СПОСОБ БОКОВОГО ОТБОРА КЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21B49/06 

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин.

Известен способ отбора керна из стенок скважины при помощи устройства, снабженного герметизирующим башмаком и баллоном, исключающий необходимость предварительной подготовки скважины спуском пластоиспытателя. По этому способу на поверхности баллон и полость бура заполняются специальной промывочной жидкостью, например, нефильтрующейся. После спуска устройства участок отбора керна герметизируется башмаком и промывку буровой головки осуществляют жидкостью из баллона. Герметизация зоны отбора керна обеспечивает сохранение промывочной жидкости от утечки в скважинную среду. Это ослабляет образование корки и зашламление коронки и позволяет производить многократный отбор за один спуск прибора в скважину [1]. Недостаток устройства в том, что при заполнении баллона и полости бура промывочной жидкостью на поверхности в полости устройства остаются воздушные карманы, которые в скважине заполняются буровым раствором. Кроме того, во время спуска устройства в скважину и при перестановке его с одного участка отбора на другой в полость бура и баллон попадает буровой раствор, что постепенно приводит к ухудшению параметров промывочной жидкости и ограничивается количество отбираемых кернов за один спуск.

Известен также способ, где устройство спускается в скважину на заданный интервал, герметизируется участок отбора керна, вскрывается глинистая корка, тем самым создается дренажный канал, через который фильтруется часть жидкости из полости устройства в пласт, по интенсивности которой выделяется коллектор и выравнивается давление в полости устройства с пластовым, полностью исключает процесс образования корки. Устройство для бокового отбора керна, выбранное в качестве прототипа, содержит корпус, бур с коронкой, привод с механизмом подачи бура и промывки, герметизирующий башмак, управляемый клапан, дифференциальный поршень для оценки фильтрационных свойств керна и датчик давления, установленный в полости бура [2]. Недостатком данного способа и устройства является то, что коронка зашламляется в начальный момент, т.е. при образовании дренажного канала и фильтрации жидкости в пласт, что в дальнейшем отрицательно влияет на условия выбуривания и целостности керна. Кроме того, промывка осуществляется буровым раствором, ввиду чего эффект промывки зависит от качества бурового раствора.

Цель изобретения - улучшение очистки забоя от корки и шлама, что повышает качество отбора керна. Способ бокового отбора керна включает спуск устройства для бокового отбора керна в скважину на заданный интервал, герметизацию участка отбора керна, фильтрацию жидкости из полости устройства в пласт, выбуривание керна с промывкой и регистрацию давления в полости керноотборника, причем промывку зоны отбора керна пластовым флюидом и замещение бурового раствора в полости бура производят непосредственно в процессе отбора керна.

Устройство для реализации способа содержит корпус с расположенным на нем герметизирующим башмаком, бур с коронкой, пропущенный через башмак механизм с приводом подачи бура, связанный нижней частью с промывочным поршнем, выполненным с выступом в нижней своей части, который размещен в полости промывочной системы, дифференциальный поршень, размещенный в подпоршневой полости промывочной системы, датчик давления, размещенный в подпоршневой полости промывочной системы, который выполнен с возможностью взаимодействия с выступом промывочного поршня в крайнем нижнем положении для сообщения подпоршневой полости промывочной системы с внешним пространством, причем устройство снабжено пробосборником и пробоприемником с ограничителем депрессии, дифференциальный поршень установлен большим сечением в подпоршневой полости промывочной системы с возможностью разобщения полости пробоприемника от полости пробосборника в верхнем своем положении и образования гидравлической связи между полостью пробоприемника и подпоршневой полостью. В этом устройстве полость пробоприемника и пробосборник сообщены между собой в нижнем своем положении, ограничитель депрессии выполнен в виде кольцевого дифференциального поршня, установленного в полости пробоприемника, а зона подпоршневой полости, расположенная под большим сечением дифференциального поршня, и зона полости пробоприемника, расположенная под большим сечением кольцевого дифференциального поршня, гидравлически связаны с внешним пространством.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что данный способ отличается от существующих технологий отбора керна тем, что процесс промывки зоны отбора керна и замещений бурового раствора проводится в коллекторах непосредственно в цикле отбора керна.

В отличие от ранее известных устройств средство для реализации способа снабжено дополнительными приспособлениями, которые регулируют величину давления в зоне отбора, таким как: пробосборник и пробоприемник с ограничителем депрессии, которые гидравлически связаны между собой, дифференциальным поршнем и со скважинным пространством.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - диаграмма изменения давления в полости бура при отборе керна в коллекторах с хорошими фильтрационными свойствами.

