Испытатель пластов

,80 1129 р Е 21 В 49/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ со спуском ону, связь ков выполнена тносительно . с механизьного д 2. Испытатель пластов по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что механизм возвратно-поступательного действия выполнен в виде штифта, установленного на толкателе, и замкнутого паза с канавками на впускном штокев которых установлены сменные регулировочные вкладыши различнойдлины,(21) 3470457/22-03многорежимного испытания(7 1) Калининское отделение Всесоюзно- силового штока толкателяго научно-исследовательского и про- . мом возвратно-поступател ейектно-конструкторского института , ствия.геофизических исследований геологоразведочных скважин(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 254429, кл. Е 21 В 47/06, 1969,2, Пустов В,В. Разработка комплекта оборудования для испытания объектовв разведочных скважинах в комплексе с геофизическими исследованиями.Отчет по теме У 663/77 ВНИИГИС. Калинин, 1981 (прототип). , 3, Испытатель пластов по п. 1,(54)(57) 1. ИСПЫТАТЕЛЬ ПЛАСТОВ,. вклю- о т л и ч а ю щ и й с я тем, чточающий связанный с колонной труб си- между впускным штоком и корпусомловой шток,телескопически связанный установлена связанная шпицевымс ним перфорированный в нижней час-соединением с корпусом подпружиненти корпус, в котором установлен па- ная втулка с окнами,профилированкер, реле времени, уравнительныйным верхним торцом и продольнымиклапан и впускной шток с радиальны- пазами в нижней части, а впускнойми каналами, связанный с силовым што шток снабжен установленными над иком, о т л и ч а ю щ и й с я тем, под втулкой штифтами для взаимодейстчто, с целью обеспечения возможности вия с торцами втулки, 11293371 11293Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьппленности, а именно к испытанию скважин инструментомна трубах,Известен испытатель пластов, состоящий из корпуса с встроенным пакером, расположенным выше впускногоклапана, гидравлического реле времени, впускного клапана, уравнительногоклапана и штока 1 .1 ООднако в данном испытателе пластов впускной клапан золотииковоготипа имеет центральную перегородку,изолирующую полость труб от преждевременного заполнения ее скважинной 15жидкостью.Известен испытатель пластов, включающий связанный с колонной трубсиловой шток, телескопически связанный с ним перфорированный в нижней 20части корпус, в котором установленпакер, реле времени, уравнительныйклапан и впускной шток с радиальнымиканалами, связанный с силовым втоком 2. 25Недостатками известного испытателя пластов является то, что пластоиспытатель работает от сжатия инструмента и автоматически срабатываетпри любой достаточно продолжитель-. ЗОной (в зависимости от регулировкигидравлического реле. времени) посадки инструмента, существенно осложня,.тется процесс спуска промыслово-геофи"эических приборов в скважину, поскольку спуск приборов производится с помощью, блока, подвешиваемогона крюк талевой системи, но дляэтого необходимо сначала снять весинструмента с крюка, для чего поса Одить планшайбу на устье скважины, всвою очередь, приводит к автоматическому срабатыванию испытателя. 3 оэтому приборы приходитсяспускать уже в процессе притокафлюида в трубы, что связано с необходимостью герметизации устья спомощью сальников лубрикатора, применять специальные механизмы дляподачи кабеля в скважину под давлением, устанавливать дополнительныегрузы на кабель и т.д. Кроме того, при такой технологиииспытания не удается с помощьюприборов зафиксировать начальный этап%притока, что также нежелательно.Данный испытатель, как и всеизвестные испытатели, работающие от37 Данный испытатель не содержит средств для перекрытия притока на забое, поэтому он должен применяться совместно со специальным запорным клапаном для записи КВД. Это связано с тем, что при закрытии впускного клапана, которое осуществляется путем натяжки инструмента, происходит открытие его уравнительного клапана и нарушается герметичность пакеровки в связи со снятием осевой сжимающей нагрузки с пакера.