Устройство для ввода в скважину индикаторной жидкости

 

Использование: нефтегазодобывающая промышленность, в частности геофизическое приборостроение, и может быть использовано при изучении флюидодинамики. Сущность: устройство состоит из двух узлов, верхнего - фиксации и съема и нижнего - разгрузочного. Узел фиксации и съема состоит из цилиндрического корпуса и четырех комплектов рычажных механизмов, установленных радиально относительно оси скважины. В каждый комплект, установленный в пазах цилиндрического корпуса, входят внешние рычаги, подпружиненные пластинчатой пружиной, средние рычаги и кулачки, кинематически связанные друг с другом и установленные на оси штанги, проходящей через все узлы, которую охватывает верхний разжимной конус. Разгрузочный узел состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого находятся два механизма. Верхний, цанговый, состоит из верхнего уплотнения, жестко соединенного с цангой, фиксирующей верхний разжимной конус за кольцевой выступ. Верхнее уплотнение связано с корпусом с помощью срезного элемента. Нижний, поршневой, механизм состоит из полого поршня, жестко связанного с штангой, над которым установлен нижний разжимной конус, охватывающий штангу. Полый поршень содержит в осевом канале разделительную пробку, полость над которой гидравлически связана двумя радиальными каналами с полостью корпуса между верхним и нижним уплотнениями. В нижнем уплотнении выполнены отверстия, через которые полый поршень сообщается с внешней средой. В теле цилиндрического корпуса выполнены радиальные каналы. Технический результат - повышение надежности конструкции и эффективности проведения операции вывода индикаторной жидкости. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к геофизическому приборостроению, и может быть использовано при изучении флюидодинамики.

Анализ существующего уровня показал следующее.

Известно устройство для ввода в скважину индикаторной жидкости (см. авт. св. N 427534 от 1.04.71 по кл. G 01 P 5/20, G 01 V 9/20, опубл. в ОБ N 17, 1974). Устройство выполнено в виде цилиндра с уплотнениями в верхнем и нижнем основании, внутри которого расположен контейнер, состоящий из днищ, жестко связанных со штангой, охваченных трубой, соединенной с механизмом открытия контейнера. Для автоматизации контроля за вымыванием индикатора днища контейнера соединены одно с другим двумя прозрачными стержнями со стяжками, расположенными с зазором соосно между днищами, с установленным осветителем против торца одного стержня и фотоприемником - против противоположного торца другого стержня.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено отсутствием точной фиксации устройства, т. е. не всегда в тех местах, где наблюдается наибольшая динамичность потока. Спуск устройства в скважину подразумевает обязательное заполнение последней жидкостью глушения, что не всегда желательно для пласта. Необходимость применения осветителя и фотоприемника для контроля за процессом подразумевает наличие в составе контейнера автономного защищенного источника питания или подачи электроэнергии по кабелю с поверхности. Это вызывает определенные трудности по применению устройства в скважине тем более, что вывод индикаторной жидкости требует подключения на поверхности осевого канала полых штанг к источнику давления и подачи промывочной жидкости.

В качестве прототипа взято устройство для ввода в скважину индикаторной жидкости (см. Соколовский Э.В., Зайцев В.М. Применение изотопов на нефтяных промыслах. - М.: Недра, 1971, с. 48, 49). Эта конструкция позволяет на заданной глубине скважины выдавливать радиоактивный раствор (меченую жидкость) с заданной скоростью. В верхней части устройства помещен электродвигатель, вращающий червячную пару, на конце которой прикреплен поршень. Индикаторная жидкость помещена в камере. После спуска устройства (инжектора) на заданную глубину по каротажному кабелю подается питание и электродвигатель начинает вращаться, передавая поршню поступательное движение. Индикаторная жидкость постоянно вытесняется из камеры через насадку в ствол скважины, перемешиваясь с нагнетаемой в пласт жидкостью.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и неэффективность работы. Это обусловлено: отсутствием точной фиксации устройства, т.е. не всегда в тех местах, где наблюдается динамичность потока; отсутствием механизма контроля за окончанием процесса выгрузки содержимого устройства; отсутствием механизма компенсации давления внутри устройства после его разгрузки. В случае же компенсации давления путем заполнения освободившегося объема пластовым флюидом произойдет выход из строя внутреннего оборудования устройства или требуются специальные методы по его защите. Кроме того, при выдавливании в скважину индикаторной жидкости при высоких пластовых давлениях необходимо создавать большие нагрузки внутри устройства; вращательное движение при работе разгрузочного узла вызовет появление реактивной силы, которая будет закручивать каротажный кабель.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему: повышается надежность конструкции и эффективность проведения технологической операции за счет: фиксации устройства, несущего индикаторную жидкость, под торцом насосно-компрессорных труб, т.е. в месте, где наблюдается наибольшая динамичность потока; обеспечения полного вывода индикаторной жидкости (без потерь и смешивания со скважинным флюидом) и наличия системы контроля за окончанием процесса вывода; исключения необходимости глушения скважины, т.е. устройство спускают в работающую скважину.

