Устройство для опробования продуктивных пластов Советский патент 1982 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к бурению и может быть использовано в гидрогео логии и геологии для опробования водоносных горизонтов при бурении способом обратновсасывающей промывки с эрлифтом. Известны устройства для отбора проб пластового флюида, входящие в компановку бурового снаряда при технологическом цикле бурения. Подобные устройства монтируются над долотом бурильной колонны и включают корпус пакер, пробоотборник, который сбрасывается внутрь бурильной колонны, и ряд каналов, клапанов и проточек. Каналы, клапаны и проточки служат для соединения внутреннего объема пробоотборника с подпакерным пространством, т.е. для отбора проб пластового флюида 1 . Известно также устройство для опробования пластов, в котором имею ся подпружиненный.золотниковый клап и золотник, служащие для управления работой пакера 2. Для опробования пластов останавли вают бурение, спускают в бурильную колонну пробоотборник. При этом приводится в действие клапан и канал соединяющие-камеру пробоотборника . с затрубным пространством, где давление равно гидростатическому давлению жидкости, заполняющей ствол скважины. При увеличении давления внутри бурильных труб золотниковый клапан перемещается вниз, увлекая за собой золотник. При этом жидкость поступает внутрь манжета пакера и происходит процесс запакеровки. При дальнейшем увеличении давления в трубах жидкость из пласта через каналы долота поступает внутрь пробоотборника. При уменьшении давления в трубах каналы перекрываются, отсе,кая-в пробоотборнике прооу пластовой жидкости. Открываются каналы, через которые происходит сообщение подпакерного пространства с внутренней полостью бурильных труб. Золотниковый клапгш и золотник обеспечивают сообщение внутренней полости пакера с подпа- . керным пространством. Таким образом, выравнивается давление во всех зонах опробования пласта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности, является устройство для опробования продуктивных пластов, содержащее смонтированный на бурильной колонне корпус с продольным каналом и переводником в нижней части для соединения с долотом, прикрепленный к копрусу надувной пакер и систему управления пакером, включающую подпружиненный клапан, установленный в канале для отвода рабочего агента, и отводной канал с выпускным клапаном, выполненным в виде втулки 3 .

Инструмент снабжен перемещаемым внутри бурильной колонны пробоотборни ком. Впускной и выпускной клапаны объединены в один регулировочный клапан, размещенный на корпусе. Клапан реагирует на давление в стволе скважины и на давление в колонне труб. При этом регулировочный клапан перемеща ется в одном направлении с увеличением перепада давления между бурильной колонной над пробоотборником, установленным в корпусе,.и стволом скважины над пакером. Регулировочный клапан перемещается для соединения пакера. с бурильной колонной и последующего разжатия пакера. Этот же клапан перемещается в противоположном направлении в случае снижения перепада давдения между бурильной колонной выше пробоотборника, установленного в корпусе, и стволом скважины выше разжатого пакера для соединения пакера со с.тволом скважины и приведение пакера

в исходное положение.

1

Пробоотборник перемещ.ают внутри бурильной колонны на тросе после остановки процесса бурения. Спустив пробоотборник, подают давл-ение в бусильную колонну. Благодаря наличию регулировочного клапана, открываются каналы, сообщающие бурильную колонну с пакером. При дальнейшем увеличении давления происходит открытие каналов соединяющих подпакерное пространство с внутренней камерой пробоотборника. По этим каналам пластовая жидкость поступает в пробоотборник. Когда давление в колонне уменьшают, то регули ровочный клапан перемещается в свое противоположное положение, отсоединяет пробоотборник от подпакерного пространства и соединяет пакер со стволом скважины. Давление выравнива ется, пакер приходит в исходное состяние, пробоотборник с пробой пластовой жидкости извлекают из бурильной колонны.

Известное устройство состоит из корпуса с надувным пакером, системы управления работой пакера; т.е. его разжатием и сжатием в скважине, и пробоотборника. В систему управления пакером входят продольный канал с разветвлениями и камерами, регулировочный клапан и другие подпружиненные клапаны.

