Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРОВрВАНИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ В СКВАЖИНАХ , включающее спускаекый по колонне труб фильтр с за глушенным нижним концом соединенный с фильтром пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом : корпусе, узел передачи вращения от колонны труб на пакерукиций узел, выполненный в виде шлицевого разъема, размйценного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб,расположенный над узлом передачи вращения , и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления фильтра на забое скважины, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства , фильтр и корпус пакерующего узла соединены между собой левым переходником , a выпускной канал эластичной оболочкой выведен в среднюю ё часть резьбы переходника, при этом элемент для закрепления фильтра (Л на забое скважины выполнен в виде штырей с заостренными концами, укс репленными в осевом направлении.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . (1% (И)

3(Ю Н 21 В 49/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ,. 7ф»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3327136/22-03 (22) 07 ° 08 81 (46) 30.03 83. Бюл. Р 12 (72) A.E.Åäèåâ и A.Î.Xàëëûåâ (71 ) Небитдагская комплексная геологоразведочная экспедиция Управления геологии Туркменской ССР (53) 622.243.68(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 258200 кл. Е 21 В 49/08, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 237076, кл. Е 21 В 49/08, 1961 ° (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРОБОВАНИЯ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ В СКВАЖИНАХ, включающее.спускаемый по колонне труб фильтр с заглушенным нижним концом, соединенный с фильтром пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с:. впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом корпусе, узел передачи вращения от колонны труб на пакерующий узел, выполненный в виде шлицевого разъема, размещенного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб,расположенный над узлом передачи вра" щения, и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления фильтра на забое скважины, о т л ич а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, фильтр и корпус пакерующего:узла соединены между собой левым переходником, а выпускной канал эластичной оболочкой выведен в среднюю часть резьбы переходника, при этом Е элемент для закрепления фильтра на забое скважины выполнен.в виде штырей с заостренными концами, ук- ° репленными в осевом направлении.

1008434

З5Ф

Изобретение относится к опробованию буровых скважин, а более конкретно к опробованию и исследованию водоносных горизонтов в скважинах.

Известно устройство для опробования водоносных горизонтов, включающее обсадную трубу, пакеры и фильтры ti 2.

Недостатком данного устройства является то, что во время опробования может произойти прихват пакеров, в результате чего невозможно будет извлечь устройство иэ скважины и тем саьым снижается надежность опробования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство, позволяющее совместить бурение и эксплуатацию водозаборных скважин одним инструментом, которое включает спускаемый на колонне труб фильтр с заглушенным нижним концом, соединенный с фильтром.пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом корпусе,узел передачи вращения от колонны на пакерующий узел, выполненный в виде шлицевого разъема, размещенного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб, расположенный над узлом передачи вращения, и закрепленный на нижнем конце фильтра элемент для закрепления .фильтра на забое скважины в виде долота. Фильтр помещен между коаксиальными подвижными трубами, причем внутренняя труба служит промывочным каналом и жестко связана с нижней телескопической трубой,а верхняя телеско- 40 пическая труба связана при помощи icy" лачков .с защитным кожухом пакера 1.21.

Поскольку бурение скважин является сложным и длительным процессов, в процессе которого вся компановка 45 бурильной колонны подвержена длительным и знакопеременным нагрузкам, совмещение бурового и эксплуатационного инструментов с системой кулачковых соединений для скважин сравнительно большой глубины (более 100 м) опасно в аварийном отношении..Применяемые буровые установки ограничивают допустимые диаметры и глубины бурения скважин, а также размеры применяемого комплекса бурового инструмента, что не позволяет увеличить размеры кулачко,вых соединений, а следовательно, повысить их надежность. В известном устройстве также не предусмотрена возможность его извлечения например, 60 для ремонта в процессе эксплуатации.

Иэ-за пескования, осадения частиц породы и длительности нахождения без движения неизбежны прихваты, все это снижает надежность опробования. 1 65

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для опробования водоносных горизонтов в скважинах, включающем спускаемый на колонне труб фильтр с заглушенным нижним концом, соединенный с фильтром пакерующий узел, выполненный в виде кольцевой эластичной оболочки с впускным и выпускным каналами, закрепленной на полом цилиндрическом корпусе, узел передачи вращения от колонны труб на пакерующий узел, выполненный в виде шлицевога разъема, размещенного выше пакерующего узла, узел расхаживания колонны труб, расположенный над узлом передачи вращения, и закрепленкый на нижнем конце фильтра элемент для закрепления. фильтра на забое скважины, фильтр и корпус пакерующего узла .соединены между собой левым переходником, а выпускной канал эластичной оболочки выведен в среднюю часть резьбы переходника, при этом элемент для закрепления фильтра на забое скважины выполнен в виде штырей с заостренными концами, укрепленными в осевом направлении, На фиг ° 1 показано устройство для опробования и исследования водоносных горизонтов в скважинах, продольный осевой разрез, нижняя часть; на фиг. 2 — то же, верхняя часть.

