Устройство для исследования скважин и опробования пластов Советский патент 1982 года по МПК E21B49/10 

Изобретение относится к области геохимических и геофизических мето дов исследования скважин, а именно к устройствам, спускаемым на каротаж-: ном кабеле и предназначенным для проведения оперативных исследований скважин методом испытания пластов, связанных с решением ряда геологических, задач путем определения гидродинамических свойств пластов и характера их насыщенности.

Известны приборы для исследования . сквсцкин и опробования пластов, спускаемые в скважину на каротажном кабеле.

Такие устройства имеют электро механический привод, пробосборник, герметизирующие элементы, изолирующие объект исследования, клапаны 1.

Наличие пространства в герметизирующих элементах, заполняемого буровым раствором, а также отсутствие возможности удаления его и смеси пластового; флюида с фильтратом бурового раствора из зоны опробования искажают результаты исследований. . Известно также устройство для исследования скважин и опробования пластов, содержащее кроме насОса с электромеханическим приводом, камеры

и клапайов также.гидравлические пакеры, канал для отбора проб, выходящий в пространство между пакерами, и затвор пробоотборной камеры с индивидуальным приводом 2.

Однако конструкция данного устройства сложна ввиду наличия пробоотборной камеры с двумя отверстиями входным, перекрытым подпружиненным

10 входным затвором, ивыходным, neper крытым затвором с индивидуальным приводом. Наличие проточной пробосборной камеры снижает качество от бираемой пробыj а отсутствие возмож15ности регулирования давления в по.лости пакеров снижает надежность их работы.

Известно устройство для исследо20вания скважин и опробования пластов, содержащее корпус/ насос с камерой i электромеханическим приводом с поршнем, каналы с всасывающим и нагнетательными клапанами, полый шток с

25 iИНДИВИДУАЛЬНЫМ приводом и поясками, гидравлические пакеры, канал для отбора проб, выходящий в пространство между пакерами, пробоотборную камеру, камеру, сообщающуюся со скважиной, переливной клапан и плунжер Сз.

