Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах Советский патент 1983 года по МПК E21B49/08 

00

4:i

С 4i Изобретение относится к опробованию буровых скважин, а более конкретно к опробованию и исследованию водоносных горизонтов в скважинах. Известно устройство для опроббвания водоносных горизонтов, включающее обсадную трубу, пакеры и фильтрыnil. Недостатком данного устройства является то, что во время опробования может произойти прихват пакеров, в результате чего невозможно будет извлечь устройство из скважины и тем самым снижается надежность опробования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является устройство, позволяющее совместить бурение и эксплуатацию водозаборных скважин одним инструментом, которое включае спускаемый на колонне труб фильтр с заглушенным нижним концом, соединенный с фильтром,пакерующий узел выполненный в виде кольцевой эластич ной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом корпусе,узел передачи вращения от колонны на пакерующий узел, выполненной в виде шлицевого разъема,размещенного выше пакерующего узла,узел расхаживания колонны труб, расположенный над узлом передачи вра щения, и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления фильтра на забое скважины в- виде долота. Фильтр помещен между коаксиаль ными подвижными трубами, причем внут ренняя труба служит промывочным каналом и жестко связана с нижней теле скопической трубой, а верхняя телеснопическая труба связана при помощи ку лачков с заь-и1тным кожухом пакера t2 Поскольку бурение скважин является сложным и длительным процессом в процессе которого вся компановка бурильной колонны подвержена длитель ным и знакопеременным нагрузкам, сов мецение бурового и эксплуатационного инструментов с системой кулачковых соединений для скважин сравнительно большой глубины (более 100 м) опасно в аварийном отношении. Применяемые буровые установки ограничивают допус тимые диаметры и глубины бурения скв жин, а также размеры применяемого ко плекса бурового инструмента, что не позволяет увеличить размеры .кулачко вых соединений, а следовательно, повысить их надежность. В известном устройстве также не предусмотрена во можность его извлечения, например, для ремонта в процессе эксплуатации. Из-за пескования, осадения частиц по роды и длительности нахождения без движения неизбежны прихваты, все это снижает надежность опробования. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для опробования водоносных горизонтов в скважинах, включающем спускаемый на колонне труб фильтр с заглушенным нижним концом, соединенный с фильтром пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом корпусе, узел передачи вращения от колонны труб на пакерующий узел, выполненный в виде шлицевого разъема, размещенного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб, расположенный над узлом передачи вращения, и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления, фильтра на забое скважины, фильтр и корпус пакерующего узла соединены между собой левым переходником, а выпускной канал эластичной оболочки выведен в среднюю часть резьбы переходника, при этом элемент для закрепления фильтра на з.абое скважины выполнен в виде штырей с заостренными концами, укрепленными в осевом направлении. На фиг. 1 показано устройство для опробования и исследования водоносных горизонтов в скважинах, продольный осевой разрез, нижняя часть; на фиг. 2 - то же, верхняя часть. Устройство для опробования водоносных горизонтов представляет собой опускаемый на колонне насоснокомпрессорных труб фильтр 1 с заглушенным нижним концом, с которым посредством переводника 2 соединен узел пакерующего элемента 3. Устройство показано в своем рабочем положении при нахождении в скважине 4, фильтр находится в зоне водоносного, пласта 5. Узел пакерующего элемента 3, в свою очередь, соединен с трубой б, служащей для расхождения в ней колонны, либо непосредственно с концом колонны насоснокомпрессорных труб 7 (фиг. 2). На внутренней стенке у верхнего конца сквозного осевого канала узла пакерующего элемента 3 укреплены симметричнр в -радиальных направлениях пластины-ключи 8, которым соответствуют ответные пластины-ключи 9, укрепленные также симметрично и радиально снаружи на конце колонны насосно-компрессорных труб 7. Пластины-ключи 8, и 9 служат упорами для отвинчивания узла пакерующего элемента 3 в скважине вращением колонны вправо. Резьбовое соединение узла пакерующего элемента спереводником 2 выполнено посредством резьбы с левым шагом закрутки. На нижнем конце фильтра 1 укреплены в осевом направлении