Способ испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии и оборудованию испытания нефтяных и газовых горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями, Изобретение позволяет повысить информативность и точность определения параметров нефтяных и газовых пластов. Способ осуществляется испытательным оборудованием, связанным со скважиной и насосным агрегатом . Создают избыточное давление в трубах испытателя на устье. Изолируют испытуемый пласт пакером. Производят многоцикловое испытание с изменением депрессии на пласт и измерением дебита притока пластовой жидкости. Изменяют депрессию на пласт до получения максимального дебита притока флюида из пласта. Депрессию вызова притока при максимальном дебите притока выбирают за оптимальную депрессию испытания пласта. Устройство для выбора оптимальной депрессии включает ствол 21 с телескопическим соединением с гильзой. Ствол 21 соединен резьбой с корпусом, в котором установлен подпружиненный перекрывающий узел, образующий с корпусом дифференциальную полость. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)л E 21 В 49/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4834193! 03 (22) 07,06.90 (46) 07,11.92. Бюл. ¹ 41 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) П.С.Варламов, Ю,Н.Юрков и Г.П.Варламов (73) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 400686, кл. Е 21 В 49/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 502113, кл. Е 21 В 49/00, 1976. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТА С АНОМАЛЬНО ВЫСОКИМ ПЛАСТОВЫМ ДАВЛЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технологии и оборудованию испытания нефтяных и газовых горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями, Изобретение

Изобретение относится к нефтегазодобывающей llpoMbllll/leHHocTM. в частности к испытанию пластов и пластоиспытательному оборудованию, и предназначено для испытания горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями, Известен способ исследования скважин с аномально высокими пластовыми давлениями, включающий заполнение труб над испытателем пластов жидкостью до устья скважины и создание в них избыточного, !Ц., „1774990 А3 позволяет повысить информативность и точность определения параметров нефтяных и газовых пластов. Способ осуществляется испытательным оборудованием, связанным со скважиной и насосным агрегатом. Создают избыточное давление в трубах испытателя на устье. Изолируют испытуемый пласт пакером, Производят многоцикловое испытание с изменением депрессии на пласт и измерением дебита притока пластовой жидкости. Изменяют депрессию на пласт до получения максимального дебита притока флюида иэ пласта, Депрессию вызова притока при максимальном дебите притока выбирают за оптимальную депрессию испытания пласта.

Устройство для выбора, оптимальной. депрессии включает ствол 21 с телескопическим соединением с гильзой. Ствол 2 1 соединен резьбой с корпусом, в котором установлен подпружиненный перекрывающий узел, образующий с корпусом дифференциальную полость, 2 с.п. ф-лы, 2 ил, давления с последующим, после осуществления пакеровки, его снижением до заданной величины (авт. св. ¹ 442293, кл. Е 21 В

49/00, 12.04.75).

Недостатком такого способа является то, что он обеспечивает проведения испытания только при одной определенной величине депрессии на пласт, т.е. исключает возможность оперативного изменения депрессии в процессе проведения игпытани .

1774990

50 ка его продуктивности

Известно устройство для создания постоянной депрессии на пласт, содержащее корпус, втулку с кольцевыми выступами, дифференциальный поршень с радиальными каналами, образующий со втулкой каме- 5 ру, гидравлически связанную с затрубным пространством, стакан, концентрично размещенный в корпусе устройства и образующий с поршнем герметичную камеру (авт. св. hL 400696, кл. Е 21 В 49/00, 29.01.74), 10

Оно позволяет ограничивать депрессию и поддерживать ее постоянной в процессе испытания пласта. Невозможность изменения депрессии на пласт в процессе проведения операции — один из существен- 15 ных его недостатков.

Известен способ испытания пласта, принятый за прототип, включающий создание минимальной депрессии на пласт, проведение первого закрытого периода 20 испытания и последующего чередования открытого и закрытого периодов (авт. ce. hL

502113, E 21 В 49/00, 14.04.76).

