УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТОВ Советский патент 1995 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к оборудованию, предназначенному для работы в составе специализированного трубного инструмента для испытания скважин в комплексе с дистанционными геофизическими исследованиями.

Известно устройство для испытания пластов, содержащее дроссель притока с затвором, гидравлически связанный с затрубным пространством, и стакан, жестко связанный с корпусом и образующий с затвором дросселя буферную камеру. С верхней частью колонны труб связана винтовая пара, обеспечивающая регулировку депрессии по командам с поверхности. Кроме того, в данном устройстве имеется запорный клапан, позволяющий производить запись кривой восстановления давления (КВД)
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для работы в открытом стволе совместно с регулирующими манометрами и не может быть эффективно использовано при испытаниях обсаженных скважин, специфика которых связана со спуском глубинных приборов на кабеле или тросе в зону фильтра испытателя пластов и проведением длительных гидродинамических исследований, в том числе на установившихся режимах.

Известно также устройство для испытания пластов, включающее полый корпус с седлом, установленный на кабеле прибора с возможностью фиксации относительно корпуса регулятор депрессии, состоящий из корпуса с радиальными каналами, установленной в корпусе подпружиненной втулки с затворами, герметизаторы кабеля и регулятора депрессии и запорный клапан.

Устройство позволяет производить дистанционные газогидравлические исследования пластов с помощью глубинных дистанционных приборов, спускаемых на кабеле в зону исследования, т.е. осуществлять дистанционный контроль за забойными параметрами непосредственно в процессе испытания, что дает возможность повысить качество и оперативность процесса испытания.

Однако это устройство имеет ряд недостатков, снижающих его надежность и ограничивающих эффективность его применения, которые заключаются в следующем.

1. Сложность установки съемного клапанного механизма в посадочное гнездо патрубка и на фиксатор, так как эта операция должна осуществляться за счет собственного веса клапанного механизма, который должен преодолеть силы трения в его уплотнении при входе в гнездо, а также усилия, возникающего при работе фиксатора.

2. Сложность процесса записи КВД, заключающаяся в том, что необходимо произвести строго дозированное перемещение кабеля вверх, в противном случае может либо не осуществляться надежная герметизация кабеля, либо произойти преждевременное срабатывание фиксатора и подъем клапанного механизма.

3. Отсутствие в составе устройства специального уравнительного клапана для облегчения съема клапанного механизма. Эту функцию попутно выполняет лабиринтное уплотнение, которое в принципе позволяет стравить избыточное давление в подклапанном пространстве. Но лабиринт, обладающий малыми зазорами, имеет склонность к закупорке различного рода включениями, содержащимися в скважинной жидкости, и поэтому не может использоваться в качестве эффективного средства для выравнивания давления.

Целью изобретения является повышение надежности работы и упрощение конструкции, а также обеспечение возможности изменения режима работы пласта без подъема регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для испытания пластов, включающее полый корпус с седлом, установленный на кабеле прибора с возможностью фиксации относительно корпуса регулятор депрессии, состоящий из корпуса с радиальными каналами, установленной в корпусе подпружиненной втулки с затворами, герметизаторы кабеля и регулятора депрессии и запорный клапан, снабжено концентрично установленным относительно корпуса кожухом с внутренним ступенчатым выступом, образующим с корпусом кольцевой канал, сообщающийся с осевым каналом корпуса, при этом герметизатор регулятора депрессии установлен на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с выступом кожуха, корпус выполнен с наружным выступом для герметизации кольцевого канала между корпусом и кожухом в процессе испытания, а запорный клапан жестко связан с кабелем.

Поставленная цель достигается также тем, что регулятор снабжен установленным в полости втулки подпружиненным фиксатором, а на кабеле установлен упор для взаимодействия с фиксатором.

На фиг.1 изображено предложенное устройство в момент установки съемного клапанного механизма в посадочное гнездо; на фиг.2 устройство в рабочем положении в открытый период испытания.