штыри 10 с заостренными концами, служащие для создания упора устройства в забой, что необходи мо при отворачивании. При ожидании низких пластовых давлений осевой ка нал устройства перекрыт диафрагмой зажатой между переводником 2 и узло пакерующего элемента 3. Внутренний диаметр колонны 7 нас но-крмпрессорных труб обеспечивает опускание в нее трубы меньшего диаметра, которая используется при испытаниях, например для насрснокомпрессорных труб Диаметром 73 мм может использоваться вставная труба , диаметром 33 мм или 42 мм (ГОСТ 633-75). . Узел пакерующего элемента- 3 пред ставляет собой надувной пакер. На верхнем и нижнем его фланцах 12 посредством кольцевых гаек 13 зажата эластичная оболочка 14 пакера. На боковой,стенке осевого канала укреплен узел невозвратного клапана, состоящий из ниппеля 15, навернутой на него крышки 16 с осевым каналом и шарика 17, поджатого пружиной 18, помещенного в отверстии, выходящем на осевой канал. Для стравливания давления в корпусе узла выполнен канал 19, который соединяет полость, ограниченную эластичной оболочкой 14 и среднюю .часть резьбовой поверхности переводника 2 Невозвратный клапан (его пружина 18 регулируется на рабочее давление 510 кгс/см , но не более ожидаемого пластового давления. Если стенки скважины сложёны неустойчивыми породами и во время работ по опробованию возможен прихват насосно-компрессорных труб, устройс во Дополняется трубой 6 для расхажи вания и вращения колонны. Труба б . встроена в подвеску между узлом па. керующего элемента 3 и колонной насосно-компрессорных труб. На своем верхнем конце она несет крышку 20, в центральное отверстие которой вве нута кронбукса 21, поджимающая саль ник 22, Через сальник проходит нижний конец колонны 7. На внутренней поверхности крышки 20 cи Iмeтpичнo и радиально укреплены пластины-ключи 23, аналогичные пластинкам-ключам 8 Крышка 20 соединена с трубой б посредством резьбы с левым шагом. Для обеспечения-очистки стенки водоносно го пласта от глинистой корки устройство может быть снабжено проволочным скребком 24, который крепится к стальной пластине 25, баглу- шёцощей снизу фильтр 1, например, по средством болта 26 с гайкой иподжимной пластины 27;, Устье скважины (фиг.2) герметизи руется по обычной схеме головкой 28 имеющей ниппельную резьбу и навернутой на ответную муфтовую резьбу технической колонны 29 или кондуктора. Головка имеет отвод с згщвижкой 30 и отвод для манометра 31 от затрубного пространства. Выход колонны насосно-компрессорных труб 7 выполняется через центральную горловину головки с кронбуксой 32, поджимающей сальник 33. На верхний конец насосно-компрессорных труб наворачивается патрубок с боковым отводом для отведения в сторону воды из скважины - для ведения исследовательских работ или излива. По результатам изготовления опытного образца устройства и егО испытания можно рекомендовать следующие выполнения его отдельных деталей и узлов. Фильтр 1 изготовляется согласно требований технического проекта и имеет длину, равную мощности водоносного пласта 5 плюс 1 м. На верхнем конце фильтр имеет ниппель с резьбой обсадных колонн геологоразведочного сортамента (по ГОСТу,6238), Скребок 24 изготовляется из стальной проволоки, из прядей стальных канатов, длина проволок по диаметру скважины плюс 5 мм на стороны. Штыри 10 - стальные, два симметрично приварены к пластине 25. Они служат для закрепления на забое фильтровой трубы при отвороте узла пакерующег.о элемента 3 от переводника 2 после завершения опробования скважины. Переводник 2 иаготовляется из труб нефтяного сортамента. Диафрагма 11 - латунная, толщиной 0,5-0,7 мм. Пакер 3 имеет на нижнем конце муфту с левой замковой резьбой, ответ- ной на ниппель левой замковой резьбы переводника 2, а снаружи - резьбУ, продолжающуюся вплоть до фланца 12. Резьба на верхнем конце пакерааналогична. Эластичная оболочка 14 пакера, например, из резины. Пакет также изготовляется из труб;нефтяного сортамента. Рекомендуемые размеры невозвратного клапана: наружный диаметр корпуса 40 мм, внутренний 20 мм, дис1метр гнезда под шарик 15 мм, диаметр отверстия в осевой канал 10 мм, дис1метр отверстия в крышке 24-10 мм, диаметр пружины 16 мм. Резиновая надувная оболочка 14 имеет цилиндрическую форму и наружный диаметр, больший на 60-70 .