Испытатель пластов Советский патент 1984 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьшшенности, а именно к испытанию ) инструментом на трубах.

Известен испытатель пластов, соетоящий из корпуса с встроенным пакером, расположенным-выше впу,скного клапана, гидравлического реле времени, впускного клапана, уравнительног клапана и штокар .

Однако в данном испытателе пластов впускной клапан золотникового типа имеет центральную перегородку, изолирующую полость труб от преадевременного заполнения ее скважинной жидкостью. :

Известен испытатель пластов, включающий связанный с колонной Труб силовой шток, телескопически связанный с ним перфорированный в нижней части корпус, в котором установлен пакер, реле времени, уравнительный клапан и впускной шток с радиальными каналами, связанный с силовым ттоком 2.

Недостатками известного испытателя пластов является то, что пластоиспытатель работает от сжатия инструмента и автоматически срабатывает при любой достаточно продолжительной (в зависимости от регулировки гидравлического реле времени) посадки инстрз мента, существенно осложняг ется процесс спуска промыслово-геофиэических приборов в скважину, поскольку спуск приборов производится с помощью, блока, подвешиваемого на крйж талевой системы, но для зтого необходимо сначала снять вес инструмента с крюка, для чего досадить планшайбу на устье скважины, в свою очередь, приводит к автоматическому срабатыванию испытателя. Доэтому приборы приходится спускать уже в процессе притока флюида в трубы, что связано с необходимостью герметизации устья с помощью сальников лубрикатора, применять специальные механизмы для подачи кабеля в скважину под давлением, устанавливать дополнительные грузы на кабель и т.д.

Кроме того, при такой технологии испытания не удается с помощью приборов зафиксировать начальный этап притока, что также нежелательно.

Яанньй испытатель, как и все известные испытатели, работающие от

сжатия, может находиться только в одном из двух положений; растянут (впускной клапан закрыт) и сжат впускной ;клапан открыт). Это исключает возможность проведения операций по промывке скважины непосредственно через испытатель, так как при открытом испытателе весь испытательный инструмент, в том числе и пакер, сжат, что исключает циркуляцию. Это, в свою очередь, вызывает необходи- . мость включения в состав испытательного инструмента дополнительных устройств: циркуляционных клапанов для промывки скважины перед перестановкой инструмента, для предотвра- щения сифона при подъеме, для доведения рабочих жидкостей до забоя при проведении операций по.интенсификации притоков (кислотные обработки, гидрокислотйые разрывы пластов и i т.д.).

