Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах

 

Изобретение относится к эксплуатации гидрогеологических скважин. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности. Устройство содержит спускаемьй на колонне труб фильтр 30, выше которого расположен пакетирующий узел в виде пакера из эластичной оболочки, перепускную втулку с окнами в нижней части и впускным клапаном. Он сообщает эа (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (i9) (И) О А1 (51) 4 E 21 В 49/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4015141/22-03 (22) 03.02.86 (46) 23.12.87. Бюл. 9 47 (71) Небитдагская нефтегазоразведочная экспедиция Управления геологии

ТССР (72) А.Е. Едиев (53) 622.243.68(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1008434, кл. Е 21 В 49/08, 1981, Авторское свидетельство СССР

Ф 12047 11, кл. Е 2 1 В 49/08, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРОБОВАНИЯ ВОДОH0CHbE ГОРИЗОНТОВ В СКВАЖИНАХ (57) Изобретение относится к эксплуатации гидрогеологических скважин.

Цель изобретения — повьппение эксплуатационной надежности. Устройство содержит спускаемый на колонне труб фильтр 30, выше которого расположен пакетирующий узел в виде пакера из эластичной оболочки, перепускную втулку с окнами в нижней части и впускным клапаном, Он сообщает затрубное пространство с полостью колонны труб. Снаружи фильтра 30 расположена защитная труба 35, соединенная с корпусом 37 фиксатора с окнами 38 и фиксирующим элементом в виде шарнирно прикрепленных к трубе

35 рычагов 40 с рифленой поверхностью для зацепления породы. Устрво снабжено поршнем 45 с верхней конусной поверхностью 47 и центральным каналом с шаровым клапаном, тросами 49 и стержнями 43, связывающими рычаги с торцовыми поверхностями поршня 45. На трубе 35 закреплен ленточный центратор, установленный на приводных валиках с шипами, взаимодействующими со стенками скважины.

Поверхность валиков, взаимодействую1361320 щая с центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы.

Поршень 45 установлен под фильтром

30 внутри корпуса 37 и перемещается в осевом направлении относительно него и сообщает надпоршневое пространство с полостью колонны труб и скважиной, в крайнем нижнем положении поршня 45 ° При фиксации устрва движение поршня 45 передается на стержень 43 и далее на рычаги 40, которые вдавливаются в породу ствола, фиксируя устр-во. При ходе поршня 45 закрепленные на его верхнем торце и на поверхности рычага 40 тросы 49 обеспечивают взаимодействие поршня 45 и рычага 40 при установке и 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 при эксплуатации гидрогеологических скважин.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности, На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, рабочее положение, продольный разрез, на фиг. 2 — невозвратный клапан в момент. стравливания давления, 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, 6 то же, рабочее положение, на фиг. 7,— фиксатор, рабочее положение, на фиг, 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 состоит из спускаемого на колонне насоснокомпрессорных труб (НКТ) 1 пакерующего узла 2 (фиг. 1) с перепускной втулкой 3, соединенной непосредственно с НКТ 1, перепускная втулка

3 ввернута в корпус пакерующего узла 2 посредством резьбы 4 и имеет в нижней части окно 5, а нижнее продолжение 6 перепускной втулки 3 установлено с зазором 7 между корпусом. Для заполнения колонны труб 1 в верхней части втулки 3 установлен впускной клапан 8, который монтируется в утолщенную часть втулки. По10 лусферический впускной клапан 8 закрывает полусферическое гнездо 9 нижнего впускного отверстия, сообщающего эатрубное пространство с полостью колонны труб. Впускной клапан 8 присоединен к направляющему стержню 10, имеющему верхнюю выточку. Промывочная жидкость в полость труб 1 поступает через канал 11.

Внутренние диаметры НКТ и пере20 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 15 с шариками 16, расположенными в углублениях гаек 15.

Для предохранения эластичной оболочки 12 от истирания о неровности ствола скважины 17 в ходе транспор1361320

55 тировки 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 пластинчать е пружины 27, концы которь1х 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 име т 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 быть

50 использован для закрепления устройства в обсадной колонне или в породах. Лапы 40 приводятся в действие стержнями 43, закрепленными посредством колец с осями 44 нижним концом к внутренней поверхности лапы 40, а верхним концом к нижнему торцу поршня 45 с уплотнительными поясами

46. Верхний торец поршня выполнен по 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 самоуплотняющимся резиновым сальником 51, например, путем приклеивания. Наружный конец троса 49 прикреплен к кольцам 52, укрепленным на наружной поверхности лап 40. Длина тросов 49 обеспечивается взаимодействие поршня 45 и лапы

40 для фиксирования устройства в скважине и его освобождения, Поршень

45 имеет центральный канал 53, нижняя часть 54 которого закрывается втулкой 55 с наружной резьбой и верхним полусферическим углублением 56 под размер полого внутри шарового клапана 57, изготовленного, например, из легких сплавов алюминия или полимерных материалов с плотностью меньше плотности воды. Поршень 45 размещен в гильзе 58.под фильтром

30 внутри корпуса 37 фиксатора с возможностью осевого перемещения относительно последнего и сообщения надпоршневого пространства с полостью колонны труб и скважиной в крайнем нижнем положении поршня.

Гильза 58 имеет внутреннюю выточку

59, которая взаимодействует с конусной поверхностью 47 поршня, Для обеспечения свободного хода и предупреждения истирания троса при работе в верхнем конце гильзы имеется внутренняя выточка 60.

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

25 л0

5 136 накидные гайки 67 со штырями 68 на внешней поверхности, обеспечивающими вращение валиков 62-64 за счет сцепления со стенками скважины в

I процессе спуска или подъема устройства. Надежность вращения упругих лент 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 пласта в компоновку включают скребок 71.

Устройство работает следующим образом.

В законченной бурением гидрогеологической скважине производят полный комплекс электрометрических картонажных работ. Уточняют глубины залегания.и мощности водоносных горизонтов, точно определяют фактический диаметр скважины и слагающие на кровле и подошве породы продуктивного горизонта. Обобщая полученные данные, определяют размеры эластичной оболочки 12, которая используется в устройстве для данной скважины

Для опробования и исследования скважины определяют также ожидаемое пластовое давление, в соответствии с которым подбираются (с учетом запаса прочности) параметры пакера и регулируется рабочее давление невозвратного клапана, которое должно быть равно или превышать (на 0,0 10,03 ИПа) рабочее давление при буре.нии скважины. Примерные пластовые давления разведуемого региона обычно заранее известны.

Устройство собирают на буровой и спускают на колонне. НКТ 1 в интервал водоносного горизонта, B процессе спуска устройства промывочная жидкость своим давлением в отверстие 9 (фиг. 1) поднимает из гнезда полусферический канал 8 и далее через отверстие поступает в трубы 1. При промывке клапан 8 садится в гнездо отверстия 9 под действием создаваемого сверху давления заканчиваемой в трубы 1 жидкости.

Шайбы 14 с шариками предотвращает смятие оболочки 12 при сборке, а кожух 18 предохраняет эту оболочку от истирания в ходе спуска устройства, Конусный запор 22 невозвратного клапана устанавливается в открытом положении, его конец входит в углуб1320

6 ление 70 на наружной поверхности нижней части 6 втулки 3, что предупреждает раздутие пакера до мо5 мента установки фиксатора (фиг. 7)

Э промывки скважины и последующих операций„

При 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 давления жидкости в трубе i, 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 вдавливаются в породу ствола,. фиксируя устройство.

При ходе поршня 45 закрепленные на

его верхнем торце и на поверхности лапы 40 тросы 49 обеспечивают взаимодействие поршня и лапы при установке и снятии фиксатора. Тросы 49 . синхронизируют работу поршня 45 и лап 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 повторяется ° Канал

53 поршня 45 с шаровым впускным клапаном и полусферическим углублением

56 с шаром 57 является дополнительным узлом для заполнения полости

7 136 труб 1 при спуске компоновки, а его действие аналогично действию впускного клапана, вмонтированного во втулке 3. ю

После установки фиксатора, промывки скважины (смены промывочной жидкости на воду) производится отворот левого резьбового соединения 36 защитной трубы 35 и плавно поднимается компоновка (длина хода известна, длина фильтра плюс длина удлинительной трубы 33), и вращением вправо резьба 36 соединяется с удлиненной резьбой 32, выполненной на наружной утолщенной части 31 фильтра

30. Таким образом, поверхность фильтра открывается, а .верхний его конец

31 герметизируется. При отвороте резьбы 36 одновременно отворачивается левая резьба 34 трубы 33 и после соединения резьб 32 и 36 располагается в трубе 35 с открытым верхним концом (фиг. 6). В случае прихвата (запескования фильтра 30) вращением вправо всей компоновки могут быть произведены отворот и подъем на поверхность верхней части устройства (трубы 35, пакерующего узла 2, трубы 1 на резьбовом соединении 32 и 36).

