Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 И 9) 21 В 4908 РЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Небитдагская нефтегазоразведоная экспедиция Управления геологииТССР(56) Авторское свидетельство СССРИф 1008434, кл. Е 21 В 49/08, 1981,Авторское свидетельство СССРФ 12047 11, кл, Е 2 1 В 49/08, 1983,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРОБОВАНИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ В СКВАЖИНАХ(57) Изобретение относится к эксплуатации гидрогеологических скважин,Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности. Устройствосодержит спускаемый на колонне трубфильтр 30, выше которого расположенпакетирующий узел в виде пакераиз эластичной оболочки, перепускнуювтулку с окнами в нижней части ивпускным клапаном, Он сообщает затрубное пространство с полостьюколонны труб, Снаружи фильтра 30 расположена защитная труба 35, соединенная с корпусом 37 фиксатора с окнами 38 и фиксирующим элементом ввиде шарнирно прикрепленных к трубе35 рычагов 40 с рифленой поверхностью для зацепления породы. Устрво снабжено поршнем 45 с верхнейконусной поверхностью 47 и центральным каналом с шаровым клапаном, тросами 49 и стержнями 43, связывающими рычаги с торцовыми поверхностямипоршня 45. На трубе 35 закрепленленточный центратор, установленныйна приводных валиках с шипами, взаимодействующими со стенками скважины,Поверхность валиков, взаимодействую 136 1320щая с центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы.Поршень 45 установлен под фильтром30 внутри корпуса 37 и перемещаетсяв осевом направлении относительно него и сообщает надпоршневоепространство с полостью колонны труби скважиной, в крайнем нижнем положении поршня 45При фиксации устрва движение поршня 45 передается настержень 43 и далее на рычаги 40,которые вдавливаются в породу ствола, фиксируя устр-во, При ходе поршня 45 закрепленные на его верхнемторце и на поверхности рычага 40тросы 49 обеспечивают взаимодействиепоршня 45 и рычага 40 при установкеи снятии Фиксатора. 1 з.п, ф-лы,12 ил.Изобретение относится к опробова нию и исследованию водоносных горизонтов в скважинах и может быть ис- пользовано приэксплуатации гидрогеологических скважин,Цель изобретения - повышениеэксплуатационной надежности,На фиг, 1 показано предлагаемоеустройство, рабочее положение, продольный разрез, на фиг, 2 - невозвратный клапан в момент,стравливаниядавления, на фиг, 3 и 4 - схема. крепления пластинчатых пружин клапана,на фиг, 5 - фильтр. с наружной защитной трубой с центрирующим элементом,транспортное положение, на фиг, 6то же, рабочее положение, на Фиг, 7, -фиксатор, рабочее положение, наФиг, 8 - то же, транспортное положение, на Фиг. 9 - поршень Фиксатора, на Фиг, 10 - центрирующий элемент, укрепленный на защитной трубе,на Фиг, 11 - сечение А-А на фиг, 10;на фиг. 12 - съемный валик с отдельными элементами,Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважине состоитиз спускаемого на колонне насоснокомпрессорных труб (НКТ) 1 пакерующего узла 2 (фиг. 1) с перепускной втулкой 3, соединенной непосредственно с НКТ 1, перепускная втулка 23 ввернута в корпус пакерующего узла 2 посредством резьбы 4 и имеетв нижней части окно 5, а нижнее продолжение 6 перепускной втулки 3 установлено с зазором 7 между корпусом. Для заполнения колонны труб 1в верхней части втулки 3 установленвпускной клапан 8, который монтируется в утолщенную часть втулки, По лусферический впускной клапан 8закрывает полусферическое гнездо 9нижнего впускного отверстия, сообщающего эатрубное пространство сполостью колонны труб, Впускной кла Г пан 8 присоединен к направляющемустержню 10, имеющему верхнюю выточку. Промывочная жидкость в полостьтруб 1 поступает через канал 11,Внутренние диаметры НКТ и пере пускной втулки 3 обеспечивают опускание в 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 12, которая на верхнем и нижнем Фланцах 13 корпуса зажата посредством шайбы 14 и гаек 15с шариками 16, расположенными в углублениях гаек 15.