Данный испытатель не содержит ; средств для перекрытия притока на забое, поэтому он Должен применяться совместно со специальным запорным клапаном для записи КВД. Это связано с тем, что при закрытии впускного клапана, которое осуществляется путем натяжки инструмента, происходит открытие его уравнительного клапана и нарушается герметичность пакеровки в связи со снятием осевой сжимающей нагрузки с пакера. В связи с этим практически все известные пластоиспытатели требуют дополнительного включения в компоновку инструмента специальных предохрани- . тельных клапанов-отсекателей, предназначенных для аварийного перекрытия притока на забое при испытании фонтанирующих пластов. Это особо важно при испытании газоносных объектов, когда аварийное перекрытие притока на устье зачастую не дает желаемого эффекта в свя-зи с -часто встречающейся негерметичностью резьбовых соединений в верхней части колонны труб, где давление газа превышает гидростатическое давление промывочной жидкости в затрубном пространстве скважилы, а использование в качестве аварийных устройств серийных запорноповоротных клапанов, требующих для срабатывания большого числа оборотов инструмента, связано со значительными затра тами времени, что делает их-неэффек3тивными в аварийной ситуации. В дан.ном случае необходимо, .чтобы констру ция испытателя пластов позволяла бы по команде с поверхности перекрывать впускной клапан при сжатом положеНИИ инструмента, когда пакер изолирует доступ флюида в затрубное пространство скважины, - Данный испытатель не позволяет из менять депрессиюна пласт, так как не имеет- и своем составе регулируемого штуцера. Цель изобретения - обеспечение возможности многорежимного испытания со спуском прибрров в подпакерную 30-15 Поставленная цель достигается тем, что в испытателе пластов, включающем связанный с колонной труб си ловой шток, телескопически связанный с ним перфорированный в нижней части корпус, в котором установлен пакер, реле времени, уравнительный кллпан и впускной шток с радиальными каналами, связанный с силовым штоком, связь силового и впускного щтоков выполнена в виде подпружиненного относительно силового штока толкателя с механизмом возвратно-поступательно го действия. Механизм возвратно-поступательног действия выполнен в виде штифта, установленного на толкателе, и замкнутого паза с канавками на впускном штоке, в которых установлены сменные регулировочные вкладыши различной длины. При этом между впускным штоком и корпусом установлена связанная пш цевым соединением с корпусом подпружиненная втулка с окнами, профилированным верхним торцом и продольными пазами в нижней части, авпускной шток снабжен установленными над и под втулкой штифтами для взаимодействия с торцами втулки. На фиг.1 показано устройство в транспортном положении, половина разреза; на фиг.2 - исходное взаимно расположение нижнего упора впускного штока относительно продольного паза, выполненного на.нижнем профилированном торце плавающего седла, сечение А-А на фиг.1; на.фиг.3 - развертка . наружной п оверхности впускного штока,, представляющая один из вариантов исполнения замкнутого фигурного паза (стрелками показано направление 37 перемещения пальца по канавкам паза в процессе возвратно-поступательного перемещения колонны труб испытательного инструмента); на фиг.4 - вариант компоновки испытателя пластов в момент предварительной пакеровки и безопасного спуска глубинного дистанционного прибора. Устройство состоит из телескопически связанных между собой надпакерного 1 и подпакерного 2 корпусов, между которыми установлен пакер 3, Корпуса 1 и 2 зафиксированы от взаимного проворота с помощью шлицевой . втулки 4, удерживающей на весу подпакерньй корпус 2. Внутри корпусов 1 и 2 размещен вынвижной силовой шток 5, связанный с колонной труб и с помощью шпоночного соединения 6 с корпусом 1. Шток 5 содержит поршневую головку 7, образующую совместно с корпусом 1 и штоком 5 пневмогидрав. лическое реле времени открытого типа, в котором надпоршневая камера 8 постоянно заполнена воздухом.под давлением близким к атмосферному, а подпоршневая камера 9 связана снаружным пространством с помощью впускного 10 и регулируемого редукционного 11 клапанов. Клапаны 10 и 11 отрегулированы таким образом, чтобы при ходе штока 5 вниз в камере 9 создавалось гидравлическое давление, достаточное для передачи осевой нагрузки, необходимой для деформации пакера 3, а при ходе штока 5 вверх происходило повторное заполнение камеры 9 промывочной жидкостью, содержащейся в скважине. Кро|ме того, в штоке 5 имеется уплотнение 12, которое совместно с каналами 13, 14 и 15 образует.уравнительный клапан байпасного типа., Шток 5 вместе с поршневой головкой 16, выполненной в нижней его части, и корпусом 2 образует узел гидравлического Уравновешивания, обеспечивающий спуск устройства в растянутом состоянии, независимо от перепада давления в трубном и затрубном пространствах скважины. В подлакерном корпусе размеЩен впускной шток 17, связанный с силовьм штоком 5 с помощью механизма возвратно-поступательного действия, включающего толкатель 18 со свободно вращающимся в своем гнезде пальцем 19, взаимодействующим с замкнутым фигурным пазом 20, вьшолненным на