30 Конструкция известного устройства сложна ввиду наличия индивидуаль ного привода ДЛЯ управления полым штоком с разделительными поясками, что э свою очередь снижает надежнос рйботы. Кроме того, реверсирование движения поршня по упору приводит к нерациональным динамическим перегрузкам насоса, а возрастание при этом тока нагрузки снижает надежнос работы электродвигателя.. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено конечными выключателями и взаимодействующими с поршнем насоса толкателя с подпружиненными упорами, а в корпусе выполнены три дополнительные камеры, одна из которых имеет дополнител ный толкатель и.разделительный поршень, разделяющий камеру на верхнюю полость, заполненную воздухом, и ниж нюю полость, заполненную жидкостью, другая - загерметизирована верхним пояском полого штока, заполнена жидкостью и сообщается каналами с нижней полостью первой дополнительной камеры, а третья имеет гидрозатвор, заполнена воздухом и загерметизирована нижним пояском полого штока,прй чем дополнительный толкатель располо жен в верхней полости первой дополнительной камеры с возможностью взаи модействия с поршнем насоса в его крайнем нижнем положении. На чертеже зображено устройство для исследования скважин и опробования пластов, общий вид.в разрезе. Устройство содержит электродвигатель 1, редуктор 2, насос 3 и с камерой 4, конечными выключателями 5 и б, толкателями 7 и 8, пружинами 9 и 10, упорами 11 и 12 с клапанйми 13-15, гидравлические пакеры 16, полость которых соединяется при помощи канала 17, камеры 18 с камерой 19, сообщающейся со скважиной, переливной регулируемый-клапан 20, межпоясковая полость 21 клапана 20 соединена с нагнетательным каналом 22 между двумя последовательно установленными нагнетательными клапанами 13 и 15, плунжер 23, расположенный в камере 24, соединенный с полостью гидравлических пакеров 16, полый шток 25 с разделительными поясками 26-29, разделительный поясок 30, являющийся затвором пробоотборной камеры 31, соединяющейся при помощи входного отверстия и камеры 32 с камерой 33 и каналом 34 для отбора проб, выходящим в межпакерное пространство. Нижний конец полого штока 25 установ лен в камере 35 с разделительным поршнем36, образующим полости, причем верхняя со стороны нижнего конц полого штока 25 заполнена жидкостью а нижняя - воздухом. Верхний поясок 37 на онце полого штока 25 герметично входит в заполненную жидкостью ка-, меру 38, которая сообщается через канал 39 и клапан 40, а также через канал 41 и запорный кран 42с камерой 43/ в которой установлен разделительный поршень 44, образукмдий две полости, одна из которых заполнена жидкостью, а другая воздухом, причем в полости, заполненной воздухом, устайовлен дополнительный толкатель 45, конец которого вЫходит в камеру насоса 4. Камера насоса 4 соединена каналом 46 через радиальные отверс;тия 47 и 48 и осевой канал в полом штоке 25 с каналом 34 для отбора проб. Контроль за работой устройства осуществляется датчиком 49 давления.Скважина над верхним пакером и под нижним пакером сообщается каналом 50 с целью предотвращения действия гидравличес,кого удара на элементы устройства в момент открытия пробоотборной камеры 31. Устройство работает следующим образом. В исходном, положении пробоотборная камера 31 загерметизирована от скважины затвором 30, расположенным на штоке 25, Разделительные пояски 28 и 29 разобщают полость гидравлических пакеров 16 и канал 34 для отбора проб с камерой 19, сообщающейся со скважиной. После установки устройства на исследуемый объект включается питание VOKOM конечных выключателей 5 и 6, включая насос 3. Поршень насоса 3, поступательно перемещает-ся вниз, входит в контакт поверхностью А с толкателем 8, который в свою очередь перемещает пружину 10 и упор 12, включая выключатель 6. Направление движения поршня меняется на противоположное,и он поступательно перемещается вверх. Перемещаясь вверх, поршень насоса 3 входит поверхностью Б в контакт с толкателем 7, перемещает последний и через пружину 9 и упор 8 включает выключатель 5. Направление движения поршня меняется, и он перемещается вниз. Таким образом, поршень насоса 3 совершает возвратно-поступательные движения. Скважинная жидкость по каналу 34, по .осевому каналу-полого штока 25, по каналу 46, через клапан 14 поступает в камеру 4 насоса 3. При возвратном движении поршня н соса 3 происходит нагнетание скважинной жидкости через последовательно установленные клапаны 13 и 15 по каналам 17 и 22, по радиальным зазорам между поясками 26-28 в полость гидравлических пакеров 16. Давление,возрастеиощее в полости пакеров 16, действует на плунжер 23, который толкает подпружиненный .переливной клапан 20. Перемещаясь вверх, переливной клапан 20 открывает межпояскову полость 21, соединяя ее со скважиной. Канал 22 и камера 4 насоса 3 также соединяются через эту полость со скважиной. Так.как давление в полости гидравлических пакеров 16 выше давления в скважине, обратный клапан 15 герметично запирает полость пакеров 16, а переливной клап 20остается в верхнем положении,что дает возможность свободного сообщения камеры 4 насоса 3 со скважиной. Пакеры 16 герметично изолируют объе исследования от ствола скважины.При дальнейшей работе насоса. 3 происходит откачка жидкости из межпакерног пространства, а соответственно и из пласта. Отвод жидкости производится в скважину через клапан 13, по кана лу 22 и через межпоясковуй полость 21переливного клапана 20. Осуще:ствляется процесс притока жидкости из пласта. Одновременно производится измерение гидродинамических параметров датчиков 49 давления и дает ,ся характеристика состава жидкости, которая контролируется, например, .резистивиметром (не показан). По окончании откачки жидкости из пласта конечные выключатели 5 и 6 отключ.аются от питания током. Поршен насоса 3, перемещаясь вниз, выходит из рабочего интервала, ограниченного конечными переключателями, это достигается наличием пружины 10, котора сжимаясь, позволяет дополнительно п ремещаться поршн вниз. Переме.щаясь, пориень насоса 3 своей нижней тарелкой входит в контакт с толкателем 45 Последний перемещает разделительный поршень 44 вниз, вытесняя жидкость из камеры 43, через клапан 40, канал 39 в камеру 38, перемещая при этом шток 25. Вследствии того, что Поршень 44 имеет площгщь большую, нежел верхний конец полого штока 25, а вытесЦённый объем жидкости из камеры 4 займет равный объем в камере 38, пoлый шток 25 дополнительно перемещает ся, сжимая воздух нижним концом в ка мере 35. Таким образом, перемещая поЛый шток вниз, затвор 30 входит в камеру 32, открывая входное отверстие пробоотборной камеры 31. Откры|тие пробоотборной камеры фиксируется :Датчиком 49 давления, в этот момент насос 3 выключается, движение штока 25 вниз останавливается. Проба из пласта через входное отверстие, камеру 32, по осевому зазору входного отверстия поступает в пробоотборную камеру 31. Заполнение пробоотборной камеры.контролируется датчиком 49 давления по восстановлению давления По окончании отбора пробы включается насос 3, полый шток 25 продолжает движение вниз, затвор 30 выходит из камеры 32 и герметично закрывает ходное отверстие пробоотборника ниже камеры 32. Разделительный поясок 29 выходит в камеру 33, соединяя тем самым межпакерное простраНств.о со скважиной через канал 34 отбора пробы. Разделительный поясок 28 выходит в камеру 19, обеспечивая соединение камеры 18, а значит и полости пакеров 16 со скважиной. Давление в межпакерном пространстве и полости пакеров последовательно выравнивается до гидростатического, а эластичные пакеры 16 возвращаются в исходное положение. При достижении полымштоком 25 крайнего нижнего положения насос 3 выключается. Устройство возвращается на поверхность с загерметизированной пробой.. Применение конечных выключателей и толкателей с подпружиненными упорами |позволяет плавно, без динамических нагрузок реверсировать движение поршня, .избежа.ть нерациональных перегрузок электродвигателя, что повьяиает. надежность работы устройства, а вве-. дение камеры с разделительным поршнем, толкателя, выходящего в камеру насоса, камеры, загерметизированной верхним пояском полого штока и сообщающейся посредством каналов с камерой с разделительным поршнем, и камеры с гидрозатворомг загерметизированной нижним пояском полого, штока позволяет дополнительно переместить поршень насоса вниз и управлять движение полого штока без индивидуального привода, а это способствует упрощению конструкции устройства, уменьшению его длины и веса до 20%, и в конечном итоге повысить надежность работы устройства. Формула изобретения Устройство для исследования скважин и опробования пластов, содержащее корпус, насос с камерой и электромеханическим приводом с порвяием, каналы со всасывающими и нагнетатель-, ными клапанами, полый шток с поясками, гидравлические пакерыг канал для отбора проб, выходящий в прост-. ранствомежду пакерами, пробоотборг ную камеру, камеру, сообщающуюся со скважиной, переливной клапан и плунжер, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе, оно снабжено конечными выключателями и взаи- модействующими,с поршнем насоса толкателя с подпружиненными упорами, а в корпусе вьтолнены три дополнительные камеры, одна из которых имеет дополнительный толкатель и разделительный поршень, разделяющий камеру на верхнюю полость,заполненную воздухом к нижнюю полость, запоя