Известно устройство для испытания пласта, принятое за прототип, содержащее 25 полый корпус, герметично соединенный со сбрасовой линией, и ствол, размещенный в корпусе, под которым установлен подпружиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных 30 труб (авт. св. hL 502113, кл. Е 21 В 49/00, 14.04.76). Этим способам и устройством возможно обеспечить изменение депрессии на пласт только в сторону ее увеличенИя или уменьшения, что исключает возмож- 35 ность оперативного управления депрессией в процессе испытания. При испытании коллекторов трещиннаго типа величина депрессии на пласт имеет решающее значение. Аналитические расчеты свиде- 40 тельствуют о том, что с ростом депрессии до определенной критической величины дебит притока будет расти, а затем, при дальнейшем увеличении депрессии, он начнет снижаться за счет частичного или полного смыкания трещин. Следовательно, если испытания такого коллектора осуществляются при депрессии больше критической, будет получена заведомо искаженная аценЦелью изобретения является повышение точности определения параметров пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания пласта с аномально -55 высоким пластовым давлением, включающем создание минимальной депрессии на пласт, проведение первого закрытого периода испытания и последующего чередования открытого и закрытого периодов испытания, в открытом периоде испытания депрессию изменяют многократна в большую и в меньшую стороны при одновременном измерении дебита пластовага флюида, а об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, содержащем полый корпус. герметично соединенный со сбросовой линией, и ствол, размещенный в корпусе, под которым установлен подпружиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных труб, перекрывающий узел выполнен в виде ступенчатого дифференциального полого поршня с перегородкой в средней части, образующей с корпусом камеры над и под ней, причем в перегородке выполнено два наклонных канала, один из которых сообщает часть осевого канала дифференциального поршня с камерой над перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем под перегородкой, а другой канал сообщает осевой канал дифференциального поршня под перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем над перегородкой, На фиг. 1 приведены компоновка пластоиспытательного оборудования и схема обвязки устья скважины для осуществления способа испытания пласта с аномально вы-. соким пластовым давлением; на фиг. 2 представлен общий вид устройства для испытания пласта в разрезе.

Способ осуществляется следующими действиями в приведенной последовательности: спускают испытательное оборудование в скважину; обвязывают испытательное оборудоваwe со скважиной и насосными агрегатами; создают избыточное давление в трубах над испытателем закачкой расчетного обьема воды; изолируют исследуемый пласт от затрубного пространства пакером; проводят первый открытый период испытания, передавая депрессию на пласт стравливанием избыточного давления на устье до получения притока пластового флюида с регистрацией его дебита и соответствующей депрессии на пласт; создают первый закрытый период испытания; в очередном открытом периоде испытания депрессию изменяют многократно в большую и меньшую стороны при адновре1774990 менном измерении дебита пластового флюида; об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида.

Пример осуществления способа. Подлежащий испытанию пласт находится на глубине Н - 5000 м, глубина установки пакера

Нп = 4970 м, ожидаемое пластовое давление

Рлл -77 МПа, заданный начальный перепад давления Ь Рл - 15 МПа, плотность бурового раствора pp - 1600 кгс/мз, плотность жидкости, закачиваемой в трубы, / к - 1000 кг/мэ.

Спуск в скважину компоновки пластоиспытательного оборудования, включающей хвостовик с фильтром 1, пакер 2 безопасный замок 3, пояс 4, раздвижной механизм 5, пробоотборник 6, испытатель пластов 7 на бурильных трубах 8 осуществляют при постоянном сообщении полости

"А" бурильных труб 9 с затрубным пространством "Б" через отверстие "В", выполненное в испытателе пластов 7 (см. фиг. 1). K моменту окончания спуска бурильные трубы через это отверстие заполняются до устья буровым раствором, находящимся в скважине. После спуска оборудования до требуемой глубины (3-5 м от места пакеровки) производят обвязку устья скважины (см. фиг, 1). На бурильную колонну 8. удерживаемую в клиновом захвате ротора 9, наворачивают устьевую головку 10 с манометром

11. К отводу 12 устьевой головки 10 через кран высокого давления 13 и нагнетательную линию 14 подсоединяют агрегатный насос 15. К отводу 16 устьевой головки 10 через кран высокого давления 17, сбросную . струну 18, кран высокого давления 19 подсоединяют устройство 20 для испытания пласта. После окончания обвязки устья скважины бурильная колонна 8 удерживается в подвешенном состоянии на талевой системе буровой установки, насос 15 закачивает в трубы 8 воду в обьеме, необходимом для получения расчетной высоты столба 2500 м для создания заданной величины начального перепада давления на пакер ЬРп = 15 МПа.

При закачке воды краны высокого давления 17, 19 закрыты. По мере закачки воды в трубы буровой раствор из них через отверстие "В" вытесняется в кольцевое пространство "Б". После закачки расчетного обьема воды колонну бурильных труб спускают на оставшиеся 3-5 м до упора хвостовика 1 в забой или плашек в стенки скважины. При этом в бурильных трубах на устье скважины будет избыточное давление Ру = Л P = 15

МПа (фиксируемое по манометру 11), обусловленное разностью плотностей жидкости в затрубном пространстве "Б" и трубах "А".