В связи с этим практически все известные пластоиспытатели требуют дополнительного включения в компоновку инструмента специальных предохрани-, тельных клапанов-отсекателей, предназначенных для аварийного перекрытия притока на забое при испытании фонтанирующих пластов. Это особо важно при испытании газоносных объектов, когда аварийное перекрытие притока на устье зачастую не дает желаемого эффекта в связи с часто встречающейся негерметичноетью реэьбовых соединений в верхней части колонны труб, где давление газа превышает гидростатическое давление промывочной жидкости в затрубном пространстве скважины, а использование в качестве аварийных устройств серийных запорноповоротных клапанов, требующих для срабатывания большого числа оборотов инструмента, связано со значительными затра тами времени, что делает их.неэффек 2сжатия, может находиться только в одном из двух положений; растянут (впускной клапан закрыт) и сжат впускной клапан открыт). Это исключает возможность проведения операций по промывке скважины непосредственно через испытатель, так как при от,крытом испытателе весь испытательный инструмент, в том числе и пакер, сжат, что исключает циркуляцию, Это, в свою очередь, вызывает необходимость. включения в состав испытательного инструмента дополнительных уст-: ройств; циркуляционных клапанов для промывки скважины перед перестановкой инструмента, для предотвращения сифона при подъеме, для доведения рабочих жидкостей до забоя при проведении операций по.интенсификации притоков кислотные обработки, гидрокислотйые разрывы пластов и г т.д.).3 1129 тивными в аварийной ситуации. В дан.ном случае необходимочтобы конструкция испытателя пластов позволяла бы по команде с поверхности перекрывать впускной клапан при сжатом положении инструмента, когда пакер изолирует доступ флюида в затрубное пространство скважины.Данный испытатель не позволяет изменять депрессию на пласт, так как 10 не имеет- в своем составе регулируемого штуцера.Цель изобретения - обеспечение возможности многорежимного испытания со спуском приборов в подпакерную зо ну.Поставленная цель достигается тем, что в испытателе пластов, включающем связанный с колонной труб силовой шток, телескопически связанный с ним перфорированный в нижней части корпус, в котором установлен пакер, реле времени, уравнительный клапан и впускной шток с радиальными каналами, связанный с силовым штоком, .д связь силового и впускного штоков выполнена в виде подпружиненноГо относительно силового штока толкателяс механизмом возвратно-поступательного действия.30Механизм возвратно-поступательного действия выполнен в виде штифта, установленного на толкателе, и замкнутого паза с канавками на впускном штоке, в которых установлены сменные35 регулировочные вкладыши различной длины.При этом между впускным штоком и корпусом установлена связанная шлицевым соединением с корпусом подпру 40 жиненная втулка с окнами, профилированным верхним торцом и продольными пазами в нижней части, а впускной шток снабжен установленными над и под втулкой штифтами для взаимодействия с торцами втулки.На фиг.1 показано устройство в транспортном положении, половинаразреза; на фиг.2 - исходное взаимное расположение нижнего упора впускного 50 штока относительно продольного паза, выполненного на.нижнем профилированном торце плавающего седла, сечение А-А на фиг.1; на.фиг.3 - развертка наружной Поверхности впускного што ка,.представляющая один из вариантов исполнения замкнутого фигурного паза (стрелками показано направление 337 аперемещения пальца по канавкам паза в процессе возвратно-поступательного перемещения колонны труб испытательного инструмента), на фиг.4 - вариант компоновки испытателя пластов в момент предварительной пакеровки и безопасного спуска глубинного дистанционного прибора.