Устройство для опробования водоносных горизонтов представляет собой опускаемый на колонне насоснокомпрессорных труб фильтр 1 с заглушенным нижним концом, с которым посредством переводника 2 соединен узел пакерующего элемента 3. Устройство показано в своем рабочем положении при нахождении в скважине 4, фильтр находится в зоне водоносного пласта 5. Узел пакерующего элемента 3, в свою очередь, соединен с трубой б, служащей для расхождения в ней колонны, либо непосредственно о концом колонны насоснокомпрессорных труб 7 (фиг. 2).

На внутренней стенке у верхнего конца сквозного осевого канала узла пакерующего элемента 3 укреплены симметрично в радиальных направлениях пластины-ключи 8, которым соответствуют ответные пластины-ключи 9, укрепленные также симметрично и радиально снаружи на конце колонны насосно-компрессорных труб 7. Пластины-ключи Я,и 9 служат упорами для отвинчивания узла пакерующего элемента 3 в скважине вращением колонны вправо. Реэьбовое соединение узла пакерующего элемента с переводником

2 выполнено посредством резьбы с левым шагом закрутки. На нкжнем кон1008434

45 це фильтра 1 укреплены в осевом направлении штыри 10 с заостренными концами, служащие для создания упора устройства в забой, что.необходимо при отворачивании. При ожидании низких пластовых давлений осевой канал устройства перекрыт диафрагмой 11, зажатой между переводникам 2 и узлом пакерующего элемента 3.

Внутренний диаметр колонны 7 насосно-компрессорных труб обеспечивает 10 опускание в нее трубы меньшего диаметра, которая используется при испытаниях, например для насоснокомпрессорных труб Диаметром 73 мм может использоваться вставная труба )5 ,диаметром 33 мм или 42 мм (ГОСТ 633-75).

Узел пакерующего элемента. 3 пред-. ставляет собой надувной пакер. На верхнем и нижнем его фланцах 12 70 посредством кольцевых гаек 13 зажата эластичная оболочка 14 пакера.

На боковой, стенке осевого канала укреплен узел невозвратного клапана, состоящий из яиппеля 15, навернутой на него крышки 16 с осевым каналом и шарика 17, поджатого пружиной 18, помещенного в отверстии, выходящем на осевой канал. Для стравливания давления в корпусе узла выполнен канал 19, который соединяет полость, ограниченную эластичной оболочкой 14 и среднюю часть резьбовой поверхности переводника 2.

Невозвратный клапан (его пружина 18) регулируется на рабочее давление 510 кгс/см, но не более ожидаемого пластового давления.

Если стенки скважины сложены неустойчивыми породами и во время работ по опробованию возможен прихват 40 насосно- компрессорных труб, устройство дополняется трубой б для расхаживания и вращения колонны. Труба б .встроена в подвеску между узлом па. керующего элемента 3 и колонной насосно-компрессорных труб. На своем верхнем конце она несет крышку 20, в центральное отверстие которой ввернута кронбукса 21, поджимающая сальник 22. Через сальник проходит нижний конец колонны 7. На внутренней поверхности крышки 20 симметрично и радиально укреплены пластины-ключи

23, аналогичные пластинкам-ключам 8.

Крышка 20 соединена с трубой б посредством резьбы с левым шагом. Для обеспечения очистки стенки водоносного пласта от глинистой корки устройство может быть снабжено проволочным скребком 24, который крепится к стальной пластине 25, эаглу- 60 шающей снизу фильтр 1, например, посредством болта 26 с гайкой и поджимной пластины 27., - Устье скважины (фиг.2) герметиэируется по обычной схеме головкой 28,- 65 имеющей ниппельную резьбу и навернутой на ответную муфтовую резьбу технической колонны 29 или кондуктора. Головка имеет отвод с задвижкой 30 и отвод для манометра 31 от затрубного пространства. Выход колонны насосно-компрессорных труб 7 выполняется через центральную горловину головки с кронбуксой 32, поджимающей сальник 33. На верхний конец насосно-компрессорных труб наворачивается патрубок с боковым отводом для отведения в сторону воды иэ скважины — для :ведения исследовательских работ или излива.

Но результатам изготовления опытного образца устройства и его испытания можно рекомендовать следующие выполнения его отдельных деталей и узлов.