Для предохранения эластичной оболочки 12 от истирания о неровностиствола скважины 17 в ходе транспор 136 1320тировки устройства в зону опробования и подъема его после завершения работ имеется предохранительный кожух 18 из эластичного, например полимерного 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 пакерующего узла 2 в конусное отверстие 21 посажен клапан (фиг, 1-4), состоящий из конусного запора 22, закругленный конец которого выступает в полость канала пакерующего узла 2 и взаимодействует с окнами 5 и поверхностью нижней части 6 перепускной втулки 3. Запор 22 имеет канал 23, сообщающийся с перепускной втулкой 3, и выходы 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 пластинчатье пружины 27, концы которь 1 х 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 верхнем конце имеет утолщение 31 с удлиненной резьбой 32 на наружной поверхности. Верхним внутренним концом фильтр 30 соединен с удлинительной трубой 33, а последняя на левой резьбе 34 присоединена внутренним левым резьбовым соединением к каналу 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 закрепленных рычагов (лап 40) с элементами 41 и 42 с рифленой поверхностью для зацеп ления с породой. Для чадежного зацеп ления со стенками скважины высота штырей (зубьев) элемента 4 1 возрастает снизу вверх, Элемент 42, изготовленный, например, из синтетических упругих материалов, может быть55 Ленточный центратор (фиг. 10-12), укрепленный на защитной трубе 35, представляет собой бесконечную упругую вращающуюся ленту 61, натянутую на эксцентричный 62, бочкообразный 63 или цилиндрический 64 вращающийся съемный приводной валик с шипами, закрепленный на кронштейнах 65 болта 66. В конце валиков навинчены 10 15 20 25 30 35 40 45 50 использован для закрепления устройства в обсадной колонне или в породах, Лапы 40 приводятся в действиестержнями 43, закрепленными посредством колец с осями 44 нижним концомк внутренней поверхности лапы 40,а верхним концом к нижнему торцупоршня 45 с уплотнительными поясами46. Верхний торец поршня выполненпо конусной поверхности 47, в которую ввернуты рым-болты 48, к последнии прикреплены концы тросов 49.Тросы своими концами выведены на корпус 37 через отверстия 50 с горизонтально установленными валиками с канавками под тросы на середине, Герметичность отверстия 50 обеспечивается закрытием его самоуплотняющимсярезиновым сальником 51, например, путем приклеивания, Наружный конецтроса 49 прикреплен к кольцам 52,укрепленным на наружной поверхностилап 40, Длина тросов 49 обеспечивается взаимодействие поршня 45 и лапы40 для фиксирования устройства вскважине и его освобождения, Поршень45 имеет центральный канал 53, нижняя часть 54 которого закрываетсявтулкой 55 с наружной резьбой и верхним полусферическим углублением 56под размер полого внутри шаровогоклапана 57, изготовленного, например, из легких сплавов алюминия илиполимерных материалов с плотностьюменьше плотности воды, Поршень 45размещен в гильзе 58 под фильтром30 внутри корпуса 37 фиксатора свозможностью осевого перемещения относительно последнего и сообщениянадпоршневого пространства с полостью колонны труб и скважиной вкрайнем нижнем положении поршня.Гильза 58 имеет внутреннюю выточку59, которая взаимодействует с конусной поверхностью 47 поршня, Для обеспечения свободного хода и предупреждения истирания троса при работев верхнем конце гильзы имеется внутренняя выточка 60.13206ление 70 на наружной поверхности нижней части 6 втулки 3, чтопредупреждает раздутие пакера до момента установки фиксатора (фиг. 7) промывки скважины и последующих операций 10 20 25 л 0 35 40 45 50 55 5 136накидные гайки 67 со штырями 68 навнешней поверхности, обеспечивающими вращение валиков 62-64 за счетсцепления со стенками скважины впроцессе спуска или подъема устройства, Надежность вращения упругихлент 6 1 в скважинной среде обеспечивается рифлением 69 поверхности валиков, В нижней части 6 втулки 3 выполнены углубления 70 для взаимодействия с острием конусного запора 22,Для улучшения притока воды иэ пластав компоновку включают скребок 71,Устройство работает следующим образом,В законченной бурением гидрогеологической скважине производят полный комплекс электрометрических картонажных работ. Уточняют глубинызалегания.