В известных устройствах объем отбираемой пробы пластовой жидкости ограничивается объемом внутренней камеры пробоотборника. Это не исключает возможности попадания в пробу промывочной жидкости и отбора только промывочной жидкости. Отсюда следует, что информативность пробы весьма ограничена и она дает возможность определить только.некоторые качественные характеристики пластовой жидкости. Вместе с тем повышению информативности пробы препятствует не только малый объем пробоотборника, но и тот факт, что в снаряде для бурения с прямой промывкой возбуждение пласта может осуществляться только путем кратковременной подачи давления в колонну. Затем отбор пробы производится уже за счет перепада давления между пластом и пробоотборником.

Цель изобретения - повышение информативности отбираемой пробы при бурении скважины с обратной эрлифтнрй промывкой.

Указанная цель достигается тем, что на внутренней поверхности продольного канала корпуса выполнено посадочное седло под бросовый нагнетательный клапан, а выпускной клапан установлен в канале корпуса ниже его посадочного седла и выполнен с дополнительным посадочным седлом под бросовый клапан, диаметр которого меньше диаметра бросового нагнетательного клапана, причем, переводник соединен с корпусом посредством шлицевого соединения с возможностью взаимодействия с выпускным клапаном.

На фиг.1 изображено устройство, вертикальный разрез; .на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 т сечение В-В на фиг.1.

В состав устройства входит муфта 1, имеющая в верхней части форму шестиг| анника со скошенными вершинами, к которым приварен кожух 2„ Кожух и муфта образуют сегментные каналы 3. На цилиндрическую часть муфты надет выпускной клапан 4, поджатый пружино 5, расположенной в кольцевой проточке 6 муфты 1. В муфте имеются отверстия 7. Между цилиндрической частью муфты 1 и кожухом 2 имеется зазор, образующий канал 8. На торце имеются проточки 9. Муфта 1 присоединена к корпусу 10.

Между буртиком кожуха 2 и корпусом 10 имеется зазор 11. Верхняя часть резинового пакера 12 зажимаетс цилиндром 13, приваренным к корпусу 10. В цилиндре 13 имеется кольцевая проточка 14 и отверстия 15, нижняя часть пакера зажимается цилиндром 16 приваренным к корпусу 10 и соединенным с приспособлением для возврата в исходное положение выпускного клапана 17. Приспособление состоит из кольца 18, надетого на муФту 19. К

кольцу 18 приварен кожух 20. В нижней части к кожуху 20 приварен переводник 21. Муфта 19 на резьбе привинчивается к корпусу 10. В корпусе 10 имеются выпускные отверстия 22. Для герметиза1щи клапана 17 имеются уплотнения 23.5 Посадочное седло 24 приваривается к корпусу 10. Все манипуляции с клапанами и отбор проб производится через продольный канал 25, выполненный в корпусе 10. Имеются бросовый шаровой ю нагнетательный клапан 26 и бросовый клапан 27. В .верхней части клапана 17 выполнено седло 28 под клапан 27.

Устройство для опробования продуктивных пластов работает следующим с образом.

При нормальном цикле бурения способом обратной промывки воздух из воздухопроводных каналов бурильных труб проходит по каналам 3, происходит отжатие клапана 4 и через отверс- - тия 7 попадает в канал 25, где происходит аэризация столба жидкости.

После вскрытия исследуемого продуктивного пласта водоносного горизонта, бурение приостанавливают и устройство приподнимают над забоем. В канал 25 спускают бросовый клапан 26, изготовленный из материала, удельный вес которого не намного превышает удельный вес промывочного 30 агента. Клапан 26 садится на седло 24. После этого на выходной линии бурильная колонна перекдавается задвижкой. Повоздухопроводным каналам бурильной колонны компрессором, использу- 35 емым при бурении, закачивается воздух который проходит в каналы 3. По мере выравнивания давления в канале 25 iji канале 3, клапан 4 перемещается до кольцевой проточки 6 и открывает до- дд стул воздуха в воздухопроводные каналы В, проточки 9, зазор 11, проточки 14, отверстие 15, попадает в пространство между корпусом 10 и пакером 12, который начинает раздувать-дг ся. Раздуваясь пакер 12 прижимается к стенкам скважины и изолирует призабойную часть скважины от остального пространства.После выравнивания давления в пакере 12, канале 3 и канале 25, что фиксируется манометром компрессора или срабатыванием предохранительного клапана на рессивере компрессора, клапан 4 возвращается пружиной 5. После этого открывается задвижка на выходе и производится отканка 55 жидкости из призабойной зоны через отверстия в долоте и канал 25, так как верхняя часть скважины перекрыта, вода поступает из водоносного пласта. После откачки жидкости, рав- °0 ной объему изолированной призабойной .зоны, производят отбор проб и регистрацию других параметров водоносного пласта. Качество пакеровкй регистрируется на устье скважины. Если про- 65