Технический результат достигается с помощью известного устройства, включающего фиксирующий элемент, разгрузочный узел с поршневым механизмом, связанные с источником энергии, ограниченные верхним и нижним уплотнениями, в котором в качестве фиксирующего элемента есть узел фиксации и съема, состоящий из комплектов рычажных механизмов, установленных на радиальных осях в продольных пазах корпуса, кинематически связанных друг с другом, с возможностью взаимодействия внешнего рычага со стенкой насосно-компрессорной трубы при спуске и среднего рычага с торцом трубы при фиксации устройства и выводе индикаторной жидкости в скважину, а разгрузочный узел дополнительно содержит цанговый механизм, верхнее уплотнение которого связано с корпусом с помощью срезного элемента и жестко соединено с верхним разжимным конусом с помощью цанги, причем в поршневом механизме разгрузочного узла полый поршень, опирающийся на нижнее уплотнение с отверстиями, содержит в осевом канале разделительную пробку, полость над которой гидравлически связана радиальными каналами с полостью корпуса между верхним и нижним уплотнениями.

Анализ изобретательского уровня показал следующее.

По совпадающим признакам узлы заявляемого устройства: фиксации и съема и разгрузки индикаторной жидкости (цанговый и поршневой механизмы) выполняют известную из уровня техники функцию (см. МПК⁶ E 21 B 43/00, например: авт. св. N 794195 "Скважинный дозатор", приоритет 28.02.79, опубл. в ОБ N 1, 1981, авт. св. N 444872 "Глубинное дозировочное устройство", приоритет 10.05.71, опубл. в ОБ N 36, 1974; E 21 B 23/08, например: авт.св. N 1099045 "Скважинное фиксирующее устройство", приоритет 31.12.82, опубл. в ОБ N 23, 1984, авт. св. N 1120091 "Скважинное фиксирующее устройство", приоритет 24.06.83, опубл. в ОБ N 39, 1984). По предлагаемому изобретению представлен совокупный технический результат, приняв который во внимание, экспертиза может сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами: на фиг. 1 показано устройство в разрезе в положении спуска в скважину; на фиг. 2 показано устройство в положении фиксации относительно нижнего конца насосно-компрессорной трубы и начала процесса вывода индикаторной жидкости; на фиг. 3 показано устройство в положении полной подачи индикаторной жидкости в скважину, снятии механизма фиксации с места установки и подъема на поверхность.