мм реального диаметра скважины (с учетом увеличения диаметра за счет, каверн); высота -г-в соответствии с длиной пакера,но не менее 200 мм. В условиях экспедиций оболочка может быть изготовлена в вулканизаторских цехах мастерских с учетом требуемых размеров. ОбЬлоч-ка 14 fc двух сторон п6 всей окружности кромки зажимается между фланцами 12 и кольцевыми гайками 13 и т самым герметизируется. Фланцы пакера и кольцевые гайки 13 имеют наружный диаметр, обеспечивающий достаточный, зазор со сте скважины,а на своих торцах - уплотнительные пояски. Канал 19 стравливания давления просверлен от верхней стороны нижне1 о фланца 12 и выходит примерно на середину замково резьбы муфты нижнего конца пакера. При повороте муфты пакера на ниппель переводника 2 обеспечивается герметизация, а при отвороте левого резьбового соединения отверстие канала 19 открывается. Диаметр канала не менее 7 мм. Пластина-ключи 8 и 9 могут иметь размеры 5x10x60 мм; в количестве трех, они симметрично привариваются на.одном уровне своими ребрами к соответствующей внутренней или наружной поверхности. Как запасной вариант для извлечения насоснО компрессорных труб в случае прихвата или заклинивания подвески используют ся пластины-ключи 23 с размерами 16x10x60 мм и ответные им на конце колонны с размерами 11x10x60 мм на расстоянии 60 мм от пластин-ключей 9. Все плас(гины-ключи на поверх ности насосно-компрессорных труб привариваются соосно на одной линии. Внутренний диаметр трубы 6 для расха кивания и вращения колонны обеспечивает свободное прохождение- колонны с приваренными к ней пластинами ключами 9 и 23. Длина трубы 6 не менее 4 м и не более длины хода талевой системы буровой установки или агрегата для опробования скважины. Самоуплотняющийся сальник 22, изоли рующий трубу 6 от затрубного простра ства, типа сальников штоков буровых насосов У8-6М. Общая высота сальника должна быть не менее 50 мм и при ожидании значительных давлений может быть увеличена. В законченной строительством гидрогеологический скважине проводят по ный комплекс электромеханических каротажных работ, в том числе кавернометрию и профилометрию. Уточняют глу бины залегания и мощности водоносных горизонтов, точно определяют фактит ческий диаметр скважины и слагающие породы на кровлях продуктивных горизонтов. На оснований полученных данных определяют размеры пакера, который будет ислользован в устройстве Для опробования и исследования скважины устройством необходимы также сведения об ожидае1мых пластовых давлениях, поскольку невозвратный клапан пакера должен быть отрегулирован на давление, заведомо не превышающее ожидаемого пластового. Такие сведения обычно заранее известны, так, например, в Туркмении пластовые давления водоносных горизонтов до глубины 500 мм составляет 010 кгс/смЯа от 500 м до 1000 м 815 кгс/см2. Устройство собирают на буровой и опускают в скважину на талевой подвеске буровой установки или агрега.. , , та для опробования, в ходе спуска подвески, по достижении верхней границы продуктивного .горизонта, вращением устройства очищают стенки водоносного пласта скребком 24,что улучшает вызов притока воды. Скорость вращения устройства не должна превышать 20 об/мин-и скорость спуска при этом не больше 1-2 м/мин. Далее при спуске скорость должна быть минимальной рабочей. Необхода- мость очистки водоносного горизонта глинистой корки определяется перед опусканием устройства в скважину, в соответствии с чем принимают реше ние о доукомплектовании его скребком 24. Если подошва водоносного горизонта 5 находится на уровне забоя скважины, фильтр 1 сажается штырями 10 на забой. В случае нахождения подошвы опробуемого горизонта Bfcmie забоя сквгшины устанавливают цементный мост на уровне верхней границы подошвы опробуемого пласта. Фильтр сажают штырями 10 на цементный мост. После спуска и установки устройства оборудуют устье скважины, на отводе устанавливают образцовый манометр и фиксируют давление в затрубном пространстве. Медленным наращиванием давления в колонне насосно-компрессорных труб надувают эластичную оболочку 14 пакера. Создаваемое в трубах давление не должно превышать рабочее давление пакера (5-10 кгс/см). Давление регулируют задвижной насоса буровой установки или цементировочно- го агрегата. В .случаях низкого гидростатического давления опробуемого горизонта надувание эластичной камеры пакера обеспечивается, благодаря диафрагме 11. После надува камеры пакера диафрагму разрушают спускаемой колонной насосно-компрессорных труб. При отсутствии самоизлива (фонтана) скважины, в колонну насоснокомпрессорных труб 7 опускают до нижнего конца фильтра трубы меньшего диаметра и заменяют буровой раствор на воду. Для этих целей используют насосы буроЧ;рй установки, агрегата для опробования или цементировочный агрегат. В условиях низкого пластовогодавления испытание ведут в эрлифтном режиме и для этого используют компрессор.

