Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах Советский патент 1987 года по МПК E21B49/08 

13

трубное пространство с полостью колонны труб. Снаружи фильтра 30 расположена защитная труба 35, соединенная с корпусом 37 фиксатора с окнами 38 и фиксирующим элементом в виде шарнирно прикрепленных к трубе 35 рычагов 40 с рифленой поверхностью для зацепления породы. Устр- во снабжено поршнем 45 с верхней конусной поверхностью 47 и центральным кан.алом с шаровым клапаном, тросами 49 и стержнями 43, связывающими рычаги с торцовыми поверхностями поршня 45. На трубе 35 закреплен ленточный центратор, установленный на приводных аликах с шипами, взаимодействующими со стенкагда скважины, Поверхность валиков, взаимодействую-

1

Изобретение относится к опробованию и исследованию водоносных горизонтов в скважинах и может быть ис- пользовано приэксплуатации гидрогеологических скважин.

Цель изобретения - повьш ение эксплуатационной надежности.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, рабочее положение, продольный разрез , на фиг. 2 - невозвратный клапан в момент, стравливания давления на фиг. 3 и 4 - схема крепления пластинчатых пружин клапанаJ на фиг. 5 - фильтр, с наружной защитной трубой с центрирующим элементом, транспортное положение, на фиг. 6 - то же, рабочее положение.J на фиг. 7,- фиксатор, рабочее положение, на фиг. 8 - то же, транспортное положение) на фиг. 9 - поршень фиксатора , на фиг. 10 - центрирующий элемент, укрепленный на защитной трубеj на фиг. 11 - сечение А-А на фиг. 10°, на фиг. 12 - съемный валик с отдельными элементами.

Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважине состоит из спускаемого на колонне насосно- компрессорных труб (НКТ) 1 паке- рующего узла 2 (фиг. 1) с перепускной втулкой 3, соединенной непосредственно с НКТ 1, перепускная втулка

320

щая с центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы. Поршень 45 установлен под фильтром 30 внутри корпуса 37 и перемещается в осевом направлении относительно него и сообщает надпоршневое пространство с полостью колонны труб и скважиной, в крайнем нижнем поло- . жении поршня 45. При фиксации устр- ва движение поршня 45 передается на стержень 43 и далее на рычаги 40, которые вдавливаются в породу ствола, фиксируя устр-во. При ходе поршня 45 закрепленные на его верхнем торце и на поверхности рычага 40 тросы 49 обеспечивают взаимодействий поршня 45 и рычага 40 при установке и снятии фиксатора. 1 з.п. ф-лы,12 ил.

3 ввернута в корпус пакерующего узла 2 посредством резьбы 4 и имеет в нижней части окно 5, а нижнее продолжение 6 перепускной втулки 3 ус- тановлено с зазором 7 между корпусом. Для заполнения колонны труб 1 в верхней части втулки 3 установлен впускной клапан 8, который монтируется в утолщенную часть втулки. Полусферический впускной клапан 8 закрывает полусферическое гнездо 9 нижнего впускного отверстия, сообщающего затрубное пространство с полостью колонны труб. Впускной клапан 8 присоединен к направляющему стержню 10, имеющему в-ерхнюю выточку. Промывочная жидкость в полость труб 1 поступает через канал 11. Внутренние диаметры НКТ и перепускной втулки 3 обеспечивают опускание Б них труб меньшего диаметра (например, для НКТ ф 73 мм используется НКТ ф 33 мм или ф 43 мм).

Пакерующий узел 2 содержит эластичную оболочку 12J которая на верхнем и нижнем фланцах 13 корпуса зажата посредством шайбы 14 и гаек 15 с шариками 16, расположенными в углублениях гаек 15.

Для предохранения эластичной оболочки 1-2 от истирания о неровности ствола скважины 17 в ходе транспор

3

тировки устройства в зону опробован и подъема его после завершения рабо имеется предохранительный кожух 18 из эластичного, например полимерног материала. Кожух 18 представляет собой плоский растягивающийся материал шириной 50-100 мм с утолщенными шарообразными концами 19, закрепленными в углублениях 20 на шайбе 14

На стенке осевого канала паке- рующего узла 2 в конусное отверстие 21 посажен клапан (фиг. 1-4), состощий из конусного запора 22, закругленный конец которого выступает в полость канала пакерующего узла 2 и взаимодействует с окнами 5 и поверх ностью нижней ча сти 6 перепускной втулки 3. Запор 22 имеет канал 23, сообщающийся с перепускной втулкой 3, и вь1ходы 24 в полость конусного отверстия. Над выходом канала 23 в кольцевом углублении запора расположено герметизирующее уплотнение 25. На корпусе пакерующего узла между фланцами 13 укреплены на держателях 26 пластинчатые пружины 27, концы которых имеют изогнутую форму 28, которая способствует лучшему прижатию запора 22. Пружины 27 могут прикрепляться к запору, например, с помощью шурупа 29 или приклеиванием.