Устройство состоит из телескопи-чески связанных между собой надпакерного 1 и подпакерного 2 корпусов, между которыми установлен пакер 3, Корпуса 1 и 2 зафиксированы от взаимного проворота с помощью шлицевой втулки 4, удерживающей на весу подпакерный корпус 2. Внутри корпусов1 и 2 оазмешен выпвижной силовой шток 5, связанный с колонной труби с помощью шпоночного соединения 6с корпусом 1. Шток 5 содержит поршневую головку 7, образующую совместнос корпусом 1 и штоком 5 пневмогидрав. лическое реле времени открытого типа,в котором надпоршневая камера 8 постоянно заполнена воздухом,под давлением близким к атмосферному, а подпоршневая камера 9 связана с наружным пространством с помощью впускного 10 и регулируемого редукционного 11 клапанов. Клапаны 10 и 11 отрегулированы таким образом, чтобы при ходе штока 5 вниз в камере 9 создавалось гидравлическое давление, достаточное для передачи осевой нагрузки, необходимой для деформации пакера 3, а при ходе штока 5 вверх происходило повторное заполнение камеры 9 промывочной жидкостью, содержащейся в скважине. Кро,ме того, в штоке 5 имеется уплотнение 12, которое совместно с каналами 13, 14 и 15 образует. уравнительный клапан байпасного типа, Шток 5 вместе с поршневой головкой 16, выполненной в нижней его части, и корпусом 2 образует узел гидравлического равновешивания, обеспечивающий спуск устройства в растянутомсостоянии, независимо от перепада давления в трубном и затрубном пространствах скважины.В под.;акерном корпусеразмеЩен впускной шток 17, связанный с силовым штоком 5 с помощью механизма воз" вратно-поступательного действия, включающего толкатель 18 со свободно вращающимся в своем гнезде пальцем 19, взаимодействующим с замкнутым фигурным пазом 20, выполненным наЭ 11293 наружной поверхности впускного што-ка 17, Толкатель 18 удерживается в крайнем верхнем относительно штока 5 положении с помощью пружины 21 и зафиксирован от возможного проворо та относительно подпакерного корпуса 2 с помощью пальца 22, взаимодействующего с йродольным пазом 23, выполненным в корпусе толкателем 18.На впускном штоке 17 концентрично установлена подпружиненная втулка 24, зафиксированная от,проворота в корпусе 2 с помощью пальца 25. Для снижения нагрузки, действующей на палец 19 при вращении впускного што ка 17, последний снабжен свободно вращающейся втулкой 26, взаимодейст" вующей с уплотнениями 27 плавающей втулки 24, которое, в свою очередь, загерметизировано относительно кор пуса 2. Втулка 24 удерживается на упоре (в крайнем верхнем положении) с помощью пружины 28 и пальца 29, передающего усилие пружины 30. Впускной клапан образован .радиальными отверстиями фильтра 31,корпуса, впуск- ными окнами 32, выполненными в плавающей втулке 24, и несколькими рядами верхних штуцерных отверстий 33 впускного штока 17. Кроме того, ЗО в штоке 17 выполнен один ряд нижних циркуляционных отверстий 34. Оба тор ца втулки 24 выполнены профилированными: верхний торец снабжен выступом 35, с которым поочередно взаимо- З 5 действуют сменные штифты 36, количество и осевое расстояние между которыми соответствует количеству рядов штуцерных отверстий 33 и расстоянию между этими рядами;. на нижнем тор.це втулки 24 выполнен продольный паз 37 типа шпоночного, который в исходном положении смещен относительно пальца 29 по окружности. Для выполнения заданной программы, 45. вертикальные канавки фигурного паза 20 снабжены сменными вкладышами 38.При составлении компоновки испытательного инструмента перед спуском его в скважину испытатель 39 чео рез приборный переводник 40 соединяется с герметичным хвостовиком 41, внутри которого размещается дистанционный глубинный прибор 42, спускае мый на каротажном кабеле 43 . на глубину исследуемого интерва-. ла, Весь инструмент с помощью план- шайбы 44 подвешивается на посадочный фланец устьевой арматурй. Крюкталевой системы 45 соединяется .сэлеватором 46, установленным на лубрикаторе 47, или с каротажнымблоком 48, с помощью .которого осуществляется спуск дистанционного глубинного прибора 42 в полость труб испытательного инструмента. Лубрикатор 47 содержит стойку 49,Пакер-испытатель работает следующим образом,Для проведения испытаний испытатель 39 вместе с приборным перевод."ником 40 и герметичным хвостовиком41 спускается в скважину на насоснокомпрессррных (НКТ) или бурильныхтрубах. Во время спуска испытательнаходится в транспортном (растянутом)состоянии, при этом надпакерный корпус 1 удерживается в крайнем верхнем положенйи относительно штока 5,за счет гидравлической неуравновешенности гидропневматического релевремени, камера 9 которого находится под давлением, практически равнымгидростатическому давлению промывочной жидкости в скважине. Гидравли-чески уравновешенный подпакерныйкорпус 2 при этом также находитсяв крайнем нижнем положении относительно штока 5 за счет веса хвостовика, В растянутом положении канал 13уравнительного клапана находится воткрытом состоянии, что облегчаетпереток промывочной жидкости из под- .