Фильтр 1 изготовляется согласно требований технического проекта и имеет длину равную мощности водоносI ( ного пласта 5 плюс 1 м. На верхнем конце фильтр имеет ниппель с резьбой обсадных колонн геологоразведочного сортамента (по ГОСТУ,6238), Скребок

24 изготовляется из стальной йроволоки, из прядей стальных канатов, длина проволок по диаметру скважины плюс 5 мм на стороны. Штыри 10— стальные, два симметрично приварены к пластине 25. Они служат для закрепления на забое фильтровой трубы при отвороте узла пакерующего элемента

3 от переводника 2 после .завершения опробования скважины. Переводник 2 изготовляется иэ труб нефтяного сортамента. Диафрагма 11 — латунная, толщиной 0,5-0 7 мм.

Пакер 3 имеет на нижнем конце муфту с левой замковой резьбой, ответ- ной на ниппель левой замковой резьбы переводника 2, .а снаружи — резьбу, продолжающуюся вплоть до фланца 12 °

Резьба на верхнем конце пакера аналогична.Эластичная оболочка 14 пакера, например, из резины. Пакет также изготовляется иэ труб, нефтяного сортамента. Рекомендуемые размеры невозвратного клапана: наружный диаметр корпуса 40 мм, внутренний 20 мм, диаметр гнезда под шарик 15 мм, диаметр отверстия в осевой канал 10 мм, диаметр отверстия в крышке 24-10 мм, диаметр пружины 16 мм. Резиновая надувная оболочка 14 имеет цилиндрическую форму и наружный диаметр, больший на 60-.70 мм реального диаметра скважины (с учетом увеличения диаметра за счет каверн)у высота †..в соответстви.; с длиной пакера, но не менее 200 мм. В условиях экспедиций оболочка может быть изготовлена в вулканизаторских цехах мастерских с учетом требуемых размеров. ОбЬлоч.ка 14 Ь двух сторон по всей окружности кромки зажимается между флан1008434 цами 12 и кольцевыми гайками 13 и тем самым герметиэируется.

Фланцы пакера и кольцевые гайки 13 имеют наружный диаметр, обеспечивающий достаточный зазор со стен ками скважины,а на своих торцах— уплотнительные пояски. Канал 19 стравливания давления просверлен от верхней стороны нижнеГо фланца 12 и выходит примерно на середину замковой резьбы муфты нижнего конца пакера. 10

При повороте муфты пакера на ниппель, переводника 2 обеспечивается герметизация, а при отвороте левого . резьбового соединения отверстие канала 19 открывается. Диаметр кана- )5 ла не менее 7 мм.

Пластина-ключи 8 и 9 могут иметь размеры 5х10хб0 мм; в количестве трех, они симметрично привариваются на.одном уровне своими ребрами 20 к соответствующей внутренней или наружной поверхности. Как запасной вариант для извлечения насосно компрессорных труб в случае прихвата или заклинивания подвески используют-25 ся пластины-ключи 23 с размерами

16х10х60 мм и ответные им на конце колонны с размерами 11х10хб0 мм на расстоянии 60 мм от пластин-ключей 9. Все пластины-ключи на поверхности насосно-компрессорных труб привариваются соосно на одной линии.

Внутренний диаметр трубы 6 для расхаживания и вращения колонны обеспечивает свободное прохождение колонны с приваренными к ней пластинами ключами 9 и 23. Длина трубы 6 не

1 менее 4 м и не более длины хода талевой системы буровой установки или агрегата для опробования скважины.

Самоуплотняющийся .сальник 22, изоли- 40 рующий трубу б от затрубного пространства, типа сальников штоков буровых насосов У8-бМ. Общая высота сальника должна быть не менее 50 мм и при ожидании значительных давлений может быть увеличена.

В законченной строительством гидрогеологический скважине проводят полный комплекс электромеханических ка-. 50 ротажных работ, в том числе кавернометрию и профилометрию. Уточняют глубины залегания и мощности водоносных горизонтон, точно определяют фактический диаметр скважины и слагающие породы на кровлях продуктивных гори- 55 зонтов. На основании полученных данных определяют размеры пакера, который будет ислользован в устройстве.

Для опробования и исследования скважины устройстном необходимы также 60

Ъ . сведения об ожидаемых пластовых давлениях, поскольку невозвратный клапан пакера должен быть отрегулирован на давление, заведомо не превышающее ожидаемого пластового. Такие 65 сведения обычно заранее известны, так, например, в Туркмении пластовые давления водоносных горизонтов до глубины 500 мм составляет О10 кгс/см а от 500 м до 1000 м 8l5 кгс/см

Устройство собирают на буровой и опускают в скважину на талевой подвеске буровой установки или агрегата для опробования. В ходе спуска подвески, по достижении верхней границы продуктивного горизонта, вращением устройства очищают стенки водоносного пласта скребком 24.,что улучшает вызов притока воды. Скорость вращения устройства не должна превышать 20 об/мин и скорость спуска при этом не больше 1-2 м/мин.

Далее при спуске скорость должна быть минимальной рабочей. Необходимость очистки водоносного горизонта . глинистой корки определяется перед опусканием устройства в скважину, в соответствии с чем принимают реше ние о доукомплектовании его скребком 24. Если подошва водоносного горизонта 5 находится на уровне забоя скважины, фильтр 1 сажается штырями

10 на забой °

В случае нахождения подошвы опробуемого горизонта выше забоя скважины устанавливают цементный мост на уровне верхней границы подошвы опро,буемого пласта. Фильтр сажают штырями 10 на цементный мост. После спуска и установки устройства оборудуют устье скважины, на отводе устанавливают образцовый манометр и фиксируют давление в затрубном пространстве.

Медленным наращиванием давления в колонне насосно-компрессорных труб надувают эластичную оболочку 14 паКера. Созданаемое в трубах давление не должно превышать рабочее давление пакера (5-10 кгс/см ). Давле- ние регулируют эаднижной насоса бу" роной установки или цементировочного агрегата. В случаях низкого гидростатического давления опробуемого горизонта надувание эластичной камеры пакера обеспечивается благодаря диафрагме 11. После надува камеры пакера диафрагму разрушают спускаемой колонной насосно-компрессорных труб.

При отсутствии самоизлина (фонтана) скважины, в колонну насоснокомпрессорных труб 7 опускают до нижнего конца фильтра трубы меньшего диаметра и заменяют буровой раствор на воду. Для этих целей используют насосы буровой установки, агрегата для опробования или цементировочный агрегат.

В условиях низкого пластового давления испытание ведут в эрлифтном режиме и для этого используют компрессор, 1008434

В зависимости от характера скважи ны меняется компановка устройства. Если стенки скважины сложены неустойчивыми породами и во время работ по опробованию возможен прихват насоснокомпрессорных труб, то в устройство включают трубу 6 для расхаживания и вращения колонны. Расхаживание и вращение должны производиться в течение 3-5 мин плавно, без нарушения режима опробования и исследования скважины.

Когда стенки скважины сложены устойчивыми породами и возможность прихвата исключена, в комплекс устройства трубу б не включают. Пакер

3 через соответствующий переводник или непосредственно соединен с насосно-.компрессорными.. трубами, Далее опробование и исследование скважины ведут в обычном порядке.

После. окончания опробовательских работ на первом объекте все устройство поднимают на поверхность (если это возможно). 9 случае прих вата (пескования) фильтра проиэво- 25 дят отворот левого замкового резь-: . бового соединения посредством пластин-ключей 8 и 9, для чего колонну насосно-компрессорных труб опускают вниз до совпадения ключей-. щ пластин и вращают вправо. При отвороте муфты пакера с ниппеля переводиика 2 открывается отверстие ка. нала 19. Тем самым осуществляется разгерметизация надутой эластичной оболочки 14 н происходит распакеровка. Пакер и расположенные выше части устройства извлекают из скважины и используют при испытании последующих объектов. Запасным узлом для отворота извлекаевецс труб предусмотрена крышка 20, также имею» щая левую резьбу и снабженная клю- . чами-пластинами 23.

Использование предлагаеи эго устройства обеспечивает возможность многократного использования устройства— полностью (если позволяют условия в скважине) или частично (с оставлением в скважине фильтра или фильтра с пакером)у воэможность оперативного предотвращения прихвата трубой для расхаживания1 возможность пакеровки при кавернозных стенках сква» жины и различных ее диаметрах, а также.осуществление распакеровки одно-. временно с извлечением устройства as скважины; Это приводит к сокращению сроков проведения геологоразведочных работ, к их удешевлению и повышению производительности труда..

С использованием предлагаемого устройства стоимость строИТельства, опробования и исследования скважины снижается на 20-25% для скважин глубиной 200-500 м. Она еще более возрастает с увеличением глубины скважинй и с удаленностью точек бурения от баз обеспечения.

1008434

1008434

Составитель B.Никулин

Редактор h.Noòûëü Техред Н.Пекарь Корректор С.шекмар.

Закаэ 2297/44 Тираж 601 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

11 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

4 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4