На диаграмме изображены соответствующие уровни изменения давления, показывающие последовательность выполнения процессов по времени при отборе керна:
Р_скв - давление в полости бура до вскрытия глинистой корки;
Р_изм - уровень давления и время (t₁-t₂) перемещения дифференциального поршня, по которым оцениваются фильтрационные свойства керна;
Р_сбр - понижение давления в полости бура, за счет чего вызывается приток из пласта за время (t₂-t₃);
Р_отб - откачка флюида из пласта в течение времени t₃ - t₄ при помощи поршня ограничителя депрессии;
Р_пл - пластовое давление восстанавливается после прекращения откачки флюида;
Р_скв - восстановление скважинного давления после отбора керна.

Таким образом, время t₁-t₅ составляет время отбора керна.

Предлагаемый способ бокового отбора керна осуществляют следующим образом. В скважину на кабеле спускают аппаратуру на заданный интервал, производят герметизацию участка отбора керна, затем вскрывают глинистую корку и, осуществляя фильтрацию жидкости в пласт, одновременно совершают разобщение пробосборника от пробоприемника. Пробоприемник через канал Б сообщен с полостью бура А, где в этот момент давление значительно ниже пластового, что вызывает приток жидкости из пласта в полость бура и в пробоприемник. В момент вызова притока значительно улучшается очистка коронки и зоны бурения от шлама и корки. Кроме того, при притоке жидкости из пласта прекращается процесс коркообразования.

Устройство для бокового отбора кернов включает (фиг.1) герметизирующий башмак 1, установленный на корпусе 2, в котором размещены бур с коронкой 3, связанный с косым пазом копирной линейки 4, на которой установлены промывочный поршень 5 со штоком 6, взаимодействующим с обратным клапаном 7, сообщающим полость бура А со скважиной. В нижней части корпуса 2 в соответствующей расточке установлен ограничитель депрессии, выполненный в виде поршня 8, нижний торец которого сообщен с пробосборником 9, верхний торец выходит в полость пробоприемника 10. В качестве клапанов пробосборника 9 и пробоприемника 10 служат уплотнительные элементы 11 и 12, размещенные на удлиненной части дифференциального поршня 13. Работоспособность дифференциального поршня 11 и поршня 8 - ограничителя депрессии по известным принципам их действия - обеспечивается за счет сообщения внутренней полости корпуса 1 каналами В и Г со скважиной. Кроме того, в полости бура установлен датчик давления 14, а для освобождения пробосборника 9 на поверхности от содержимого или для отбора пробы установлена пробка 15.

Работа устройства происходит следующим образом.

Устройство на кабеле спускается в скважину и устанавливается в заданной точке. При этом под действием гидростатического давления через полость бура А и канал Г дифференциальный поршень 13 будет в нижнем положении, а поршень 8 ограничитель депрессии будет в верхнем положении. Включением привода участок отбора керна герметизируется башмаком 1, приводится в движение копирная линейка 4, по косым пазам которой выдвигается бур с коронкой 3. Промывочный поршень 5 со штоком 6 отходят от клапана 7, который разобщает полость бура А от скважины. Ввиду разрушения коронкой 3 глинистой корки 16 давление в полости А падает, в результате чего дифференциальный поршень 13 под действием гидростатического давления через канал В двигается вверх и жидкость из полости бура фильтруется в пласт. После перемещения дифференциального поршня 13 до упора в корпусе 2 и вместе с ним клапанов 11 и 12 пробосборник 9 разобщается от пробоприемника 10, а пробоприемник 10 через канал Б сообщается с полостью бура А. В этот момент в полости бура А давление падает значительно ниже пластового, так как начальное давление в пробоприемнике равняется атмосферному (давление в пробосборнике), что вызывает приток жидкости из пласта в полость бура и в пробоприемник. После заполнения пустот в пробоприемнике 10 (находится в верхнем положении) давление в системе полости бура - пробосборник растет до уровня мультиплицирования поршнем 8 - ограничителя депрессии (заданного конструктивно), последний перемещается вниз, обеспечивая поток жидкости из пласта. В момент вызова притока и движения поршня 8 вниз резко улучшается очистка коронки 3 и зоны бурения от шлама и корки за счет поступления жидкости из пласта в полость бура, омывающей при этом коронку. Кроме того, при притоке жидкости из пласта возникают отталкивающие силы от стенки скважины и прекращается процесс коркообразования, что облегчает удаление шлама промывочным поршнем 5. В момент вызова притока нарастающий поток жидкости из пласта способствует разpушению подушек от глинистой корки и шлама, которые как правило образуются в коллекторах с хорошими фильтрационными свойствами. Притом эффект очистки коронки от шлама и корки тем выше, чем лучше фильтрационные свойства пласта, т. к. выше скорость потока. После остановки поршня 8 в крайнем нижнем положении давление в системе промывки восстанавливается до пластового. В конце отбора керна под воздействием штока 6 на клапан 7 полость бура А через канал В сообщается со скважиной, дифференциальный поршень 14 опускается вниз и во внутренней полости узла промывки и бура давление восстанавливается до скважинного. В результате опускания дифференциального поршня 13 клапан 12 разобщает канал Б от пробоприемника 10, а клапан 11 сообщает пробоприемник 10 с пробосборником 9. Поршень 8 под действием скважинного давления через канал поднимается вверх и содержимое пробоприемника переводится в пробосборник 9. Разность объемов пробоприемника и пробосборника позволяет многократно производить отбор керна с вызовом притока из пласта. По восстановлении давления в полости бура до скважинного прибор готов для перестановки на новую точку отбора кернов.