В зависимости от характера скваж ны меняется компановка устройства. ли стенки скважины сложены неустойчивыми породами и во время работ по опробованию возможен прихват насоснкомпрессорных труб, то в устройство включают трубу 6 для расхаживания и вращения колонны. Расхаживание и врщение должны производиться в течение 3-5 мин плавно, без нарушения режима опробования и исследования скважины.

Когда стенки скважины сложены устойчивыми породами и возможность прихвата исключена, 6 комплекс устройства трубу 6 не включают. Пакер 3 через соответствующий переводник или непосредственно соединен с насосно-компрессорными.. трубами,Далее опробование и исследованиескважины ведут в обычном порядке.

После окончания опробовательских работ на первом объекте все устройство поднимают на поверхность (если это возможно). В случае прихвата (пескования) фильтра производят отворот левого замкового резь-бового соединения посредством пластин-ключей 8 и 9, для чего колонну насосно-компрессорных труб опускают вниз до совпадения ключейпластин и вращают вправо. При отвороте муфты пакера с ниппеля переводника 2 открывается отверстие канала 19. Тем самым осуществляется

разгерметизация надутой эластичной оболочки 14 и происходит tpacnaкеровка, Пакер и расположенные выше части устройства извлекают из сяважины к используют при испытании последующих объектов. Запасным узлом для отворота извлекаемых труб предусмотрена крьаика 20, также имеющая левую резьбу и снабженная клю- . чами-пластинами.23.

Использование предлагаемрго устройства обеспечивает возможность |4ногократного иотользования устройства - полностью (если позволяют условия в скважине) или частично (с оставS лением в скважине фильтра или фильтра с пакером); возможность оперативного предотвращения прихвата трубой для расхаживания; возможность пакеровки при кавернозных стенках скважины и различных ее 1Д11амётрах, а также осуществление распакеровки рдног временно с извлечением устройства из сквгикиныо Это приводит к сокращгнию сроков проведения геологоразведочных работ, к их удешевлению и повышению производительности труда.

С использованием предлагаемого устройства стоимость строительства, опробования и исследования скважины снижается на 20-25% для скважин глубиной 200-500 м. Она еще более возрастает с увеличением глубины скважины и с удгшенностью точек бурения от баз обеспечения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРОВрВАНИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ В СКВАЖИНАХ, включающее спускаекый по колонне труб фильтр с за глушенным нижним концом соединенный с фильтром пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом : корпусе, узел передачи вращения от колонны труб на пакерукиций узел, выполненный в виде шлицевого разъема, размйценного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб,расположенный над узлом передачи вращения, и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления фильтра на забое скважины, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, фильтр и корпус пакерующего узла соединены между собой левым переходником, a выпускной канал эластичной оболочкой выведен в среднюю ё часть резьбы переходника, при этом элемент для закрепления фильтра (Л на забое скважины выполнен в виде штырей с заостренными концами, укс репленными в осевом направлении.