пакерного пространства в надпакерное.Палец 19 в этом положении занимаетпозицию О, т.е. находится в верхнейточке длинной транспортной канавки а фигурного паза 20. При этомвпускной шток 17 находится в среднемположении под действием пружин 30и 2 1, перекрывая окна 32. Таким образом, спуск пакера-испытателя производится в положении растянут-закрыт,что предотвращает заполнение полости труб промывочной жидкостьюПбсле спуска испытателя пластовна требуемую глубину производитсяпробная пакеровка без вызова притока. Для этого на забой передается механическая нагрузка, необходимаядля деформации пакера 3, При этомшток 5 движется вниз, вытесняя промывочную жидкость из гидрокамеры 9через редукционный клапан 11, в результате чего давление в подпоршневой камере 9 повышается до величины,7 1129 обеспечивающей создание осевого усилия, на две-три тонны иревышающего минимальное усилие пакеровки, Одновременно с деформацией пакера 3 в самой начальной фазе движения происходит перекрытие уравнительного канала 13 уплотнением 12. При этом засчет гидропневматического реле шток 5 вначале движется вниз совместно с надпакерным корпусом 1 1 О при неподвижном .подпакерном корпу- се 2, затем после полной деформации уплотнительного элемента пакера 3 и перекрытия кольцевого пространства скважины надпакерный корпус 1 . 15 останавливается, а шток 5 продолжает двигаться вниз, вытесняя промывочную жидкость из гидрокамеры 9 через редукционный клапан 11, отрегулированный на величину перепада 20 давления, обеспечивающую надежную пакеровку. При своем движении шток 5 оставляет перекрытым уравнительный канал 13, обеспечивая полную изоляцию исследуемого интервала сверху. Одно временно со штоком 5 движется вниз палец 19, которыйвстречая на своем пути скос б, проворачивает ., на некоторый угол шток 17 и переходит в нижнюю продольную канавку в. В кон- ЗО це хода штока 5 вниз палец 19 занимает положение, близкое к позиции 1 благодаря тому, что осевое расстояние между точками О и 1 фигурного паза больше или равно максимальному ходу штока 5 относительно подпакерного корпуса 2,это исключает возможность осевого перемещения штока 17 вниз совместно с пальцем 19.Таким образом, испытатель при пробной пакеровке находится в положении сжат-закрыт. В этом положении осуществляются.подгонка и герметизация устья скважины, подгонка выкидных и нагнетательных магистралей тРуб ного и затрубного пространства скважины. Затем инструмент подвешивается на посадочный фланец устьевой арматуры с помощью планшайбы 44, .после чего крюк 45 талевой системы отсоеди., няется от элеватора 46, к нему подвешивается каротажный блок 48 и производится спуск дистанционного глубинного прибора 42 (например, комплексного прибора, включающего манометр, термометр, шумомер, вискозиметр) в полость труб испытательного инструмента до глубины исследуемого интервала. 337 8После проверки работы аппаратуры и каротажной станции блок 48 перемещается. на стойку лубрикатора 47 и испытательный инструмент снова подвешивается на крюке 45 с помощью элеватора 46 ипроизводится герметизация кабеля 43 посредством уплотнительных элементов лубрикатора 47.После подготовки к испытанию плас. та производится вызов притока, для . чего при помощи талевой системы путем дозированной натяжки инструмента на надпакерный корпус 1 передается страгивающая нагрузка. При движении штока 5 вверх происходит повторное заполнение гидрокамеры 9 промывочной жидкостью через впускной клапан 10, в результате чего на пакере 3 сохраняется осевая сжимающая нагрузка, достаточная для Ф обеспечения надежной пакеровки. При ходе штока 5 вверх палец 19 благодаря скосу г, переходит в очередную вертикальную канавку и, упираясь в ее торец, останавливается в промежуточном положении д, после чего дальнейшее движение штока 5 приводит к сжатию компенсаторной пружины 21 в пределах хода, необходимого для упора штока 5 в надпакерный корпус Сжатие пружины 21 не вызывает смещения штока 17 вверх, из-за упора пальца 29 в торец втулки 24. Таким образом, при нахождении пальца 19 в позиции д пакер-испытатель занимает промежуточное положение растянут- закрыт.