При отборе кернов в пробосборник из пласта поступает фильтрат и продукт (газ, нефть, вода) и герметично поднимается на поверхность. Как правило, независимо от зоны проникновения и объема отобранной пробы в пробоприемник попадает от нескольких до 10% продукта пласта. Поэтому в случае многократного отбора кернов в интервале одного пласта в пробосборник попадает значительное количество продукта, что может быть использовано для оперативной оценки насыщенности пласта.

Применение предлагаемых способа и устройства позволяет производить отбор керна в коллекторах, уточнить коллекторские свойства кернов в процессе отбора и оперативно оценить насыщенность пласта, без дополнительных энергозатрат.

Использование: отбор образцов породы из стенок скважины для геофизического исследования. Сущность изобретения: спускают на заданный интервал в скважину устройство для бокового керна, герметизируют участок отбора керна, вскрывают глинистую корку и осуществляют фильтрацию жидкости из полости устройства в пласт. Выбуривают керн с промывкой, регистрируют давление в полости керноотборника. При величине давления ниже пластового происходит приток жидкости из пласта в полость бура, что улучшает очистку коронки и зоны бурения от шлама и керна. При потоке жидкости из пласта прекращается процесс кернообразования. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ бокового отбора керна, включающий спуск устройства для бокового отбора керна в скважину на заданный интервал, герметизацию участка отбора керна, фильтрацию жидкости из полости устройства в пласт, выбуривание керна с промывкой и регистрацию давления в полости керноотборника, отличающийся тем, что промывку зоны отбора керна пластовым флюидом и замещение бурового раствора в полости бура проводят непосредственно в процессе отбора керна. 2. Устройство для бокового отбора керна, содержащее корпус с расположенным на нем герметизирующим башмаком, бур с коронкой, пропущенный через башмак, механизм с приводом подачи бура, связанный нижней частью с промывочным поршнем, выполненным с выступом в нижней своей части и размещенным в полости промывочной системы, дифференциальный поршень, размещенный в подпоршневой полости промывочной системы, и датчик давления, размещенный в подпоршневой полости промывочной системы, выполненный с возможностью взаимодействия с выступом промывочного поршня в крайнем нижнем положении для сообщения подпоршневой полости промывочной системы с внешним пространством, отличающееся тем, что оно снабжено пробосборником и пробоприемником с ограничителем депрессии, при этом дифференциальный поршень установлен большим сечением в подпоршневой полости промывочной системы с возможностью разообщения полости пробоотборника от полости пробосборника в верхнем своем положении и образования гидравлической связи между полостью пробоприемника и подпоршневой полостью и сообщения полостей пробоприемника и пробосборника между собой в нижнем своем положении, причем ограничитель депрессии выполнен в виде кольцевого дифференциального поршня, установленного в полости пробоприемника, а зона подпоршневой полости, расположенная под большим сечением дифференциального поршня, и зона полости пробоприемника, расположенная под большим сечением кольцевого дифференциального поршня, гидравлически связаны с внешним пространством.