Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах Советский патент 1986 года по МПК E21B49/08 

1

Изобретение относится к исследованию и опробованию водоносных горизонтов в скважинах и предназначено для использования при эксплуатации гидрогеологических скважин.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности устройства.

На-фиг. и 2 показаны нижняя и верхняя части устройства в транспортном положении соответственно; на фиг.З - узел пакерующего элемента в рабочем положении; на фиг.4 --перепускная втулка.

Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах вклю- чает спускаемый на колонну насосно- компрессорных труб фильтр 1 (фиг.) с заглушанным нижним концом. С фильтром 1 посредством переходника 2 с левой резьбой соединен узел пакеруто- щего элемента 3, взаимодействующий со стенками скважины 4 (фиг.З) и соединенный верхней частью через переходник- 5 (фиг о 2) с трубой 6, служащей для расхаживания и вращения в ней колонны насосно-компрессорных труб 7, либо через перепускн-ую втулку 8 непосредственно с концом колонны труб 7 -((Ьиг.З) .

Вн-утренние диаметры колонны на- сосно-компрессорнъгк труб 7 и перепускной втулки 8 обеспечивают опускание, в них труб меньшего дишчетра, которые используются при огфобова нии. Напр-ямер, для насосно-компрес- сорных труб диаметром 73 мм может использоваться вставная труба диа- метрогл 33 или 43 мм.

В случае использования трубы б на внутренней стенке у верхнего кон- да сквозного осевого канала узла пакерующего элемента 3 укреплены симметр1-гчно в радиальных направлениях пластины-ключи 9, которым соответствуют ответные пластины-ключи 10, укрепленные также симметрично и радиалько иа конце колонны насос- но-компрессорных труб 7. Пластины- ключи 9 к IО служат упорами для от- в-инчивания узла пакерующего элемен- та 3 в скважине 4 вращением колонны вправо.

На нижнем конце фильтра 1 укреплены Б осевом направлении штыры 11 с заостренными концами, слунсащие для созцайия упора устройства в забой, -что необходимо при отворачивании. При ожидании низ-ких пластовых дав1

лений осевой канал устройства перекрыт диафрагмой 12, зажатой между переходником 2 и узлом пакерующего эле-мента 3.

На,верхнем и нижнем фланцах 13 пакерующего элемента 3 посредством кольцевых гаек 14 зажата эластичная оболочка 15 пакера. На боковой стенке осевого канала укреплен клапан пакера, состоящий из ниппеля 16, навернутой на него крьшжи 17 с осевым каналом и шарика IS подлсатого пружиной 19 и выступающего не менее чем на треть диаметра в полость осевого канала. Дпя стравливания давления из эластичной оболочки 15 (основной вариант ) в корпус узлр. 3 -ввертывается перепускная втулгса 8 с окнами 20, В аварийном -варианте для стравливания давления из эластичной оболочки 5 в нижнем фланце 13 выполнен канал 21 , который со е,диняет полость, ограниченную эластичной оболочкой 15, и среднюю часть резьбовой поверхности переходника 2. Пружина 19 невозвратного клапана регулируется на рабочее давлениеj превышающее ожидаемое пластовое давление не более чем ка 0,2 - 0,3 i-ffla. Между корпусом узла 3 и верхней частью втулки 8 оставлен зазор 22.

Для предохранения эластгзчной сэбо- лочки 15 от истирания о неровности ствола сквахшны 4 во время транспортировки устройст-ва Е зону о-пробова- ния и подъема его после завершения опробования пласта эластичная оболочка снабжена предохранительнЬ5м кожухом 23 из эластичного растягивающегося материала, например из резины, в виде набора полос шириной 20 - 100 мм с утолщенными шарообразныьш концами, закрепленными в отверстиях

24 гаек i 4., I

При ожидании низких пластовых давлений 3 -устройстве устанавливается диафрагма 12, которая перекрывает доступ про 51зточной жидкости в .колонну насосио-компрессорных труб 7. Дпгя заполнения колонны 7 между верхней частью корпуса пакера 3 и трубой 6 установлен впускной клапан 25(фиг.2) В случае отсутствия опасности прихвата в компановку устройства трубу б не включают, а впускной клапан 25 может быть вмонтирован тольк;с- в верхней части перепускной втулки 8. Впускной клапан монтируется в утол3

щенную часть переходника 5 путем фрзерования в нем углубления и выполнен в виде полусферы, закрывающей полусферическое гнездо нижнего впускного отверстия 26. Полусферический клапан 25 закреплен на направляющем стержне 27 с полусферическим верхним концом, обращенным в сторону выпускного отверстия 28.

Труба 6 на верхнем конце снабжена крышкой 29, в центральное отверстие которой ввернута кронбукса 30, под- жимакнцая сальник 31. На внутренней поверхности крышки 29 симметрично и радиально укреплены пластины-ключи 132, аналогичные пластинам-ключам 9. Крышка 29 соединена с трубой 6 посредством резьбы с левым щагом. Для обеспечения очистки стенки водоносного пласта от глинистой корки уст- ройство может быть снабжено проволочным скребком 33 (фиг.1), который крепится к стальной пластинке 34 заглушающей снизу фильтр 1) посредством болта 35 с гайкой и поджимной пластины 36.

Рекомендуется следующее выполнение отдельных деталей и узлов устройства .

Гнездо шарика 18 невозвратного клапана вытачивается с таким расчетом, чтобы шарик не менее чем на одну треть диаметра выступал во внутреннюю полость окна 20.