Следующей управляющей команпой является осевое перемещение НКТ вниз. Палец 19, провернув. шток 17, перехо дит в очередную вертикальную канавку, укороченную с помощью сменного вкладыша 38, При своем движении вниз палец 19, дойдя до упора в торец вкладыша 38, сжимает пружину 30 и принудительно сдвигает шток 17 вниз до совмещения нижнего ряда штуцерных отверстий 33 с окном 32. В том случае, если к этому моменту небудет полностью выбран весь осевой ход штока 5 относительно корпуса 2 1 о дальнейшее движение штока 17 вниз происходит совместно с втулкой 24 с одновременным сжатием пружины 28 за счет упора нижнего штифта 36 в выступ 35 верхнего профилированного торца втулки 24. Таким образом.,обеспечивается требуемое взаимное поло1129337 10 9жение штока 17 втулки 24 и, следовательно, точность регулировки штуцерного устройства и величины депрессии,передаваемой на пласт,5 В таком положении (позиция 11 сжат-частично открыт) инструмент ос тается на время, необходимое для записи первой кривой притока, которая фиксируется как регистрирующими манометрами, установленными с помощью переводника 40 в кольцевом подпакерном пространстве скважины, так и дистанционным глубинным прибором 42. Как правило, длительность записи начальной кривой притока выбирается в пределах нескольких минут, после чего производится запись первой кривой восстановления давления (КВД). Для этого при помощи возвратно-поступательного перемещения колонны НКТ палец 19 через промежуточное положение е (растянут-закрыт) переходит в следующую вертикальную канавку (позиция 11), не содержащую сменного вкладыша, в результате чего пакер-испытатель занимает положение сжат-закрыт, что позволяет перекрыть приток Флюида в скважину и записать. начальную КВД с помощьюЗО внешних манометров, установленных в нереводнике 40. При этом время записи КВД может быть использовано как дня изучения состава Флюида, поступившего в скважину, с помощью дис 35 танционного вискозиметра, так и для выделения работающих мощно-". стей посредством высокочувствительного термометра, входящего в дистанционный комплексный прибор 42. По окончании записи первой КВД исследования в зависимости от выбранной методики могут быть повторены 45 при измененных режимах работы, В дан- ном случае структура цикла, запрограммированная с помощью сменных вклады шей 38 и переставляемых штифтов 36, позволяет провести еще два открытых (позиции 1 У и У 1) и два закрытых (позиции У и У 1) периода испытания при работе на все возрастающей суммарной площади сечений отверстий 33 штугцера. При этом второй открытый период испытания (позиция 1 У) производится при совмещении двух рядов штуцерных отверстий 33 с впускными окнами 32.,4 Третий открытый период испытания (по зиция У 1) сопровождается записью кривой притока при максимальном проходном сечении отверстии впускного клапана, В связи с тем, что суммарная площадь тРех рядов штуцерных отверстий 33 равна суммарной площади сечениявпускных окон 32, а также площадисечения осевого каналавыполненного в штоках 5 и 17, последний открытый период испытания фактически несопровождается потерями давления навходе в пакер-испытатель, что позволяет производить интерпретацию третьей кривой притока по показаниямтолько одного дистанционного манометра. В том случае, если испытывается обсаженная скважина, перешедшая на фонтанный режим работы, в этой же позиции У 1 (пакер-испытатель сжат- максимально открыт) целесообразно про вести полные гидродинамические исследования на установившихся режимах, изменяемых с помощью штуцеров на устье, после чего, если позволяет запас хода регистрирующих манометров в переводнике 40, можно записать третью КВД путем перестановки пальца 19 в.позицию УП фигурного паза. В противном случае заключительная КВД записывается в У 1 позиции с помощью дистанционного манометра при перекрытии притока на устье скважины. Следующий за позицией У 11 участок фигурного паза имеет специальную форму, предназначенную для придания испытателю принципиально новых Функ-ций циркуляционного клапанаКак бы,ло указано выше, для обеспечения циркуляции в скважине необходимо сохранить впускной клапан испытателя в открытом положении при полностью растянутом и, следовательно, распакерованном инструменте, Для этого палец 19, находящийся в позиции У 11, натяжкой труб до срыва пакера 3 переводится в позиции У 111,При взаимодействии пальца 19со скосом е палец 29 дополнительнопроворачивается и совмещается с про-.