Устройство для испытания пластов содержит полый корпус 1, концентрично установленный относительно него кожух 2. В нижней части корпус 1 образует с кожухом 2 две гидравлические изолированные друг от друга камеры а и б, представляющие собой узел гидравлического уравновешивания. Кроме того, кожух 2 связан с корпусом 1 с помощью шпоночного узла 3. В кожухе 2 выполнен байпасный канал в, перекрываемый при сжатии устройства выступом корпуса 4 уравнительного клапана. Кожух 2 имеет сквозной осевой канал г, диаметр которого обеспечивает спуск глубинных приборов в зону под клапаном. В верхней части кожуха 2 канал г образует посадочное гнездо д, ограниченное снизу уступом е. Кроме того, в корпусе 1 концентрично установлены полый уплотнительный элемент 5 и нажимная втулка 6. В радиальных гнездах, выполненных в стенке корпуса 1, размещены выдвижные фиксаторы 7, снабженные пружинами 8, удерживающими их в раздвинутом положении. Для сдвига фиксаторов 7 вовнутрь на внутренней поверхности кожуха 2 предусмотрены ступенчатые выступы ж. Полый уплотнительный элемент 5 имеет диаметр канала, обеспечивающий бесконтактное прохождение через него съемного регулятора депрессии, в корпусе 9 которого выполнены отверстия 10 с щелевыми радиальными каналами з, перекрываемые подвижными затворами 11, выполненными в виде плунжеров. При этом возможны и другие варианты исполнения затворов 11, например, в виде поршней, конусов и т.п. Верхние концы затворов 11 снабжены уплотнительными кольцами (на чертеже не показаны) и образуют со стаканом 12, жестко связанным с корпусом 9, герметичные буферные камеры 13, заполненные воздухом при атмосферном давлении. Затворы 11 через втулку 14 связаны с дроссельной пружиной 15, обладающей малой жесткостью. Для регулировки усилия пружины 15 предназначен полый винт 16. Внутри втулки 14 размещена плавающая обойма 17, в радиальных гнездах которой установлены фиксаторы 18, перемещающиеся в продольных прорезях и втулки 14, связанной таким образом с обоймой 17 соединением типа шпоночного. Обойма 17 удерживается в крайнем верхнем положении (до упора в торец прорези и) с помощью пружины 19. В корпусе 9 выполнены две кольцевые проточки к и кольцевая канавка л. Для обеспечения свободного перемещения каротажного кабеля 20, на котором спускается глубинный дистанционный прибор (на чертеже не показан), клапанный механизм снабжен лабиринтным уплотнением 21. В нижней части клапанного механизма выполнено гнездо запорного клапана 22, взаимодействующее с затвором 23, снабженным направляющим конусом 24, одним или несколькими сальниками 25, нажимным винтом 26 и манжетой 27. Корпус 1 снабжен выступом м для упора в него кожуха 2.

Кроме того, в комплект описываемого устройства входит кабельный упор 28, выполненный в виде затягиваемой с помощью резьбы зубчатой цанги или деформируемого фрикционного элемента. Устройство спускается в скважину на трубах 29.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство в сборе без клапанного механизма спускается в скважину в составе комплекта испытательного инструмента, при этом из испытателя пластов удаляется встроенный регулятор для того, чтобы дистанционный манометр показывал истинное забойное давление, не искаженное потерями напора на регуляторе. В процессе спуска устройство находится в растянутом состоянии под действием веса нижерасположенных устройств, входящих в состав комплекта испытательного инструмента, а также в результате воздействия гидростатического давления промывочной жидкости на активные площади камер "а" и "б" узла гидравлического уравновешивания, байпасный клапан "в" уравнительного клапана открыт, уплотнительный элемент 5 находится в свободном состоянии, а фиксаторы 7 удерживаются пружинами 8 в максимально раздвинутом положении.

После установки испытательного инструмента на заданную глубину в полость труб 29 на каротажном кабеле 20 cпускают компоновку, включающую глубинный дистанционный прибор (на чертеже не показан), затвор 23 запорного клапана, корпус регулятора 9 и упор (кабельный зажим) 28. При этом сальник 25 должен быть надежно затянут для того, чтобы обеспечить достаточное механическое сцепление затвора 23 с кабелем 20. Корпус регулятора 9 при спуске подвешивается к жестко связанному с кабелем 20 упору 28, для чего последний вводится в центральное отверстие обоймы 17 и после упора в фиксаторы 18 смещается вместе с обоймой 17 вниз, преодолевая усилие пружины 19 до совмещения фиксаторов 18 с нижней кольцевой проточкой к, в результате чего фиксаторы 18 утапливают в нижней проточке к и освобождают канал обоймы 17 для прохода упора 28. После этого обойма 17 под действием пружины 19 возвращается в верхнее положение и запирает упор в положении, показанном на фиг.1. Таким образом, обойма 17 выполняет функцию пружинной защелки.

При спуске глубинный прибор и затвор 23 запорного клапана свободно проходят через суженную часть осевого канала г корпуса 1, а клапанный механизм, корпус 9 которого на несколько миллиметров по диаметру больше диаметра суженной части корпуса 1, упирается в уступ е и устанавливается в посадочном гнезде д корпуса 1. При этом гарантированная установка корпуса регулятора 9 в гнезде обеспечивается при наличии диаметрального зазора между ним и кожухом 2, равного 3-4 мм. В момент остановки регулятора на него передается дополнительное осевое проталкивающее усилие от воздействия упора 28 с подвешенным к нему на кабеле прибором и затвором 23 запорного клапана.

Затем передают на забой часть веса труб испытательного инструмента, в результате чего происходит выборка свободных ходов всех устройств испытательного инструмента. При этом кожух 2 перемещается вниз относительно неподвижного корпуса 1 до упора в выступ м. При сжатии устройства происходит выдвижение фиксаторов 7 и герметизация кольцевого запора посадочного гнезда при помощи полого уплотнительного элемента 5, деформируемого нажимной втулкой Б под воздействием веса инструмента. Байпасный канал в перекрывается выступом корпуса 4. В результате регулятор надежно перекрывает осевой канал корпуса 1 и все устройство приводится в рабочее положение. По истечении времени, на которое отрегулировано гидравлическое реле времени испытателя пластов, происходит открытие его приемного клапана и вызов притока из пласта. Для этого на пласт передается депрессия, величина которой при отсутствии устройства определялась бы высотой столба жидкости, залитой при спуске испытательного инструмента в полость его труб 29. При использовании же данного устройства величина депрессии однозначно определяется осевой нагрузкой на затворах 11, которые под действием нарастающего забойного давления приподнимаются и частично приоткрывают щелевые каналы з, по которым вначале жидкость, залитая в трубы, а затем и пластовый флюид проникают из регулятора в полость труб 29. Таким образом происходит отбор пластового флюида из пласта при забойном давлении, заданном с помощью отрегули- рованной дроссельной пружины 15. При изменении дебита скважины, что часто наблюдается в начальной фазе испытания в результате очистки призабойной зоны пласта, изменяется гидродинамическая составляющая забойного давления. Это приводит к нарушению условия равновесия затворов 11, в результате чего они автоматически приподнимаются и дополнительно увеличивают проходное сечение щелевых каналов з, восстанавливая, тем самым, равенство сил, действующих на затворы 11 сверху и снизу. При нарастании уровня жидкости в трубах усилие на затворах 11, направленное вниз, остается постоянным, так как верхние торцы затворов 11 защищены от воздействия повышенного гидростатического давления буферными камерами, в которых поддерживается практически постоянное давление воздуха. Поэтому по мере заполнения труб флюидом происходит рост гидростатической составляющей забойного давления, действующего на затворы 11 снизу, что автоматически компенсируется за счет их дополнительного подъема, снижающего гидродинамическую составляющую давления. В результате такого взаимодействия забойное давление поддерживается близким к постоянному, но только при условии, что изменение усилия пружины на затворах 11 в пределах их осевого рабочего хода будет минимальным. Таким образом, эффективность регулирования депрессии возрастает с уменьшением жесткости и с увеличением длины дроссельной пружины 15.

