Розподільний пристрій

Д

1,2-захисні ковпаки; 3-пружина; 4-пробка; 5-сідло; 6-перевідник верхній; 7-корпус; 8-поршень; 9-циліндр; 10-шток; 11-трубка розділювальна; 12-18-герметизуючі кільця

Рисунок 2.24-Розпо-дільний пристрій.

освід експлуатації пакерів свідчить про те, що при перепадах тиску більше 20 МПа працездатність їх різко знижується.

Під час випробування пластів в глибоких свердловинах, потрібна величина перепадів тиску часто перевищує 30-35 МПа. Це вимагає створення більш надійних пакеруючих засобів або додаткових вузлів, які підвищують надійність роботи існуючих пакерів. Одним з таких вузлів є розподільний пристрій, схема конструкції якого показана на рисунку 2.24. Він призначений для роботи з використанням двох пакерів і встановлюється між ними. Використання цього пристрою в зоні між двома пакерами забезпечує підтримання такого тиску, абсолютна величина якого менша, ніж тиск стовпа промивальної рідини в затрубному просторі, тому сумарний перепад тиску

розділяється в заданій пропорції між двома пакеруючими елементами. В процесі спуску у свердловину промивальна рідина через фільтр і порожнистий шток нижнього пакера поступає через розділювальну трубку 11 у внутрішню порожнину корпуса 7, а потім через обвідний канал потрапляє в порожнистий шток верхнього пакера і яса. Порожнина бурильних труб герметично ізольована від затрубного простору впускним клапаном гідравлічного випробувача пластів.

Таким чином, в процесі спуску, у внутрішній порожнині колони труб, а також у вузлах випробувального обладнання, що розташоване над випробувачем пластів, підтримується трубний тиск (Р_ТР), а усередині випробувальних вузлів нижче випробувача - затрубний тиск (Р_З). При цьому завжди виконується нерівність Р_З> Р_ТР. Порожнистий диференційний поршень 10 утримується в нижньому положенні силою:

(2.1)

Перепускний клапан, який складається з сідла 5, пробки 4 і пружини 3, в процесі спуску гідравлічно урівноважений, внаслідок чого він утримується в закритому положенні.

Після спирання хвостовика на вибій свердловини здійснюють пакеровку. В початковий період пакеровки (до відкриття впускного клапана випробувача) гідростатичний тиск під нижнім пакером, між пакерами і вище верхнього пакера буде однаковим і дорівнює тиску стовпа промивальної рідини, тобто перепад тиску відсутній.

Через деякй час після пакерування (0,5-3 хв) відкривається впускний клапан випробувача пластів і тиск під нижнім пакером стає рівним тиску стовпа рідини, залитої в труби. Тому тиск у внутрішній порожнині розподільного пристрою зменшиться до величини Р_ТР, в результаті чого відбудеться перерозподіл сил, які діють на диференційний поршень 8-10. При цьому сила, яка намагається утримати поршень у вихідному положенні, дорівнює

(2.2)

Одночасно на поршень 8 буде діяти сила , яка направлена у протилежному напрямку

(2.3)

Приймаючи до уваги те, що величина тиску у затрубному просторі Р_З і початковий тиск стовпа рідини в трубах Р_ТР в кожному конкретному випадку випробування, можуть бути визначені з достатньою точністю, діаметри і вибирають з такого співвідношення, при якому буде виконуватись нерівність

(2.4)

За рахунок різниці цих сил поршень 8-10 після з’єднання підпакерної зони з трубним простором розпочне переміщуватись вверх. При цьому тиск в міжпакерній зоні ( ) зменшується до деякої величини ( ), при якій наступить рівновага сил, що діють на поршень у протилежних напрямках ( ).

За рахунок падіння тиску у міжпакерній зоні до величини , перепад тиску, який діє на гумовий елемент нижнього пакера, значно понизиться , що забезпечує більш сприятливі умови його роботи.

Зокрема, максимальний перепад тиску, що утримується нижнім пакером

(2.5)

Перепад тиску, що утримується верхнім пакером

(2.6)

Якщо герметичність одного з пакерів порушиться, то перепад тиску, який утримується другим пакером, буде дорівнювати різниці тисків

(2.7)

По закінченні випробування інструмент припіднімають; впускний клапан випробувача закривається, а його зрівноважувальний клапан відкривається. Тиск в підпакерній зоні і, як наслідок, усередині розподільного пристрою стане рівним .

Запобіжний клапан 4 під дією сили

(2.8)

переміститься у крайнє верхнє положення, і тиск в міжпакерній зоні через радіальний канал в перевіднику 6 досягає величини , тобто відбувається вирівнювання тисків над і під пакерами.