Фильтр 30 (фиг. 5 и 6) на ве рх- нем конце имеет утолщение 31 с удлиненной резьбой 32 на наружной поверхности. Верхним внутренним концо фильтр 30 соединен с удлинительной трубой 33, а последняя на левой резьбе 34 присоединена внутренним левым резьбовым соединением к канал пакерующего узла 2. Защитная труба 35 расположена снаружи фильтра 30 и верхним концом соединена наружной резьбой с пакерующим узлом 2, а нижним концом внутренней левой резьбой 36 соединена с верхним концом корпуса 37 фиксатора (фиг. 7-9).

Корпус 37 фиксатора имеет окна 38 (не менее двух), закрытые закрепленными на оси 39 фиксирующими элементами в виде шарнирно закрепленны рычагов (лап 40) с элементами 41 и 42 с рифленой поверхностью для зацеления с породой. Для надежного зацеления со стенками скважины высота штырей (зубьев) элемента 41 возрастает снизу вверх. Элемент 42, изго

товленный, например, из синтетических упругих материалов, может быть

5

0

5

0

использован для закрепления устройства в обсадной колонне или в породах. Лапы 40 приводятся в действие стержнями 43, закрепленными посредством колец с осями 44 нижним концом к внутренней поверхности лапы 40, а верхним концом к нижнему торцу поршня 45 с уплотнительнымп поясами 46. Верхний торец поршня выполнен по конусной поверхности 47, в которую ввернуты рым-болты 48, к последним прикреплены концы тросов 49. Тросы своими концами выведены на пус 37 через отверстия 50 с горизонтально установленными валиками с канавками под тросы на середине. Герметичность отверстия 50 обеспечивается закрытием его самоуплотняющимся резиновым сальником 51, например, путем приклеивания. Наружный конец троса 49 прикреплен к кольцам 52, укрепленным на наружной поверхности лап 40. Длина тросов 49 обеспечивается взаимодействие поршня 45 и лапы 40 для фиксирования устройства в скважине и его освобождения. Поршень 45 имеет центральный канал 53. нижняя часть 54 которого закрывается втулкой 55 с наружной резьбой и верхним полусферическим углублением 56 под размер полого внутри шарового клапана 57, изготовленного, например, из легких сплавов алюминия или полимерных материалов с плотностью меньше плотности воды. Поршень 45 размещен в гильзе 58-под фильтром 30 внутри корпуса 37 фиксатора с возможностью осевого перемещения относительно последнего и сообщения надпоршневого пространства с полостью колонны труб и скважиной в крайнем нижнем положении поршня. Гильза 58 имеет внутреннюю выточку 59, которая взаимодействует с конусной поверхностью 47 поршня. Для обеспечения свободного хода и предупреждения истирания троса при работе в верхнем конце гильзы имеется внутренняя выточка 60

Ленточный центратор (фиг. 10-12), укрепленный на защитной трубе 35, представляет собой бесконечную упругую вращающуюся ленту 61, натянутую 5 на эксцентричный 62, бочкообразный 63 или цилиндрический 64 вращаюшдй- ся съемный приводной валик с шипами, закрепленный на кронштейнах 65 болта 66. В конце валиков навинчены

6

0

5

0

накидные гайки 67 со штырями 68 на внешней поверхности, обеспечиваюпщ- ми вращение валиков 62-64 за счет

сцепления со стенками скважины в „

процессе спуска или подъема устройства. Надежность вращения упругих лент 61 в скважинной среде обеспечивается рифлением 69 поверхности валиков. В нижней части 6 втулки 3 выпол нены углубления 70 для взаимодействия с острием конусного запора 22. Для улучшения притока воды из пласта в компоновку включают скребок 71.

Устройство работает следующим об- разом.

В законченной бурением гидрогеологической скважине производят полный комплекс электрометрических картонажных работ . Уточняют глубины залегания, и мощности водоносных го - ризонтов, точно определяют фактический диаметр скважины и слагаюшзие на кровле и подошве породы продуктив ного горизонта. Обобщая полученные, данные, определяют размеры эластичной обол-очки 12, которая используется в устройстве для данной скважины Для опробования и исследования скважины определяют также ожидаемое пластовое давледие, в соответствии с которым подбираются (с учетом запаса прочности) параметры пакера и регулируется рабочее давление невозвратного клапана, которое должно быть равно или превышать (на 0,01 0,03 МПа) рабочее давление при бурении скважины. Примерные пластовые давления разведуемого региона обычно заранее известны.

Устройство собирают на буровой и спускают на колонне НКТ 1 в интервал водоносного горизонта.

В процессе спуска устройства промывочная жидкость своим давлением в отверстие 9 (фиг. 1) поднимает из . гнезда полусферический канал 8 и далее через отверстие поступает в трубы 1. При промывке клапан 8-садится в гнездо отверстия 9 под действием создаваемого сверху давления закан

чиваемой в трубы 1 жидкости.

Шайбы 14 с шариками предотвращает смятие оболочки 12 при сборке, а кожух 18 предохраняет эту оболочку от истирания в ходе спуска устройства. Конусный запор 22 невозвратного клапана устанавливается в открытом положении, его конец входит в углубление 70 на наружной поверхности нижней части 6 втулки 3, что предупреждает раздутие пакера до момента установки фиксатора (фиг. 7), промывки скважины и последуюш 1х операций

При достижении устройством интервала опробования приводится в действие фиксатор, который фиксирует пололсение устройства и дает возможность промывки скважины и проведение других операций. Фиксирование устройства производится созданием давления жидкости в трубе 1, воздействуя на поршень 45, жидкость перемещает его, в гильзе 58. Движение поршня передается на стергсни 43 и далее на лапы 40, при этом штыри 41 вдавливаются в породу ствола,, фиксируя устройство

При ходе поршня 45 закрепленные на его верхнем торце и на поверхности лапы 40 тросы 49 обеспечивают взаимодействие поршня и лапы при установке и снятии фиксатора. Тросы 49 синхронизируют работу поршня 45 и лап 40.

При установке фиксатора с элементами 42 лапы в обсадной колонне и в крепких породах работа фиксатора аналогична указанной. В каждом отдельном случае подбирается соответствующий ход поршня путем применения поршней различной высоты и высоты его конусной поверхности, а также использованием стержней 43 различной длины.

По завершении работ плавной натяжкой вверх всей компоновки освобождают лапы от зацепления с породой или колонной, после чего происходит обратный ход поршня, при зтом лапы 40 могут закрывать окна 38 не полностью. Промывка скважины при уста- . новке фиксатора достигается тем, что конусная поверхность 47 поршня 45 совпадает с нижней проточкой гильзы 58, образовывая открытое простран- ство 5 сообщающееся с нижними и верхними полостями.

После установки фиксатора проверяется зацепление его лап путем свободной подвески всей компоновки устройства. В случае движения коьшонов- ки вниз операция повторяется. Канал 53 поршня 45 с шаровым впускным клапаном и полусферическим углублением 56 с шаром 57 является дополнительным узлом для заполнения полости

71

труб 1 при спуске компоновки, а его действие аналогично действию впускного клапана, вмонтированного во втулке 3.

После установки фиксатора, промывки скважины (смены промывочной жидкости на воду) производится отворот левого резьбового соединения 36 защитной трубы 35 и плавно поднимается компоновка (длина хода известна, длина фильтра плюс длина удлинительной трубы 33), и вращением вправо резьба 36 соединяется с удлиненной резьбой 32, выполненной на наружной утолщенной части 31 фильтра 30. Таким образом, поверхность фильтра открывается, а верхний его конец 31 герметизируется. При отвороте резьбы 36 одновременно отворачивается левая резьба 34 трубы 33 и после соединения резьб 32 и 36 располагается в трубе 35 с открытым верхним концом (фиг. 6). В случае прихвата (запескования фильтра 30) вращением вправо всей компоновки могут быть произведены отворот и подъем на поверхность верхней части устройства (трубы 35, пакерующего узла 2, трубы 1 на резьбовом соединении 32 и 36).

После фиксирования устройства и смены промывочной жидкости на воду вращением вправо невозвратный KjianaH приводится в Г бочее положение для чего конец конусного запора 22 в ходе вращения, снимается с углубления 70 и вводится в окно 5. При закачке в трубы 1 воды давлением открывается запор 22, пропуская жидкость в полость оболочки 12, последняя надувается и герметизирует за- трубное пространство над водоносным горизонтом. Герметичность и работа оболочки 12 проверяются измерением уровня жидкости в затрубном пространстве на устье скважины в ходе откачки воды из пластин. При недостаточной герметичности операции повторяется.

Бесконечная лента 61 центрирующего элемента натянута на бочкообразных 63 или эксцентричных 62 валиках, которые установлены горизонтально на кронштейнах 65 с возможностью регулировки натяжения или смены ленты. Бочкообразные валики 63 умень- шают площадь контакта ленты со скважиной, принимающей дугообразную фор08

му. Использование эксцентричного валика 62- создает переменное изменение натяжения ленты, что уменьшает период контакта ленты со стенками скважины.