и мощности водоносных горизонтов, точно определяют фактический диаметр скважины и слагающиена кровле и подошве породы продуктивного горизонта, Обобщая полученныеданные,определяют размеры эластичной оболочки 12, которая используется в устройстве для данной скважиныДля опробования и исследования скважины определяют также ожидаемоепластовое давление, в соответствиис которым подбираются (с учетом запаса прочности) параметры пакераи регулируется рабочее давление невозвратного клапана, которое должно быть равно или превышать (на 0,0 10,03 ИПа) рабочее давление при буре.нии скважины, Примерные пластовыедавления разведуемого региона обычнозаранее известны,Устройство собирают на буровойи спускают на колонне НКТ 1 в интервал водоносного горизонта,В процессе спуска устройства промывочная жидкость своим давлением вотверстие 9 (фиг, 1) поднимает изгнезда полусферический канал 8 и далее через отверстие поступает в трубы 1. При промывке клапан 8 садитсяв гнездо отверстия 9 под действиемсоздаваемого сверху давления заканчиваемой в трубы 1 жидкости,1Шайбы 14 с шариками предотвращает смятие оболочки 12 при сборке,а кожух 18 предохраняет эту оболочкуот истирания в ходе спуска устройства, Конусный запор 22 невозвратногоклапана устанавливается в открытомположении, его конец входит в углубПри достижении устройством интервала опробования приводится в действие фиксатор, который фиксирует положение устройства и дает возможность промывки скважины и проведение других операций, Фиксирование устройства производится созданием давленияжидкости в трубе 1, воздействуя на поршень 45, жидкость перемещает его,в гильзе 58, Движение поршня передается на стержни 43 и далее на лапы 40, при этом штыри 41 вдавливаютсяв породу ствола фиксируя устройство,При ходе поршня 45 закрепленные наего верхнем торце и на поверхностилапы 40 тросы 49 обеспечивают взаимодействие поршня и лапы при установке и снятии фиксатора, Тросы 49синхронизируют работу поршня 45 илап 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 этом 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 пространство, сообщающееся с нижними и верхними полостями.После установки фиксатора проверяется зацепление его лап путем свободной подвески всей компоновки устройства. В случае движения компоновки вниз операция повторяетсяКанал 53 поршня 45 с шаровым впускным клапаном и полусферическим углублением 56 с шаром 57 является дополнительным узлом для заполнения полости7 136труб 1 при спуске компоновки, а егодействие аналогично действию впускного клапана, вмонтированного вовтулке 3,После установки фиксатора, промывки скважины (смены промывочной жидкости на воду) производится отворотлевого резьбового соединения 36защитной трубы 35 и плавно поднимается компоновка (длина хода известна, длина фильтра плюс длина удлинительной трубы 33), и вращениемвправо резьба 36 соединяется с удлиненной резьбой 32, выполненной на наружной утолщенной части 31 фильтра30, Таким образом, поверхность фильтра открывается, а верхний его конец31 герметизируется, При отворотерезьбы 36 одновременно отворачивается левая резьба 34 трубы 33 и послесоединения резьб 32 и Зб располагается в трубе 35 с открытым верхнимконцом (фиг. 6), В случае прихвата(запескования фильтра 30) вращениемвправо всей компоновки могут бытьпроизведены отворот и подъем на поверхность верхней части устройства(трубы 35, пакерующего узла 2, трубы 1 на резьбовом соединении 32и 36),После фиксирования устройстваи смены промывочной жидкости на воду вращением вправо невозвратныйклапан приводится в,гбочее положение для чего конец коиусного запора22 в ходе вращения. снимается с углубления 70 и вводится в окно 5, Призакачке в трубы 1 воды давлениемоткрывается запор 22, пропуская жидкость в полость оболочки 12, последняя надувается и герметизирует затрубное пространство над водоноснымгоризонтом. Герметичность и работаоболочки 12 проверяются измерениемуровня 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 бочкообразньгх 63 или эксцентричных 62 валиках, которые установлены горизонтально на кронштейнах 65 с воэможностью регулировки натяжения или смены ленты, Бочкообразные валики 63 уменьшают площадь контакта ленты со скважиной, принимающей дугообразную фор 1320 8 му. Использование эксцентричного валика 62. создает переменное изменение натяжения ленты, что уменьшает период контакта ленты со стенками скважины.