После фиксирования устройства и смены промывочной жидкости на воду вращением вправо невозвратный клапан приводится в .г бочее положение для чего конец корпусного запора

22 в ходе вращения. снимается с углубления 70 и вводится в окно 5, При закачке в трубы 1 воды давлением открывается запор 22, пропуская жидкость в полость оболочки 12, последняя надувается и герметизирует затрубное пространство над водоносным горизонтом. Герметичность и работа оболочки 12 проверяются измерением уровня жидкости в затрубном пространстве на устье скважины в ходе откачки воды из пластин. При недостаточной герметичности операции повторяется.

1320 8

Бесконечная лента 61 центрирующего элемента натянута на бочкообразных 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 форму. 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 элементе устанавливаются не менее трех HD. каждой трубе через равные промежутки, что позволяет исключить контакт со 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 — срока опробования ленты 61 выполняются сплошными по всей длине трубы или . прерывистыми. Имея небольшую площадь контакта, упругая лента имеет минимальную силу сцепления с коркой ствола, и при натяжении компоновки устройства вверх создается колебание ленты, что способствует освобождению от сцепления (прихвата) и восстановлению вращательного движения. Принудительное вращение лент способствует также прохождению колонны труб в суженных интервалах ствола, В случае необходимости очистки интервала водоносного горизонта от глинистой корки для улучшения притока воды из пласта в компоновку включают скребок 71 (фиг. 7), Медленным вращением (до 20 об/мин) и одновременным опусканием устройства со скоростью 1,0-1,5 м/мин очищают поверхность пласта от продуктов коль" матации, В случаях, когда по скважинным условиям возможны прихваты НКТ, в компоновку устройства дополнительно включают трубу для расхаживания HKT с центрирующим элементом.

Устье скважины при использовании предлагаемого устройства оборудуется по принятой в регионе схеме. Опробование и исследование гидрогеоло- гической скважины производятся по принятой технологии и последовательности °

После завершения опробования производится замена воды в скважине на промывочную жидкость с параметрами, предусмотренными. техническим

9 136 проектом объекта. Затем натяжением компоновки устройство переводят в исходное положение, поднимают устройство 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 10 труб фильтр, вьпзе которого расположе-,,ны пакерующий узел с эластичной оболочкой и клапан, сообщающий полость

5 пакера с полостью колонны труб, перепускную втулку с окнами в нижней части 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 снаружи фильтра защитной трубой и корпусом фиксатора с окнами и фиксирующим элементом в виде шарнирно закрепленных на защитной трубе рычагов с рифленой поверхностью, поршнем с верхней конусной поверхностью и централь, ным каналом с шаровым клапаном, тро2О сами и стержнями, связывающими рычаги фиксирующего элемента с торцовыми поверхностями поршня, и закрепленным на защитной трубе фильтра ленточным центратором, установленным

25 на приводных валиках с шипами, взаимодействующих со стенками скважины, причем поршень установлен под фильтром внутри корпуса фиксатора с возможностью осевого перемещения отноп сительно него и сообщения надпоршневого пространства с полостью колонны труб и скважиной в крайнем нижнем положении поршня, Формула изобретения

1. Устройство для опробования водоносных горизонтов в скважинах, -содержащее спускаемый на колонне

Устройство по п. 1, о т л и5 ч а ю щ е е с я тем, что поверхность валиков, взаимодействующая с ленточным центратором, выполнена бочкообразной или эксцентричной формы.

1361320

23 ц Л

23

7а

Фиг. l гр

27

22

28

72

ZO Z3

Фиг. Ф

1361320

1361320

1361 320

A-А

Составитель Е.Самойленко

Техред М.Иоргентал Корректор Н.Король

Редактор И.Горная

Заказ 6206/37

Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4