В процессе спуска и подъема компоновки лента 61 постоянно вращается благодаря контактам штырей 69 с

породой. Центрирующие элемеить устанавливаются не менее трех на каждой трубе через равные промеж тки, что позволяет исключить контакт со стенками скважины, тем самым предупреждается прихват труб. В зависимости от геолого-технических условий, вероятности прихватов, азимутального отклонения ствола, а также време- ни нахождения колонны труб (компоновки устройства) без движения - срока опробования ленты 61 выполняются сплошными по всей длине трубы или прерывистыми. Имея небольшую площадь контакта, упругая лента имеет минимальную силу сцепления с коркой ствола, и при натяжении компоновки устройства вверх создается колебание ленты, что способствует освобождению от сцепления (прихвата) и восстановлению вращательного движения. Прину- дите.льное вращение лент способствует также прохождению колонны труб в суженных интервалах ствола.

В случае необходимости очистки интервала водоносного горизонта от глинистой корки для улучшения притока воды из пласта в компоновку включают скребок 71 (фиг. 7). Медленным вращением (до 20 об/мин) и одновременным опусканием устройства со скоростью 1,0-1,5 м/мин очищают поверхность пласта от продуктов коль матации.

В случаях, когда по скважинным условиям возможны прихваты НКТ, в компоновку устройства дополнительно, включают трубу для расхаживания НКТ

с центрирующим элементом. . I

Устье скважины при использовании

предлагаемого устройства оборудуется по принятой в регионе схеме. Опробование и исследование гидрогеоло гической скважины производятся по принятой технологии и последовательности.

После завершения опробования производится замена воды в скважине на промывочную жидкость с параметрами, предусмотренными- техническим

91

проектом объекта. Затем натяжением компоновки устройство переводят в исходное положение, поднимают устройство на 5-8 м и промывают скважину, В ходе промывки опускают устройство до глубины первой фиксации, тем самым окончательно контролируется освобождение лап фиксатора путем обеспечения свободного хода всего комплекса. После прекращения промывки производится подъем устройства в обычном Порядке. Если в скважину спущена и зацементирована обсадная колонна, при дохождении фиксатора до башмака колонны подъем устройства производится на минимальной скорости (2-5 м/мин), при зацеплении штырей 41 лап 40 медленным вращением и одновременным их подъемом вводят их р колонну. Далее подъем произвол дится в обычном порядке.

После подъема устройство очищается, в случае необходимости разбирается на отдельные узлы, проверяется отдельно и в целом на работоспособность. При консервации детали устройства смазываются графитной смазко- Транспортировка устройства производится с разборкой на отдельные секции, например фиксатор, фильтр с защитной трубой и пакерное устройство

Формула изобретения

1. Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах, содержащее спускаемый на колонне

010

труб фильтр, вьшде которого расположе- ны пакерующий узел с эластичной оболочкой и клапан, сообщающий полость пакера с полостью колонны труб, пе- репускную втулку с окнами в нижней части и впускным клапаном, сообщающим затрубное пространство с полостью колонны труб, отличаюЩ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности,

оно снабжено расположенной снаружи

фильтра защитной трубой и корпусом

фиксатора с окнами и фиксирующим

элементом в виде шарнирно закрепленных на защитной трубе рычагов с рифленой поверхностью, поршнем с верхней конусной поверхностью и центрапь- ным каналом с шаровым клапаном тросами и стержнями, связывающими рычаги фиксирующего элемента с торцовыми поверхностями поршня, и закрепленным на защитной трубе фильтра ленточным центратором, установленным

на приводных вгшиках с шипами, взаи- модействуюшрх со стенками скважийы, причем поршень установлен под фильтром внутри корпуса фиксатора с возможностью осевого перемещения относительно него и сообщения надпоршне- вого пространства с полостьр колонны труб и скважиной в крайнем нижнем положении поршня,

35

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поверхность валиков, взаимодействующая с ленточным центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы.

Фиг,.1

Z/

Фиг.. 2

2S

26

Z8

Фиа.З

Изобретение относится к эксплуатации гидрогеологических скважин. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности. Устройство содержит спускаемьй на колонне труб фильтр 30, выше которого расположен пакетирующий узел в виде пакера из эластичной оболочки, перепускную втулку с окнами в нижней части и впускным клапаном. Он сообщает эа(Л

27

13

16

26 23

21

/7 ,

Фие.

68

. fpt/e.S

К

11

иг.8

30

9иг.

47

54

55

О

9liz.9

Фиг.Ю

И

J5

65

Фог.Ц

Редактор И,Горная

Составитель Е.Самойленко

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Заказ 6206/37 Тираж 533Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

г.72