наружной поверхности впускного штока 17. Толкатель 18 удерживается в крайнем верхнем относительно штока 5 положении с помощью пружины 21 и зафиксирован от возможного проворота относительно подпакерного корпуса 2 с помощью пальца 22, взаимодействующего с продольным пазом 23, выполненным в корпусе толкателем 18. На впускном штоке 17 концентрично установлена подпрз жиненная втулка 24 зафиксщ)ованная от,проворота в корпусе 2 с помощью пальца 25. Для снижения нагрузки, действующей на палец 19 при вращении впускного штока 17, последний снабжен свободно вращающейся втулкой 26, взаимодействующей с уплотнениями 27 плавающей втулки 24, которое, в свою очередь, загерметизировано относительно.КОРпуса 2. Втулка 24 удерживается На упоре (в крайнем верхнем положении) с помощью пружины 28 и пальца 29, передающего усилие пружины 30. Впускной клапан образован .радиальными от верстиями,фильтра 31., корпуса, впускными окнами 32, вьшолненными в плавающей втулке 24, и несколькими рядами верхних штуцерных отверстий 33 впускного штока 17. Кроме того, в штоке 17 выполнен один ряд нижних циркуляционных отверстий 34. Оба торца втулки 24 выполнены профилированными: верхний торец снабжен выступом 35, с которым поочередно взаимодействуют сменные штифты 36, количество и осевое расстояние между которыми соответствует количеству рядов штуцерньУх отверстий 33 и расстоянию между этими рядами;, на нижнем тор.це втулки 24 вьшолнен продольный паз 37 типа шпоночного, которьй в исходном положении смещен относител но пальца 29 по окружности. Для выполнения заданной программы . ве ртикальные канавки фигурного паза 20 снабжены сменными вкладьш1ами 38.

При составлении компоновки испытательного инструмента перед спуском его в скважину испытатель 39 че рез приборный переводник 40 соединяется с герметичным хвостовиком 41, внутри которого размещается дистанционный глубинный прибор 42, спускае мый на каротажном кабеле 43 . на глубину исследуемого интервала. Весь инструмент с помощью планшайбы 44 подвешивается на посадочньй фланец устьевой арматуры. Крюк та.левой системы 45 соединяется ;с элеватором 46, установленным на лубрикаторе 47, или с каротажным блоком 48, с помощью .которого осуществляется спуск дистанционного глубинного прибора 42 в полость труб испытательного инструмента. Лубрикатор 47 содержит стойку 49.

Пакер-испытатель работает следующим образом.

Для проведения испытаний испытатель 39 вместе с приборным переводником 40 и герметичным хвостовиком 41 спускается в скважину на насоснокомпрессррных (НКТ) или бурильных трубах. Во время спуска испытатель находится в транспортном (растянутом состоянии, при этом надпакерный корпус 1 удерживается в крайнем верхнем положении относительно штока 5, за счет гидравлической неуравновешенности гидропневматического реле времени, камера 9 которого находится под давлением, практически равным гидростатическому давлению промывочной жидкости в скважине. Гидравлически уравновешенньй подпакерный корпус 2 при этом также находится в крайнем нижнем положении относительно штока 5 за счет веса х.востовика. В растянутом положении канал 1 уравнительного клапана находится в открытом состоянии, что облегчает переток промывочной жидкости из подпакерного пространства в надпакерное Палец 9 в этом положении занимает позицию О, т.е. находится в верхней точке длинной транспортной канавки а фигурного паза 20. При этом впускной шток 17 находится в средне положении под действием пружин 30 и 21, перекрывая окна 32. Таким образом, спуск пакера-испытателя производится в положении растянут-закры что предотвращает заполнение полости труб промывочной жидкостью..