Для улучшения взаимодействия шарика 18 с окном 20 и обеспечения свободного выхода стравливаемой жидкости из полости пакера диаметр втулки 8 (ниже резьбовой частиj уменьшен, на I - 2 мм. Окно 20 имеет шири- ну, равную диаметру шарика 18 плюс 1 мм на стороны, и высоту, равную 5-8 диаметров шарика. Зазор между стенками цилиндрического углубления в переходнике 5 и направляющим стержнем 27 составляет 1-2 мм, а свободный ход клапана составляет около 10 мм.

Направляющий стержень 27 изготавливается из более легкого материа- ла, чем клапан 25, что способствует более легкому подъему последнего в промьшочкой жидкости.

Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах рабо- тает следующим образом.

В законченной строительством гидрогеологической скважине производят

$

10 15 20 25

0

5

5

7114

полный комплекс электрометрических каротажных работ, в том числе кавер- нометрию и профилометрию. Уточняют глубины залегания и мощности водоносных горизонтов, точно определяют фактический диаметр скважины и слагающие породы на кровлях продуктивных горизонтов. На основании полученных данных определяют размер пакера, который используется в устройстве. Для опробования и исследования скважины устройством необходимы также сведения об ожидаемых пластовых давлениях, поскольку клапан пакера должен быть отрегулирован на давление, превышающее пластовое не более чем на 0,2 - 0,3 МПа. Такие сведения обычно заранее известны. Так, например, в Туркменской- ССР пластовые давления водоносных горизонтов до глубины 500 м составляют 0-1 МПа, от 500 до 1000 м - 0,8-1,5 МПа.

Устройство собирают на буровой и спускают в скважину на талевой подвеске. В случае ожидания низкого пластового давления и установки в устройстве диафрагмы 12 в комплект включают впускной клапан 25 для заполнения колонны 7.

В ходе спуска устройства промывочная жидкость своим давлением, действующим через отверстие 26, поднимает из гнезда полусферический клапан 25 и через отверстие 28 поступает в трубы. При промывке клапан 25 садится на гнездо отверстия 26 и препятствует перетоку промывочной жидкости в затрубное пространство.

Во время спуска эластичная оболочка 15 пакера предохраняется от истирания с помощью кожуха 23. По достижении верхней границы продуктивного горизонта вращением устройства очищают стенки водоносного пласта скребком 33, что улучшает вызов притока воды. Скорость вращения не превышает 20 об./мин, а скорость спуска не больше 2-3 м/мин. Далее скорость спуска должна быть минимальной рабочей. Необходимость очистки водоносного горизонта от глинистой корки определяется перед спусканием устройства в скважину, в соответствии с чем принимают решение о доукомплектовании его скребком 33. Если подошва водоносного горизонта находится на уровне забоя скважины, фильтр I сажается штырями 11 на забой.

512

В случае нахождения подошвы опробуемого горизонта вьше забоя скважины устанавливают цементный мост на уровне верхней границы подошвы опробуемого пласта. Фильтр сажают штьфя- ми на цементный мост.

После спуска и установки устройства оборудуют устье скважины по принятой на данном районе схеме. На отводе от затрубного пространства (не показан) устанавливают манометр и фиксируют давление. Медленным наращиванием давления в колонне насосно- компрессорньпс труб 7 надувают эластичную оболочку 15 пакера. По мере надувания последней кожух 23,растягиваясь, принимает форму оболочки 15о Создаваемое в трубах давление должно соответствовать рабочему или превышать его не более чем на 0,2-0,ЗМПа. Давление регулируют задвижкой насоса буровой установки или цементировочного агрегата. Б случаях низкого гидростатического давления опробуемого пласта эластичную камеру 15 надувают при установленной диафрагме 12, которую затем разрушают спускаемой колонной насосно-компрессорных труб 7.

При отсутствии самоизлива из скважины колонну труб 7 опускают до ниж- него конца фильтра и заменяют буровой раствор на воду.

В условиях низкого пластового давления опробование ведут в эрлйфтном режиме, -для чего используют компрес- сор. Если стенки скважины сложены неустойчивыми породами и во время работ по опробованию возможен прихват насосно-компрессорных труб, в устройство включают трубу 6 для расхаживания и вращения колонны, Рас- хаживание и вращение долшны произвоII6

диться 2-5 мин плавно без нарушения режима опробования и исследования скважины.

После окончания опробования водоносного горизонта все устройство поднимают на поверхность. Япя этого поворотом на 90 перепускной втулки 8 над.авливают на шарик 18 и страв ливают давлеюте в пакере. Затем поворотом втулки 8 еще на 90 ° закрывают осевой канал клапана пакера; при этом шарик 18 входит в окно 20.

В случае использования в комплекте устройства трубы 6 стравливание давления производят с помощью пластин-ключей 0, Для этого колонну насосно-компрессорных труб спускают до совпадения пластин-ключей с уровнем шарика 18 и вращают вправо. Во вращения пластины-ключи надавливают на выступающую часть шарика, В случае прихвата (пескования) фильтра производят отворот левого замкового соединения посредством пластин- ключей 9 и 10, для чего колонну труб 7 спускают до совпадения пластин-ключей и вращают вправо. При отвороте муфты пакера с ниппеля переходника 2 открывается отверстие 21, тем самым осуществляется разгермети- надутой эластичной оболочки. 15 и происходит распакеровка. Пакер и вьш1ерасположенные части устройства извлекают из скважины и используют при Опробовании последующих объектов. Запасным узлом для отворота извлекаемых труб 7 в случае прихвата или заклинивания пакера 3 предусмотрена крышка 29, также имеющая левую резьбу и снабженная ключами- пластинами 32 .

33

J2

30

Фи,1.1

ВНШ ШИ Тираж 539

Заказ 8498/29 Подписное

Филиал ПГШ Патент,

г.Ужгород, ул.Проектная, 4