дольным пазом 37. В результатешток 17, освобожденный от нижнегоупора цод действием пружин 30 и 21, . смещается вверх относительно втулки 24 до совмещения нижних циркуляционных отверстий 34 с впускными окнами 32 впускного клапана. Это 5 соответствует положению испытателя растянут-открыт, при котором можно либо. провести йромывку забоя перед подъемом инструмента наповерхность, чтобы осуществить подъем без сифона, либо выполнить комплекс работ по интенсификации,притока. В последнем случае вначале в трубы закачивается рабочая жщцкость, которая доводится до забоя и выводится из эатрубья, 15 а затем производится посадка инструмента. При этом палец 19 движется вниз и, дойдя до скоса ж, проворачивает палец 29, находящийся внутри продольного паза 37, до упора 20 в его боковую стенку. В результате этого палец 19 фиксируется в положении 1 Х, что обеспечивает принудительное движение штока 17 вниз до выхода пальца 29 из продольного па за 37, после чего происходит дополнительный проворот штока 17, приводящий к выходу пальца 29 на плоский торец втулки 24. В конце хода штока 5 вниз палец 19 устанавливается в по- зо зиции Х, что соответствует положению скат-закрыт.Для закачки кислоты в пласт под, давлением, превышающим прочность обсадной колонны, испытатель переводится с помощью возвратно-поступательного перемещения НКТ из позиции Х в позицию Х 1, в которой инструмент сжат и эапакерован, а впускной клапан открыт, В этом же положении про О изводится очистка пласта от продуктов реакции кислоты,а затем повторяются исследования на приток. При необходимости испытатель мо жет неограниченное количество раэ быть переведен в любую из предшествующих позиций путем выполнения расчетного числа возвратно-поступа- тельных перемещений колонны НКТ. 5 бВ случае возникновения аварийной ситуации, требующей немедленного прекращения доступа флюидав трубное и кольцевое пространство скважины необходимо, с помощью возвратно- поступательного перемещения НКТ перевести устройство в ближайшее по ходу цикла положение сжат-закрыт (как и при записи КВД) В таком же положении целесообразно производить подъем дистанционного прибора на поверхность,так как в этом случае нет необходимости герметизировать подвижной кабель с помощью уплотнительных элементов лубрикатора.Если испытатель спускается в скважину совместно с управляемым якор-, ным устройством, то он может быть использован в качестве заливочного клапана, Для этого спуск производится в положении растянут-открыт (позиция У 111), что обеспечивает заполнение колонны НКТ промывочной жидкостью. Когда уровень жидкости в НКТ будет достаточным для ограничения депрессии на пласт, в действие вводится Морное устройство, которое обеспечивает временную опору инструмента на стенку скважины, после чего производится посадка и натяжка НКТ для перевода испытателя в положение натянут-закрыт и возврата при этом якоря в транспортное положение, Затем продолжается спуск инструмента без доступа промывочной жидкости в трубы.Применение испытателя пластов с расширенными функциональными воэможностями позволяет исключить изсостава комплекта испытательногооборудования ряд устройств и, такимобразом, получить прямой экономнческий эффект за счет сокращения трудоемкости, металлоемкости и стоимостиизготовления оборудования. Кроме того, использование предлагаемого устройства при испытании скважиндает возможность значительно сократить затраты времени на испытаниповысить геологическую информативность исследования скважин за счет совмещения многоцикловых испытаний с дистанционными промыслово-геофизическими исследованиями, а также за счет свойства данного испытателя производить повторные. испытания налюбом из предыдущих режимов. Испытатель позволяет осуществлять дистанци онную регистрацию всего цикла иссле"дования, включая и его начальную фазупоскольку приборы могут быть безопас. - но спущены в скважину еще до вызова притока.