5 Под действием механической сжимающей нагрузки осуществляется пакеровка скважины, отверстие "Б" перекрывается, полость бурильных труб "А" раэобщается с затрубным пространством "Б" и сообщается

10 с подпакерным пространством Т". Открывают краны высокого давления 17, 19 и сообщают полость бурильных труб "А" с регулятором депрессии 20, который находится в закрытом положении. При этом дав15 ление столба жидкости в трубах Рт = 65 МПа, благодаря избыточному давлению на устье скважины Ризе = 15 МПа. будет заведомо больше пластового давления P > = 75 МПа.

Далее посредством устройства 20 для испы20 тания пласта 20 снижают избыточное давление в трубах на некоторую величину, например Ркиб = 5,0 МПа, до появления притока пластового флюида, определяемого по переливу жидкости иэ регулятора депрес25 сии, и замеряют его дебит, например Q> =

=0,5 м /ч. По истечении первого открытого периода испытания приемный клапан испытателя пластов 7 закрывают. полость бурильных труб . "А" раэобщается с

30 подпакерным пространством "Г", и проводят первый закрытый период испытания.

Затем повторно открывают приемный клапан испытателя 7, сообщают полость бурильных труб "А" с подпакерной зоной "Г" и

35 начинают второй открытый период испытания, во время которого посредством устройства 20 для испытания пласта избыточное давление в трубах поэтапно снижают, например, до Рж 7,5 МПа, P»g3= 5 МПа, Ризб4= 2,5 МПа, Р,бб= О. При этом регистрируют соответствующие дебиты притока пластового флюида, например Gz =- 1 м /ч, 3

Q3= 1,5ì /ч, Qq= 1,5 м /ч, Qg=-0,8м /ч.

Результаты замеров избыточного давления в трубах и соответствующие им, переданные на пласт депрессий и дебитов притока пластового флюида, заносят в таблицу.

На основании таблицы делают вывод о величине оптимальной депрессии на пласт

0опт, которой соответствует максимальный дебит притока пластового флюида. В нашем примере величине оптимальной депрессии на пласт соответствуют значения депрессии

55 от 7,0 до 9,5 ЫПа, при которых наблюдался максимальный дебит притока пластового флюида 03.4 = 1,5 м /ч. При этом величина избыточного давления в трубах находилась в пределах от 2,5 до 5.0 Mfla, 1774990

Предлагаемое устройство для испытания пласта в разрезе представлено на фиг.

2, Устройство 20 для испытания пласта со-держит ствол 21, связанный посредством резьбового соединения 22 с корпусом 23, На верхнем конце ствола 21 подвижно установлена втулка 24 с надетой на нее накидной гайкой 25 для соединения со сбросной линией 18 (см. фиг. 1.2). На внешней стороне втулки 24 выполнены отверстия 26 под ключ. Герметичность втулки 24 со стволом

21 достигается за счет уплотнений 27, 28, На нижний конец втулки 24 навернута резьбовая втулка 29,на которую в свою очередь навернута гильза 30. имеющая в нижней части выступ 31, препятствующий снятию гильзы 30 со ствола 21, на котором выполнен выступ 32. Втулка 24, резьбовая втулка

29, гильза 30 образуют со стволом 21 герметичное телескопическое соединение. Ниже гильзы 30 на стволе 21 выполнены отверстия 33 под ключ.

Внутри корпуса 23 размещен перекрывающий узел в виде ступенчатого дифференциального полого поршня 34, который имеет конусную поверхность 35, по которой он уплотняется со стволом 21, В средней части дифференциального полого поршня 34 выполнена перегородка

36. Дифференциальный поршень 34 снабжен уплотнительными кольцами 37 и имеет осевой канал 38, связывающий полость бу-. рильных труб "А" посредством канала 39 в

"перегородке 36 с дифференциальной камерой 40, Камера 40 образована под перегородкой 36 между внутренней поверхностью корпуса 23 и наружной стенкой дифференциального поршня 34. Другой наклонный канал 41, выполненный в перегородке 36, сообщает осевой канал 42 дифференциального поршня 34 под перегородкой 36 с камерой 43, образованной корпусом 23 и дифференциальным поршнем 34 над перегородкой 36. На перекрывающий узел 34 надета пружина 44. Для обеспечения герметичности резьбового соединения 22 ствола

21 с корпусом 23 установлено уплотнение

45. Давление в полости 40 замеряется манометром 46.