После спуска испытателя пластов на требуемую глубину производится пробная пакеровка без вызова притока. Для этого на забой передается механическая нагрузка, необходимая для деформации пакера 3. При этом шток 5 движется вниз, вытесняя промывочную жидкость из гидрокамеры 9 через редукционньй клапан 11, в результате чего давление в подпоршневой камере 9 повьш1ается до величцны. обеспечивающей создание осевого уси лия, на две-три тонны превышающего минимальное усилие пакеровки. Одновременно с деформацией пакера 3 в самой начальной фазе движения происходит перекрытие уравнительного канала 13 уплотнением 12. При этом за счет гидропневматического реле шток 5 вначале движется вниз совместно с надпакерным корпусом 1 при неподвижном .подпакерном корпусе 2, затем после полной деформации ушютнительного элемента пакера 3 и перекрытия кольцевого пространства скважины надпакерный корпус 1 останавливается, а шток 5 продолжает двигаться вниз, вытесняя промывочную жидкость из гйдрокамеры 9 через редукционный клапан 11, отрегулированный на величину перепада давления, обеспечивающую надежную п керовку. При своем движении шток 5 оставляет перекрытым уравнительный канал 13,. обеспечивая полную изоляц исследуемого интервала сверху. Одно временно со штоком 5 движется вниз палец 19, который встречая на своем пути скос б, проворачивает , некоторый угол шток 17 и переходат в нижнюю продольную канавку в. В ко це хода штока 5 вниз палец 19 за|1им ет положение, близкое к позиции 1 Ьлагодаря тому, что осевое расстояние между точками О и 1 фигурного паза больше или равно максимальному ходу штока 5 относительно подпакерногр корпуса 2, это исключает возмо ность осевого перемещения штока 17 -вниз совместно с пальцем 19. Таким образом, испытатель при про ной пакеровке, находится в положении сжат-закрыт. В этом положении осуществляются, подгонка и герметизация устья скважины, подгонка выкидных и нагнетательных магистралей трубного и затрубного пространства скважины. Затем инструмент подвешиваетс на посадочный фланец устьевой арматуры с помощью планшайбы 44, .после чего крюк 45 талевой системы отсоеди няется от элеватора 46, к нему подвешивается каротажный блок 48 и прои водится спуск дистанционного глубинного прибора 42 (например, комплексного прибора, включающего манометр, термометр, шумомер, вискозиметр) в полость труб испытательного инструме та до глубины исследуемого интервала После проверки работы-аппаратуры и каротажной станции блок 48 перемещается на стойку лубрикатора 47 и испытательньй инструмент снова подвешивается на крюке 45 с помощью элеватора 46 и производится герметизация кабеля 43 посредством уппотнительных элементов лубрикатора 47. После подготовки к испытанию пласта производится вызов притока, для чего при помощи талевой системы путем дозированной натяжки инструмента на .надпакерный Kopjiyc 1 передается страгивающая нагрузка. При движении штока 5 вверх происходит повторное заполнение гидрокамеры 9 промывочной жидкостью через впускной клапан 10, в результате чего на пакере 3 сохраняется осевая сжимающая нагрузка, достаточная для , d . обеспечения надежной пакеровки. При ходе штока 5 вверх палец 19 благодаря скосу г, переходит в очередную вертикальную канавку и, упираясь . в ее торец, останавливается в промежуточном положении д, после чего дальнейшее движение штока 5 приводит к сжатию компенсаторной пружины 21 в пределах хода, необходимого для упора штока 5 в надпакерный корпус 1. Сжатие пружины 21 не вызывает смещения штока 17 вверх, из-за упора пальца 29 в торец втулки 24. Таким образом, при нфсождении пальца 19 в позиции д пакер-испытатель занимает промежуточное положение растянутзакрыт. Следующей управляющей командой является осевое перемещение НКТ вниз. Палец 19, провернув шток 17, переходит в очередную вертикальную канавку, укороченную с помощью сменного вкладыша 38. При своем движении вниз палец. 19, дойдя до упрра в торец вкладьша 38, сжимает пружину 30 и принудительно сдвигает шток 17 вниз до совмещения нижнего ряда штуцерных отверстий 33 с. окном 32. В том случае, если к этому моменту небудет полностью выбран весь осевой ход штока 5 откосит.ельно корпуса .2, о . дальнейшее движение штока 17 вниз происходит совместно с втулкой 24 с одновременньм сжатией пружины 28 за счет упора нижнего штифта 36 в выступ 35 верхнего профилированного торца втулки 24.