Змінюючи співвідношення площ і , що досягається зміною двох деталей – корпуса 7 і поршня 9, забезпечують можливість регулювання перепаду тиску на пакеруючі елементи стосовно конкретних умов випробування.

Необхідно відмітити, що конструктивні особливості розподільних пристроїв дозволяють здійснювати роботу потрійним пакером з використанням двох розподільних пристроїв, які встановлюють послідовно між пакерами.

С

1-верхній перевідник; 2-порожнистий шток; 3,4,6-гер-метизуючі кільця; 5,7-виступи; 8-пат-рубок; 9-поршень; 10-камера.

а,б,в - радіальні отвори;

г,д - осьові канали.

Рисунок 2.25-Сиг-налізатор.

игналізатор

Для підвищення ефективності і надійного контролю за викликом і перекриттям припливу флюїду, в компоновку КВІ включають спеціальний пристрій, який ефективно контролює відкриття-закриття впускного клапана випробувача пластів.

До таких пристроїв належить гідромеханічний сигналізатор (рисунок 2.25), який складається з верхнього перевідника 1, жорстко з’єднаного з порожнистим штоком 2. На штоку виконані кільцеві виступи з герметизуючими гумовими кільцями 3 і 4. Між герметизуючим ущільненням знаходиться радіальний канал а. Нижче на порожнистому штоку, між виступами 5 і 7 встановлений герметизуючий елемент 6.

Корпус сигналізатора складається з патрубка 8 з радіальними каналами б і в і гальмівної камери 10, заповненої робочою рідиною. В нижній частині сигналізатора розташований гідравлічний гальмівний пристрій, складовою частиною якого є поршень 9 з каналом гідравлічного опору д.

Сигналізатор працює при створенні стискуючого навантаження, при цьому порожнистий шток 2 в міру перетікання гальмівної рідини через канал д повільно переміщується вниз. По закінченні заданого часу в залежності від навантаження і в’язкості гальмівної рідини герметизуюче ущільнення 4 опиниться на рівні верхнього краю отвору б. До того часу поршень 9 опиниться у розширеній частині гальмівної камери 10, де гальмівна рідина вільно перетікає з нижньої частини у верхню по широкому кільцевому зазору, що утворився між поршнем 9 і розточкою камери 10.

При наявності в камері широкого гальмівного каналу щезає гідравлічний опір перетоку рідини і шток 2 різко переміщується у крайнє нижнє положення. Цей стрибок штока на поверхні відмічають на індикаторі ваги і різкому зміщенню колони вниз. Після просідання колони під дією стискуючого навантаження відкривається впускний клапан випробувача пласта, розташованого нижче сигналізатора.

Для здійснення закритого періоду випробування колону труб повільно припідіймають і розтягуюча сила передається на шток 2. При незначному переміщенні його вверх герметизуючий елемент 6 притискується до виступу 7, ізолює розташовану нижче порожнину від затрубного простору і утворює гідравлічний затвір. При цьому отвір а та герметизуючий елемент 3 опиняються нижче отвору б. В міру переміщення порожнистого штока 6 рідина з кільцевого простору, розташованого нижче отвору, витісняється через канал г у перфорованому виступі 5.

Оскільки шток випробувача гідравлічно урівноважений, то при передачі розтягуючої сили впускний клапан випробувача пластів закривається вільно.

До додаткових вузлів випробувального інструменту належить також автоматичний випробувач пластів. Це принципово новий випробувач пластів, який забезпечує відкриті та закриті періоди в автоматичному режимі, без обертання або натягання колони труб, як це робиться традиційно. Створення автоматичного випробувача пластів викликано тим, що зі збільшенням глибини і кривизни свердловин звичайне управління випробувальним обладнанням шляхом обертання і натягання колони труб ускладнюється.

Для запуску в роботу автоматичного випробувача достатньо провести тільки пакерування. Подальше управління режимами його роботи, тобто відкриття-закриття зрівноважувального і впускного клапанів, відбувається автоматично без

подання сигналу з поверхні і здійснюється гідравлічним реле часу з визначеною і заданою наперед гальмівною характеристикою. Остання залежить від гідравлічних зусиль, які діють на реле. Тривалість відкритого періоду залежить від гідростатичного тиску в колоні труб, тобто від кількості рідини, що попередньо залита в труби та яка поступила в них під час випробування з пласта. Зі збільшенням припливу флюїду з пласта ступінь відкриття впускного клапана автоматично зменшується, а при випробуванні пластів з незначним припливом флюїду час відкритого періоду клапана збільшується.