В процессе спуска и подьема компоновки лента 61 постоянно вращается благодаря контактам штырей 69 с породой. Центрирующие элементы устанавливаются не менее трех на каждой трубе через равные промежутки, что позволяет исключить контакт со 510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стенками скважины, тем самым предупреждается прихват труб, В зависимости от геолого-технических условий,вероятности прихватов, азимутального отклонения ствола, а также времени нахождения колонны труб (компоновки устройства) без движения - срокаопробования ленты 61 выполняютсясплошными по всей длине трубы илипрерывистыми, Имея небольшую площадьконтакта, упругая лента имеет минимальную силу сцепления с коркой ствола, и при натяжении компоновки устройства вверх создается колебаниеленты, что способствует освобождениюот сцепления (прихвата) и восстановлению вращательного движения. Принудительное вращение лент способствует также прохождению колонны труб всуженных интервалах ствола,В случае необходимости очисткиинтервала водоносного горизонта отглинистой корки для улучшения притока воды из пласта в компоновку включают скребок 71 (фиг, 7), Медленным вращением (до 20 об/мин) и одновременным опусканием устройства соскоростью 1,0-1,5 м/мин очищают поверхность пласта от продуктов коль"матации,В случаях, когда по скважиннымусловиям возможны прихваты НКТ, вкомпоновку устройства дополнительно.включают трубу для расхаживания НКТс центрирующим элементом.1Устье скважины при использованиипредлагаемого устройства оборудуется по принятой в регионе схеме, Опробование и исследование гидрогеоло-гической скважины производятся попринятой технологии и последовательностиПосле завершения опробования производится замена воды в скважинена промывочную жидкость с параметрами, предусмотренными техническим9 136 проектом объекта, Затем натяжением компоновки устройство переводят в исходное положение, поднимают устрой. ство 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 в колонну. Далее подъем произво-, дится в обычном порядке.После подъема устройство очищается, в случае необходимости разбирается на отдельные узлы, проверяется отдельно и в целом на работоспособность. Нри консервации детали устройства смазываются графитной смазко., Транспортировка устройства производится с разборкой на отдельные секции, например фиксатор, фильтр с защитной трубой и пакерное устройство. 1320 10труб Фильтр, вьпзе которого расположе-,,ны пакерующий узел с эластичной оболочкой и клапан, сообщающий полость5пакера с полостью колонны труб, пе. репускную втулку с окнами в нижнейчасти и впускным клапаном, сообщающим затрубное пространство с полостью колонны труб, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности,оно снабжено расположенной снаружифильтра защитной трубой и корпусомфиксатора с окнами и фиксирующимэлементом в виде шарнирно закрепленных на защитной трубе рычагов с рифленой поверхностью, поршнем с верхней конусной поверхностью и централь, ным каналом с шаровым клапаном, тро 2 О сами и стержнями, связывающими рычаги Фиксирующего элемента с торцовыми поверхностями поршня, и закрепленным на защитной трубе фильтраленточным центратором, установленным26 на приводных валиках с шипами, взаимодействующих со стенками скважины,причем поршень установлен под фильтром внутри корпуса фиксатора с возможностью осевого перемещения отно-.6 сительно него и сообщения надпоршневого пространства с полостью колонны труб и скважиной в крайнем нижнемположении поршня, Формула изобретения 1. Устройство для опробованияводоносных горизонтов в скважинах,содержащее спускаемый на колонне 2, Устройство по п. 1, о т л и-ч а ю щ е е с я тем, что поверхность валиков, взаимодействующая сленточным центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы.