Способ испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B49/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к испытанию пластов и пластоиспытательно- му оборудованию, и предназначено для испытания горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями.

Известен способ исследования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями, включающий заполнение труб над испытателем пластов жидкостью до устья скважины и создание в них избыточного

давления с последующим, после осуществления пакеровки, его снижением до заданной величины (авт. св. № 442293, кл. Е 21 В 49/00, 12.04.75).

Недостатком такого способа является то, что он обеспечивает проведения испытания только при одной определенной величине депрессии на пласт, т е. исключает возможность оперативного изменения депрессии в процессе проведения испытания

со

Известно устройство для создания постоянной депрессии на пласт, содержащее корпус, втулку с кольцевыми выступами, дифференциальный поршень с радиальными каналами, образующий со втулкой каме- ру, гидравлически связанную с затрубным пространством, стакан, концентрично размещенный в корпусе устройства и образующий с поршнем герметичную камеру (авт. св. № 400696, кл. Е 21 В 49/00, 29.01.74).

Оно позволяет ограничивать депрессию и поддерживать ее постоянной в процессе испытания пласта. Невозможность изменения депрессии на пласт в процессе проведения операции - один из существен- ных его недостатков.

Известен способ испытания пласта, принятый за прототип, включающий создание минимальной депрессии на пласт, проведение первого закрытого периода испытания и последующего чередования открытого и закрытого периодов (авт. св. № 502113, Е 21 В 49/00, 14.04.76).

Известно устройство для испытания пласта, принятое за прототип, содержащее полый корпус, герметично соединенный со сбросовой линией, и ствол, размещенный в корпусе, под которым установлен подпру- жиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных труб (авт. св. Мг 502113, кл. Е 21 В 49/00, 14.04.76). Этим способом и устройством возможно обеспечить изменение депрессии на пласт только в сторону ее увеличения или уменьшения, что исключает возмож- ность оперативного управления депрессией в процессе испытания. При испытании коллекторов трещинного типа величина депрессии на пласт имеет решающее значение. Аналитические расчеты свиде- тельствуют о том, что с ростом депрессии до определенной критической величины дебит притока будет расти, а затем, при дальнейшем увеличении депрессии, он начнет снижаться за счет частичного или полного смыкания трещин. Следовательно, если испытания такого коллектора осуществляются при депрессии больше критической, будет получена заведомо искаженная оценка его продуктивности.

Целью изобретения является повышение точности определения параметров пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, включающем создание минимальной депрессии на пласт, проведение первого закрытого периода испытания и последующего чередования открытого и закрытого периодов

испытания, в открытом периоде испытания депрессию изменяют многократно в большую и в меньшую стороны при одновременном измерении дебита пластового флюида, а об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, содержащем полый корпус, герметично соединенный со сбросовой линией, и ствол, размещенный в корпусе, под которым установлен подпружиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных труб, перекрывающий узел выполнен в виде ступенчатого дифференциального полого поршня с перегородкой в средней части, образующей с корпусом камеры над и под ней. причем в перегородке выполнено два наклонных канала, один из которых сообщает часть осевого канала дифференциального поршня с камерой над перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем под перегородкой, а другой канал сообщает осевой канал дифференциального поршня под перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем над перегородкой.

На фиг. 1 приведены компоновка пла- стоиспытательного оборудования и схема обвязки устья скважины для осуществления способа испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением; на фиг. 2 представлен общий вид устройства для испытания пласта в разрезе.

Способ осуществляется следующими действиями в приведенной последовательности:

спускают испытательное оборудование в скважину;

обвязывают испытательное оборудование со скважиной и насосными агрегатами;

создают избыточное давление в трубах над испытателем закачкой расчетного обье- ма воды;

изолируют исследуемый пласт от за- трубного пространства пакером;

проводят первый открытый период испытания, передавая депрессию на пласт стравливанием избыточного давления на устье до получения притока пластового флюида с регистрацией его дебита и соответствующей депрессии на пласт;

создают первый закрытый период испытания;

в очередном открытом периоде испытания депрессию изменяют многократно в большую и меньшую стороны при одновременном измерении дебита пластового флюида;

об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида.

Пример осуществления способа. Подле- жащий испытанию пласт находится на глубине Н 5000 м, глубина установки пакера Нп 4970 м, ожидаемое пластовое давление Рпл 77 МПа, заданный начальный перепад давления Д Рп 15 МПа, плотность бурового раствора рр 1600 кгс/м3, плотность жидкости, закачиваемой в трубы, 1000 кг/м3.

Спуск в скважину компоновки пласто- испытательного оборудования, включающей хвостовик с фильтром 1, пакер 2 безопасный замок 3, пояс 4, раздвижной механизм 5, пробоотборник 6, испытатель пластов 7 на бурильных трубах 8 осуществляют при постоянном сообщении полости ИА бурильных труб 9 с затрубным пространством Б через отверстие В, выполненное в испытателе пластов 7 (см. фиг. 1). К моменту окончания спуска бурильные трубы через это отверстие заполняются до устья буровым раствором, находящимся в скважине. После спуска оборудования до требуемой глубины (3-5 м от места пакеровки) производят обвязку устья скважины (см. фиг. 1). На бурильную колонну 8. удерживаемую в клиновом захвате ротора 9, наворачивают устьевую головку 10с манометром 11. К отводу 12 устьевой головки 10 через кран высокого давления 13 и нагнетательную линию 14 подсоединяют агрегатный насос 15. К отводу 16 устьевой головки 10 через кран высокого давления 17, сбросную струну 18, кран высокого давления 19 под- соединяют устройство 20 для испытания пласта. После окончания обвязки устья скважины бурильная колонна 8 удерживается в подвешенном состоянии на талевой системе буровой установки, насос 15 зака- чивает в трубы 8 воду в объеме, необходимом для получения расчетной высоты столба 2500 м для создания заданной величины начального перепада давления на пакер АРп 15МПа.

При закачке воды краны высокого давления 17,19 закрыты. По мере закачки воды в трубы буровой раствор из них через отверстие В вытесняется в кольцевое пространство Б. После закачки расчетного объема воды колонну бурильных труб спускают на оставшиеся 3-5 м до упора хвостовика 1 в забой или плашек в стенки скважины. При этом в бурильных трубах на устье скважины

будет избыточное давление Ризб А Р 15 МПа (фиксируемое по манометру 11), обусловленное разностью плотностей жидкости в затрубном пространстве Б и трубах А. Под действием механической сжимающей нагрузки осуществляется пакеровка скважины, отверстие Б перекрывается, полость бурильных труб А разобщается с затрубным пространством Б и сообщается с подпакерным пространством Г. Открывают краны высокого давления 17, 19 и сообщают полость бурильных труб А с регулятором депрессии 20, который находится в закрытом положении. При этом давление столба жидкости в трубах Рт 65 МПа, благодаря избыточному давлению на устье скважины Ризб 15 МПа. будет заведомо больше пластового давления Рщ, 75 МПа. Далее посредством устройства 20 для испытания пласта 20 снижают избыточное давление в трубах на некоторую величину, например Ризб 5,0 МПз, до появления притока пластового флюида, определяемого по переливу жидкости из регулятора депрессии, и замеряют его дебит, например QI 0,5 м3/ч. По истечении первого открытого периода испытания приемный клапан испытателя пластов 7 закрывают, полость бурильных труб А разобщается с подпакерным пространством Г, и проводят первый закрытый период испытания Затем повторно открывают приемный клапан испытателя 7, сообщают полость бурильных труб А с подпакерной зоной Т и начинают второй открытый период испытания, во время которого посредством устройства 20 для испытания пласта избыточное давление в трубах поэтапно снижают, например, до Ризб2 7,5 МПа, Ризбз 5 МПз, Ризб4 2,5 МПа, РизбБ 0. При этом регистрируют соответствующие дебиты притока пластового флюида, например Cte - 1 м /ч, Q3 1,5 м3/ч, Q4 1,5 м3/ч. Q5 - 0,8 м3/ч. Результаты замеров избыточного давления в трубах и соответствующие им. переданные на пласт депрессий и дебитов притока пластового флюида, заносят в таблицу.

На основании таблицы делают вывод о величине оптимальной депрессии на пласт Оопт, которой соответствует максимальный дебит притока пластового флюида. В нашем примере величине оптимальной депрессии на пласт соответствуют значения депрессии от 7,0 до 9,5 МПа, при которых наблюдался максимальный дебит притока пластового флюида Оз.з 1,5 м /ч. При этом величина избыточного давления в трубах находилась в пределах от 2,5 до 5,0 МПа.

Предлагаемое устройство для испытаия пласта в разрезе представлено на фиг. .

Устройство 20 для испытания пласта соержит ствол 21, связанный посредством резьбового соединения 22 с корпусом 23. На верхнем конце ствола 21 подвижно уста- новдена втулка 24 с надетой на нее накидной гайкой 25 для соединения со сбросной линией 18(см.фиг. 1.2). На внешней стороне втулки 24 выполнены отверстия 26 под ключ. Герметичность втулки 24 со стволом 21 достигается за счет уплотнений 27,28, На нижний конец втулки 24 навернута резьбовая втулка 29, на которую в свою очередь навернута гильза 30, имеющая в нижней части выступ 31, препятствующий снятию гильзы 30 со ствола 21, на котором выполнен выступ 32. Втулка 24, резьбовая втулка 29, гильза 30 образуют со стволом 21 герметичное телескопическое соединение. Ниже гильзы 30 на стволе 21 выполнены отверстия 33 под ключ.

Внутри корпуса 23 размещен перекрывающий узел в виде ступенчатого дифференциального полого поршня 34, который имеет конусную поверхность 35, по которой он уплотняется со стволом 21.

В средней части дифференциального полого поршня 34 выполнена перегородка 36. Дифференциальный поршень 34 снабжен уплотнительными кольцами 37 и имеет осевой канал 38, связывающий полость бурильных труб А посредством канала 39 в перегородке 36 с дифференциальной камерой 40. Камера 40 образована под перегородкой 36 между внутренней поверхностью корпуса 23 и наружной стенкой дифференциального поршня 34. Другой наклонный канал 41, выполненный в перегородке 36, сообщает осевой канал 42 дифференциального поршня 34 под перегородкой 36 с камерой 43, образованной корпусом 23 и дифференциальным поршнем 34 над перегородкой 36. На перекрывающий узел 34 надета пружина 44. Для обеспечения герметичности резьбового соединения 22 ствола 21 с корпусом 23 установлено уплотнение 45. Давление в полости 40 замеряется манометром 46.

Устройство работает следующим образом. После открытия приемного клапана испытателя пластов полость бурильных труб А через каналы 38 и 39 будет постоянно сообщена с дифференциальной камерой 40 (фиг. 2), поэтому на перекрывающей узел 34 будет действовать усилие, обусловленное его гидравлической неуравновешенностью и направленное на открытие регулятора депрессии 20. Однако открытию устройства 20 для испытания пласта препятствует усилие сжатой пружины 44. которое регулируется навинчиванием или свинчиванием корпуса

23 на ствол 21.

Результирующее усилие, удерживающее перекрывающий узел 34 в закрытом положении, определяется по формуле: N - 0,785(022 - Оз2) Ризб + Мпр - OJ85D12 х

0 xPn36 Ni + Nnp-N2,

где Di - средний диаметр уплотненного торца перекрывающего узла; D2 - диаметр камеры 40; Оз - наружный диаметр нижней ступени

5 перекрывающего узла;

NI - усилие, направленное на закрытие перекрывающего узла;

Na - усилие, направленное на открытие перекрывающего узла;

0 Мпр -усилие сжатой пружины;

Ризб - избыточное давление на устье скважины.

Величины диаметров Di, D2, Оз выбраны с таким расчетом, чтобы абсолютное зна5 чение площади по диаметру Di было на 6-10% выше разности значений площадей по диаметрам 02 и Оз, т.е. N - Мпр - (N2 - Ni) Nnp - (1,06-1,10) N1-2 Nnp-(1,06-1,10) Ризб.

0 Ослабляя усилие сжатой пружины 44 путем свинчивания корпуса 23 со ствола 21, снижают избыточное давление в трубах на заданную величину, например А Ризб 5,0 МПа. Это достигается перемещением пере5 крывающего узла 34 вправо, при котором образуется зазор между стволами 21 и дифференциальным поршнем 34. Как только избыточное давление снизится до заданного значения Риэб1 10,0 МПа, перекрываю0 щИй узел 34 снова закроется. В случае интенсивного притока из пласта зазор будет постоянно открыт, но при этом будет поддерживаться заданное значение избыточного давления на устье скважины.

$ Вытесняемая из труб жидкость попадает из камеры 43 через канал 44 в камеру 42 и далее на сброс. При этом регистрируется расход Qi вытесняемой жидкости.

0 Для дальнейшего снижения избыточного давления в трубах корпус 23 снова свинчивают со ствола 21 на определенную величину для ослабления сжатой пружины 44 до получения требуемого избыточного

5 давления в трубах, регистрируемого по манометру 46. После нахождения величины оптимальной депрессии на пласт, соответствующей определенному избыточному давлению в трубах, увеличивают усилие

сжатой пружины 44 регулятора депрессии путем навинчивания корпуса 23 на ствол 21 с числом оборотов, равным выполненному при ослаблении пружины с момента, соответствующего величине избыточного давле- ния в трубах, принятого за оптимальное. Затем увеличивают избыточное давление в трубах и корректируют его значение до требуемой величины по манометру 46 путем ослабления или увеличения усилия сжатой пружины 44.

Использование способа и устройства позволяет по сравнению с существующими значительно увеличить информативность испытания пластов с аномально высокими пластовыми давлениями при одновременном сокращении повторных спусков пласто- испытательного оборудования. Кроме того, применение регулятора депрессии 20 позволит оптимизировать фонтанную эксплу- атацию месторождений.

Формула изобретения 1. Способ испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, включающий создание минимальной депрессии на пласт, и последовательное чередование открытого и закрытого периодов испытания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров пласта, в открытом периоде испытания

депрессию изменяют многократно в большую и меньшую стороны при одновременном измерении дебита пластового флюида, а об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида. 2. Устройство для испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, содержащее полый корпус, герметично соединенный со сбросной линией, и ствол, раз- мещенный в корпусе, под которым установлен подпружиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных труб, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения параметров пласта, перекрывающий узел выполнен в виде ступенчатого дифференциального полого поршня с перегородкой в средней части и образующей с корпусом камеры над и под ней, причем в перегородке выполнено два наклонных канала, один из которых сообщает часть осевого канала дифференциального поршня с камерой над перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем под перегородкой, а другой канал сообщает осевой канал дифференциального поршня под перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем над перегородкой.

/;

// 2f А Л-Р „

§

/4

#ОХ

7V. /

S

Изобретение относится к технологии и оборудованию испытания нефтяных и газовых горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями, Изобретение позволяет повысить информативность и точность определения параметров нефтяных и газовых пластов. Способ осуществляется испытательным оборудованием, связанным со скважиной и насосным агрегатом. Создают избыточное давление в трубах испытателя на устье. Изолируют испытуемый пласт пакером. Производят многоцикловое испытание с изменением депрессии на пласт и измерением дебита притока пластовой жидкости. Изменяют депрессию на пласт до получения максимального дебита притока флюида из пласта. Депрессию вызова притока при максимальном дебите притока выбирают за оптимальную депрессию испытания пласта. Устройство для выбора оптимальной депрессии включает ствол 21 с телескопическим соединением с гильзой. Ствол 21 соединен резьбой с корпусом, в котором установлен подпружиненный перекрывающий узел, образующий с корпусом дифференциальную полость. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.