Устройство работает следующим образом. После открытия приемного клапана испытателя пластов полость бурильных труб

"А" через каналы 38 и 39 будет постоянно сообщена с дифференциальной камерой 40 (фиг. 2), поэтому на перекрывающей узел 34 будет действовать усилие, обусловленное

его гидравлической неуравновешенностью и направленное на открытие регулятора депрессии 20. Однако открытию устройства 20 для испытания пласта препятствует усилие сжатой пружины 44. которое регулируется навинчиванием или свинчиванием корпуса

5 23 на ствол 21.

Результирующее усилие, удерживающее перекрывающий узел 34 в закрытом положении, определяется по формуле: и - 0,785(D2 - 0э ) Ризб + Мпр 0 785D>2 х

10 ХРизб = N> + Йпр - N2, где D > — средний диаметр уплотненного торца перекрывающего узла;

D2 — диаметр камеры 40;

Рэ- наружный диаметр нижней ступени

15 перекрывающего узла;

N> — усилие, направленное на закрытие перекрывающего узла;

N2 — усилие, направленное на открытие перекрывающего узла;

20 йпр — усилие сжатой пружины;

Ризб — ИЗбЫтОЧНОЕ даВЛЕНИЕ На уСтЬЕ скважины.

Величины диаметров D), D2, D3 выбраны с таким расчетом, чтобы абсолютное зна25 чение площади по диаметру D> было на

6-10$ выше разности значений площадей по диаметрам 02 и Оэ, т.е.

N = Ыпр -(N2" N)) = Йпр-(1,06-1,10) Й1-2 =

=йпр - (1,06 — 1,10) Ризб.

30 Ослабляя усилие сжатой пружины 44 путем свинчивания корпуса 23 со ствола 21, снижают избыточное давление в трубах на заДаннУю величинУ, напРимеР Л Ризб = 5,0

МПа, Это достигается перемещением пере35 крывающего узла 34 вправо, при котором образуется зазор между стволами 21 и дифференциальным поршнем 34. Как только избыточное давление снизится до заданного значения Ризб = 10,0 Mila, перекрываю40 щий узел 34 снова закроется. В случае интенсивного притока из пласта зазор будет постоянно открыт, но при этом будет поддерживаться заданное значение избыточного давления на устье скважины.

Вытесняемая из труб жидкость попадает из камеры 43 через канал 44 в камеру 42 и далее на сброс, При этом регистрируется расход Q> вытесняемой жидкости.

Для дальнейшего снижения избыточноm давления в трубах корпус 23 снова свинчивают со ствола 21 на определенную величину для ослабления сжатой пружины

44 до получения требуемого избыточного давления в трубах, регистрируемого по манометру 46. После нахождения величины оптимальной депрессии на пласт, соответствующей определенному избыточному давлению в трубах, увеличивают усилие

1774990 сжатой пружины 44 регулятора депрессии путем навинчивания корпуса 23 на ствол 21 с числом оборотов, равным выполненному при ослаблении пружины с момента, соответствующего величине избыточного давле- 5 ния в трубах, принятого за оптимальное.

Затем увеличивают избыточное давление в трубах и корректируют его значение до требуемой величины по манометру 46 путем ослабления или увеличения усилия сжатой 10 пружины 44.

Использование способа и устройства позволяет по сравнению с существующими значительно увеличить информативность испытания пластов с аномально высокими 15 пластовыми давлениями при одновременном сокращении повторных спусков пластоиспытательного оборудования. Кроме того, применение регулятора депрессии 20 позволит оптимизировать фонтанную зксплу- 20 атацию месторождений, Формула изобретения

1. Способ испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, включающий создание минимальной депрессии на 25 пласт, и последовательное чередование открытого и закрытого периодов испытания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров пласта. в открытом периоде испытания 3g депрессию изменяют многократно в большую и меньшую стороны при одновременном измерении дебита йластового флюида, а об оптимальной депрессии на пласт судят по величине депрессии, соответствующей максимальному дебиту пластового флюида.

2. Устройство для испытания пласта с аномально высоким пластовым давлением, содержащее полый корпус. герметично соединенный со сбросной линией, и ствол, размещенный в корпусе, под которым установлен подпружиненный перекрывающий узел, гидравлически связанный с полостью бурильных труб. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения параметров пласта, перекрывающий узел выполнен в виде ступенчатого дифференциального полого поршня с перегородкой в средней части и образующей с корпусом камеры над и под ней, причем в перегородке выполнено два наклонных канала, один из которых сообщает часть осевого канала дифференциального поршня с камерой над перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем под перегородкой, а другой канал сообщает осевой канал дифференциального поршня под перегородкой с камерой, образованной корпусом и дифференциальным поршнем над перегородкой.

1774990

ОРОС,Ф с

Редактор

Заказ 3945 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Составитель П,Варламов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Филь