исходит падение уровня при пробной откачке, то значит пакеровка проведена некачественно. Для качественной пакеровкй пакер перемещают на глубину и все манипуляции повторяют. При качественной покеровке падение уровня при откачке не происходит. Для более четкой фиксации в скважину (надпакерную зону) вводят специальны индикаторы (красители и т.д.) .

Во время откачки бросовый клапан 26 потоком.восходящей жидкости выносится на поверхность. По окончании откачки в колонну спускают бросовый клапан 27 меньшего размера, который садится на посадочное седло 28 клапана 17. Задвижка на выкиде перекрывается, в колонну подается давление и клапан 17 сдвигается, открывая отверстие 22. Одновременно сдвигается переводник 21 с кожухом 20 и кольцом 18, если они до этого не сдвинулись под весом долота, навернутого н никель 21. После этого открывают задвижку на выкиде, давление в колонке падает, через отверстия 22 снимается давление в пакере 12, отходит от стенок и возвращается в исходное положение за счет эластичных свойств рез- ны.

После снятия давления создается эрлифтная промывка. Восходящим потоком промывочной жидкости бросовый клапан 27 поднимается на поверхность Снаряд разгружается на забой скважины. Под действием веса снаряда переводник 21 возвргицается в исходное положение и тем самым возвращает клапан 17.

В случае необходимости повторения опробования или необходимости опробования вновь вскрываемого водоносного горизонта все операции повторяютс сначала.

Данная конструкция устройства для опробования позволяет сократить врем с момента вскрытия до момента опробования до нескольких минут. Эрлифтная откачка позволяет проводить более глубокое возбуждение пласта, что повьлаает его информативность, увеличивает объем получаемых проб. Кроме того, устройство позволяет проводить исследования маломощных водоносных горизонтов, которые обычными средствами не исследуются по причине экономи еской нецелесообразности или отсутствия технических средств. Установка устройства на бурильном снаряде позволяет не увеличивать количество спуско-подъемных операций по сравнению с бурением без опробования. Использование пластоиспытателей и опробователей, спускаемых на f бурильных трубах, но не вводимых в компановку снаряда при бурении скважин, увеличивает количество спускоподъемов на количество опробований

или испытаний, что существенно влияет на производительность бурения.

Формула изобретения

Устройство для опробования продуктивных пластов, содержащее смонтированный на бурильной капонне корпус с продольным каналом и прикрепленный к корпусу надувной пакер и систему 10 управления пакером, включающую подпружиненный клапан, установленный в канале для подвода рабочего агента, и отводной канал с выпускным клапаном, выполненным в виде втулки/ о т- |5 личающееся тем, что/ с целью повышения информативности отбираемой пробы при бурении скважины с обратной эрлифтной промывкой, на внутренней поверхности продольного кана- п

ла корпуса выполнено посащочное сеД ло под бросовый нагнетательный клапан а выпускной клапан установлен в канале корпуса ниже его посадочного седла и выполнен с дополнительным посадочным седлом под бросовый клапан, диаметр которого меньше диаметра бросового нагнетательного клапана, причем, переводник соединен с корпусом посредством шлицевого соединения с возможностью взаимсадействия с выпускным клапаном.

S

Источники информсщии, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 306745, кл. Е 21 В 49/00, 1966. ч 2. Авторское свидетельство СССР № 317783, кл. Е 21 В 49/00, 1968.

3. Патент США 2850240, кл. 166-162, опублик. 1972 (прототип)