стискуюче навантаження може бути понижено на 30-40 кН.

Технічна характеристика запірно-поворотних клапанів подана в таблиці2.3.

Таблиця 2.3 - Технічна характеристика запірно-

поворотних клапанів

Параметр	Тип клапана
ЗП2-146	ЗП2-95	ЗП2-65М
Зовнішній діаметр, мм
Довжина, мм
Робочий хід, мм
Наростаюча кількість обертів, яка необхідна для забезпечення:
першого закриття
другого відкриття
другого закриття
Напрямок обертання	правий	правий	правий
Типорозмір різьб	3-121	3-76	3-50
Маса, кг

Циркуляційний клапан

Циркуляційний клапан призначений для відновлення прямої або зворотної промивки вище КВІ. Це необхідно у таких випадках:

- заміни промивальної рідини у свердловині на свіжу; заміни розгазованої рідини на дегазовану, а в деяких випадках на поважчену;

- витіснення з колони труб відібраної з випробовуваного пласта рідини, особливо нафти;

- встановлення нафтової або кислотної ванни у випадку прихоплення колони труб.

У КВІ найчастіше встановлюють циркуляційний клапан конструкції Левицького, схема якого показана на рисунку 2.13. Він складається з корпуса 1 з замковою різьбою на верхньому кінці, усередині якого розташований порожнистий шток-пробка 8, втулки 2, пружини 6, яка затиснута між виступом корпуса 1 і спеціальною гайкою 9, нагвинченою на шток-поршень, патрубка 10 і нижнього перевідника 11 для з’єднання клапана з іншими вузлами КВІ. Втулка 2 з’єднана з штоком 8 двома стопорними шпильками 3. В тілі корпуса 1 просвердлено декілька отворів 12, осі яких перпендикулярні осі корпуса. Герметичність контактуючих поверхонь забезпечується ущільнюючими кільцями 4, 5 і 13

При монтуванні клапана в пази штока 8 і корпуса 1 встановлюють ущільнюючі гумові кільця. На верхній кінець штока 8 надівають втулку 2 і закріплюють її двома стопорними шпильками 3 діаметром 3 мм. Шток 8 встановляють в корпус 1 так, щоб втулка 2 сіла на буртик в муфті корпуса. На ствол поршня 8 надівають пружину 6, яку стискують нагвинчуванням гайки 9 на ствол штока, а потім, на корпус 1 нагвинчують патрубок 10 з нижнім перевідником 11.

У верхній частині шток має збільшений зовнішній діаметр у порівнянні з нижньою частиною. В результаті цього, під дією гідростатичного тиску стовпа промивальної рідини у затрубному просторі шток намагається переміститись вверх. Це переміщення попереджується упором штока в торець конуса замкової різьби труби.

Для відкриття циркуляційного клапана в трубах створюють надлишковий тиск під дією якого шпилька 3 зрізається і шток-пробка відтискується вниз, тоді через радіальні отвори 12 затрубний простір з’єднується з порожниною труб. Під дією різниці тисків, що створюють стовпи рідин усередині труб і затрубному просторі, рідина з труб витісняється через устя свердловини, при цьому у затрубний простір слід доливати промивальну рідину, щоб не допустити зниження протитиску на пласт. Пружина 7 попереджує самовільне закриття клапана під час зворотної промивки. Зрізні шпильки 3 підбирають з такого розрахунку, щоб, тиск при якому відбувається їх руйнування, не перевищував 4,5-5,0 МПа. Для попередження передчасного зрізання шпильок і відкриття циркуляційного клапана інструмент слід опускати і піднімати без різких зупинок, щоб виключити утворення значних за величиною гідравлічних ударів стовпа рідини в трубах. Технічна характеристика циркуляційних клапанів подана в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4-Технічна характеристика циркуляційних клапанів

Параметр	КЦ-146	КЦ-95	КЦ-65
Довжина, мм
Зовнішній діаметр, мм
Типорозмір приєднувальних різьб	3-121	3-76	3-50
Маса, кг