В том случае, если возникает необходимость изменения режима работы пласта, изменяется усилие натяжения кабеля 20, в результате чего вначале с затворов 11 снимается (частично или полностью) усилие от веса прибора и участка кабеля 20, а затем усилие пружины 15. Последнее происходит в том случае, если при натяжении кабеля 20 упор 28, взаимодействуя с фиксаторами 18, приподнимет обойму 17 до верхней мерной точки, после чего часть усилия пружины 15 будет восприниматься кабелем 20, что приведет к снижению забойного давления и изменению режима притока. Этот эффект может быть достигнут лишь при совместном использовании регулятора, взаимодействующего с кабельным упором, и дистанционного маномера, позволяющего вести дистанционный контроль за забойным давлением.

По окончании испытания скважины на приток или во время испытания можно провести геофизические исследования по стволу скважины. Для этого натягивается кабель 20 дополнительным усилием, равным максимальному рабочему усилию пружины 15. При этом происходит следующее. В конце рабочего хода пружины 15, поджимаемой снизу обоймой 17, фиксаторы 18 совмещаются с верхней проточкой к корпуса 9 и, утапливаясь в ней, освобождают проход упору 18, после чего пружина 15 разжимается, а обойма 17 устанавливается в исходное положение между верхней и нижней проточками к. Теперь кабель 20 может свободно перемещаться относительно неподвижного клапанного механизма, чему способствует бесконтактное, лишенное фрикционного взаимодействия с кабелем 20, лабиринтное уплотнение 21. После проведения необходимых промыслово-геофизических исследований с помощью датчиков, установленных внутри комплексного дистанционного прибора, перемещаемого вдоль исследуемого объекта, осуществляется запись КВД. Для этого производится медленная натяжка кабеля 20 при пониженном крутящем моменте на валу каротажной лебедки до упора затвора 23 в корпус 9 регулятора. При этом манжета 27, взаимодействуя с посадочной поверхностью запорного клапана, полностью перекрывает доступ флюида в трубы 29, что приводит к мгновенной остановке скважины и интенсивному нарастанию давления в подклапанном пространстве. По окончании записи КВД исследования либо продолжаются, либо принимается решение об их прекращении. И в том и в другом случае для открытия запорного клапана производится ступенчатое натяжение колонны труб испытательного инструмента до того момента, пока не откроется канал, в результате чего происходит стравливание избыточного подклапанного давления по байпасному каналу в, что может быть дистанционно зафиксировано с помощью глубинного манометра. После выравнивания давления затвор 23 спускается вниз и после повторного сжатия испытательного инструмента исследования могут быть продолжены.

В том случае, если принято решение окончить испытания или возникла какая-либо другая причина, вызывающая необходимость подъема регулятора или прибора на поверхность, производится полная натяжка труб испытательного инструмента. При этом в результате движения кожуха 2 вверх относительно корпуса 1 происходит полное открытие уравнительного клапана, разгерметизация посадочного гнезда д, вызванная снятием сжимающей нагрузки с уплотнительного элемента 5, и освобождение клапанного механизма от воздействия фиксаторов 7, возвращаемых в исходное положение с помощью пружин 8. После этого возможен свободный подъем каротажного кабеля 20 совместно с клапанным механизмом, поддерживаемым снизу затвором 23.

Предлагаемое устройство может быть использовано в процессе испытания как в открытом стволе, так и в обсаженных скважинах.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТОВ, включающее полый корпус с седлом, установленный на кабеле прибора с возможностью фиксации относительно корпуса регулятор депрессии, состоящий из корпуса с радиальными каналами, установленной в корпусе подпружиненной втулки с затворами, герметизаторы кабеля и регулятора депрессии и запорный клапан, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы и упрощения конструкции, устройство снабжено концентрично установленным относительно корпуса кожухом с внутренним ступенчатым выступом, образующим с корпусом кольцевой канал, сообщающийся с осевым каналом, при этом герметизатор регулятора депрессии установлен на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с выступом кожуха, корпус выполнен с наружным выступом для герметизации кольцевого канала между корпусом и кожухом в процессе испытания, а запорный клапан жестко связан с кабелем. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения режима работы пласта без подъема регулятора, последний снабжен установленным в полости втулки подпружиненным фиксатором, а на кабеле установлен упор для взаимодействия с фиксатором.