-Таким образом,обеспечивается требуемое взаимное положение штока 17 втулки 24 л, следовательно, точность регулировки штуцер ного устройства и величины депрессии передаваемой на пласт. В таком положении (позиция I1 сжат-чаСтично открыт) инструмент оег тается на время, необходимое для .записи первой кривой притока, кото-рая фиксируется как регистрирующими манометрами, установленными с помощь перевор(ника 40 в кольцевом подпакерном пространстве скважины, так и дистанционным глубинным прибором 42 Как правило, длительность записи начальной кривой притока выбирается в пределах нескольких минут, после чего производится запись первой кривой восстановления давления (КВД). Для этого при помощи возвратно-поступатёльного перемещения колонны 1КТ палец 19 через промежуточное положение е (растянут-закрыт) переходит в следующую вертикальную канав ку (позиция 111), не содержащую сменного вкладыша, в результате чего пакер-испытатель занимает положение сжат-закрыт, что позволяет пере крыть приток флюида в скважину и за писать .начальную КВД с помощью внешних манометров, установленных в переводнике 40. jilpH этом время записи КВД может быть использовано как цик- изучения состава шюида, поступившего в скважину, с помощью дистанционного вискозиметра, так и для выделения работающих мощно«, стей посредством высокочувствител ного термометра, входящего в дистанционный комплексный прибор . 42. По окончании записи первой КВД исследования в зависимости от выбра ной методики могут быть повторены при измененных режимах работы. В дан ном случае структура цикла, запрогра мированная с помощью сменных вклады шей 38 и переставляемых штифтов 36, позволяет провести еще два открытых (позиции 1Y и V) и два закрытых (позиции У и VII) периода испытания при работе на все возрастающей сумма ной площади сечений отверстий 33 шту цера.При этом второй открытый период испытания (позиция IV) производится при совмещении двух рядов штуцерных отверстий 33 с впУскными окнами 32,, Третий открытый период испытания (позиция VI) сопровождается записью кривой притока при максимальном проходном сечении отверстий впускного клапана. В связи с тем, что суммарная площадь трех рядов штуцерных отверстий 33 равна суммарной площади сечения . впускных окон 32, а также площади сечения осевого канала, .выполненного в штоках 5 и 17, последний открытый период испытания фактически не сопровождается потерями давления на входе в пакер-испытатель, что позволяет производить интерпретацию третьей кривой притока по показаниям только одного дистанционного манометра. В том случае, если испытывается обсаженная скважина, перешедшая на фонтанный режим работы, в этой же позиции V1 (пакер-испытатель сжатмаксимально открыт) целесообразно про вести полные гидродинамические исследования на установившихся режимах, изменяемых с помощью штуцеров на устье, после чего, если позволяет запас хода регистрирующих манометров в переводнике 40, можно записать третью КВД путем перестановки пальца 19 в позицию УПфигурного паза. В противном случае заключительная КВД записывается в У1 позиции с помощью дистанционного манометра при пе- рекрытии притока на устье скважины. Следующий за позицией УI1 участок фигурного паза имеет специальную форму, предназначенную для придания испытателю принципиально новых функций циркуляционного клапана. .Как было указано вьше, для обеспечения циркуляции в скважине необходимо сохранить впускной клапан испытателя в открытом положении при полностью растянутом и, следовательно, распакерованном инструменте. Для.этого палец 19, -находящийсяв позиции У)1, натяжкой трубдо срыва пакера 3 переводитсяв позиции У П. Прч взаимодействии пальца 19 со скосом е палец 29 дополнительно проворачивается и совмещается с проольным пазом 37. В результате ток 17, освобожденньй от нижнего упора под действием пружин 30 и 21, смещается вверх относительновтулки 24 до совмещения нижних циркуляционных отверстий 34 с впускными окнами 32 впускного клапана. Это соответствует положению испытателя растянут-открыт, при котором можно либо провести промывку забоя перёд подъемом инструмента на поверхность чтобы осуществить подъем без сифона либо выполнить комплекс работ по ин тенсификации .притока. В последнем случае вначале в трубы закачивается рабочая жидкость, которая доводится до забоя и выводится из затрубья, /а затем производится посадка инстру мента. .При этом палец 19 движется вниз и, дойдя до скоса ж, проворачивает палец 29, находящийся внутри продольного паза 37, до упора в егобоковую стенку. В результате этого палец 19 фиксируется в положении IX, что обеспечивает принудительное движение штока 17 вниз до выхода пальца 29 из продольного паза 37, после чего происходит дополнительный проворот штока 17, приводящий к выходу пальца 29 на плоск торец втулки 24. В конце хода штока вниз палец 19 устанавливается в позиции X, что соответствует положению сжат-закрыт. Дпя закачки кислоты в пласт под давлением, превьщ1ающим прочность обсадной колонны, испытатель переводится с помощью возвратно-поступа тельного перемещения НКТ из позиции в позицию XI, в которой инструмент сжат и эапакерован, а впускной клапан открыт. В этом же положении про изводится очистка пласта от продуктов реакции кислоты, а затем повторяются исследования на приток. При необходимости испытатель может неограниченное количество раз быть переведен в любую из предшествующих позиций путём выполнения расчетного числа возвратно-поступательных перемещений колонны НКТ. В случае возникновения аварийной ситуации, требующей немедленного прекращения доступа флюида в трубно и кольцевое пространство скважины, необходимо, с помощью возвратнопоступательного перемещения НКТ пер вести устройство в ближайшее по ходу цикла положение сжат-закрыт (как и при записи КВД).. В таком же положении целесообразно производить подъем дистанционного прибора на поверхность, так как в этом случае нет необходимости герметизировать Подвижной кабель с помощью уплотнительных элементов лубрикатора. Если испытатель спускается в скважину совместно с управляемым лкор-. ньм устройством, то он может быть использован в качестве заливочного клапана. Для этого спуск производится в положении растянут-открыт (позиция У111), что обеспечивает заполнение колонны НКТ промывочной жидкостью. Когда уровень жидкости в НКТ будет достаточным для orpaHi-гчения депрессии на пласт, в действие вводится Хлорное устройство, которое обеспечивает временную опору инструмента на стенку скважины, после чего производится посадка и натяжка НКТ для перевода испытателя в положение натянут-закрыт и возврата при этом якоря в . транспортное полож ение. Затем продолжается спуск инструмента без доступа пpo шlвoчнoй жидкости в трубы. Применение испытателя пл астов с расширенными функциональными возможностями позволяет исключить из состава комплекта испытательного оборудования ряд устройств и, таким образом, получить прямой экономический эффект за сче-т сокращения трудоемкости, металпоемкости и стоимости изготовления оборудования. Кроме того, использование предлагаемого устройства при испытании скважин дает возможность значительно сократить затраты времени на испытани повысить геологическую информативность исследования скважин за счет совмещения многоцикловых испытаний с дистанционными промыслово-геофизическими исследованиями а также за счет свойства данного испытателя производить повторные .испытания на любом из предыдущих режимов. Испытатель позволяет осуществлять дистанци онную регистрацию всего Цикла исследования, включая и его начальную фазу, тоскольку приборы могут быть безопасно спущены в скважину еще до вызова притока.

jX

к

20

3/7

г

fe

.1. ИСПЫТАТЕЛЬ ПЛАСТОВ, включающий связанньй с колонной труб силовой шток,телескопически-связанный с ним пёрфорированиьй в нижней части корпус, в котором установлен пакер, реле времени, уравнительньй клапан и впускной шток с радиальными каналами, связанный с силовым штоком, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности многорежимного испытания со спуском приборов в подпакерную зону, связь силового и впускного штоков выполнена в виде подпружиненного относительно силового штока толкателя с механизмом возвратно-поступательного действия. 2.Испытатель пластов по п.1, о тли чающий с я тем, что механизм возвратно-поступательного дей-. ствия выполнен в виде штифта, установленного на толкателе, и замкнутого паза с канавками на впускном шток в которых установлены сменные регулировочные акладыши различной длины., (Л 3.Испытатель пластов rto n.t, отличающийся тем, что . между впускным штоком и корпусом установлена связанная шлнцевым соединением с корпусом подпружиненная BTyjDca с окнами,профилированным верхним торцом и продольными |С пазами в нижней части, а впускной шток снабжен установленными над и QD СО СО под втулкой штифтами для взаимодейстВИЯ с торцами втулки.