Заявляемое устройство для ввода в скважину индикаторной жидкости (см. фиг. 1) состоит из двух узлов. Верхний узел - узел фиксации и съема, нижний - разгрузочный узел. Узел фиксации и съема состоит из цилиндрического корпуса 1 и четырех комплектов рычажных механизмов, установленных радиально относительно оси скважины. Каждый комплект установлен в пазах 2 корпуса 1, в который входят внешние рычаги 3, постоянно подпружиненные пластинчатой пружиной 4, средние рычаги 5 и кулачки 6, кинематически связанные друг с другом и установленные на осях 7, 8 и 9 штанги 10, проходящей через все узлы, которую охватывает верхний разжимной конус 11. Нижний узел - разгрузочный, состоит из цилиндрического корпуса 12, внутри которого находятся два механизма: 1-й (верхний) - цанговый механизм, содержащий верхнее уплотнение 13, жестко соединенное с цангой 14, фиксирующей верхний разжимной конус 11 за его кольцевой выступ 15. Верхнее уплотнение 13 связано с корпусом 12 с помощью срезного элемента 16; 2-й (нижний) - поршневой механизм, содержащий полый поршень 17, жестко связанный со штангой 10, над которым установлен нижний разжимной конус 18, охватывающий штангу 10. Полый поршень 17 содержит в осевом канале разделительную пробку 19, полость над которой гидравлически связана двумя радиальными каналами 20 с полостью корпуса между верхним 13 и нижним 21 уплотнениями. Полый поршень 17 опирается на нижнее уплотнение 21, в котором выполнены отверстия 22, через которые полость полого поршня 17 сообщается с внешней средой. В теле корпуса 12 выше места расположения верхнего уплотнения 13 выполнены радиальные каналы 23.

Работа устройства. Загрузка устройства индикаторной жидкостью осуществляется при вертикальном расположении контейнера верхом вниз путем перемещения разделительной пробки 19 внутри полого поршня 17 в крайнее положение, с образованием гидродинамической связи полости корпуса 12 с внешней средой через радиальные каналы 20 и каналы в нижнем уплотнении 22. Закрытие осуществляется при возврате разделительной пробки 19 в первоначальное положение.

Перед спуском устройства в скважину на фонтанной арматуре устанавливают лубрикатор марки ОУГ80-350 (или ОУГ 80-350 ХЛ).

Габариты устройства Максимальный наружный диаметр, мм - 57 Длина, мм - 1900 Объем камеры, см³ - 1500
Масса, кг, не более - 15
Работа устройства показана на примере взаимодействия одной кинематической связи, т.е. показана работа группы рычагов механизма фиксации и съема (1-го комплекта), расположенной по одну сторону от штанги 10. Верхний конец штанги 10, выходящий за пределы корпуса 1, соединяют через переводник с трос-кабелем лебедки марки Азинмаш-8А (или Азинмаш-8В). Устройство вводят в осевой канал лубрикатора и далее в осевой канал насосно-компрессорной трубы. Устройство спускают в скважину при наличии постоянно подпружиненного контакта внешнего рычага 3 со стенкой насосно-компрессорной трубы и доводят до нижнего конца. Усилием пластинчатой пружины 4 внешний рычаг 3 при выходе из осевого канала трубы поворачивается на оси 7 и перемещается в сторону от штанги 10 (точнее от осевой линии скважины) с соответствующим взаимным перемещением среднего рычага 5 в контакт с торцом насосно-компрессорной трубы (см. фиг. 2). Кулачок 6 проворачивается на оси 9 и блокирует возврат внешнего рычага 3 и кулачка 6 в исходное положение, что фиксирует устройство относительно торца насосно-компрессорной трубы от несанкционированного перемещения. Натяжением трос-кабеля, связанного через штангу 10 с полым поршнем 17, последний перемещается внутри полости корпуса 12, что приводит к росту давления в полости между полым поршнем 17 и верхним уплотнением 13 с последующей передачей этого давления на площадь сечения верхнего уплотнения 13 и верхнего разжимного конуса 4. При перепаде давления в полости корпуса 12, воспринимаемого верхним уплотнением 13, происходит разрушение срезного элемента 16. Верхнее уплотнение совместно с полым поршнем 17 перемещается до упора в торец корпуса 1 механизма фиксации и съема, что приводит к открытию гидравлической связи полости корпуса 12 через радиальный канал 23 с полостью скважины. Продолжая натяжение трос-кабеля, плавно перемещают полый поршень 17 в крайнее верхнее положение, что приводит к принудительному выдавливанию индикаторной жидкости в скважину. При этом компенсация давления в полости корпуса 12 до и после выгрузки индикаторной жидкости осуществляется за счет отверстий 22 и 23, которые постоянно гидравлически связаны с внешней средой (полостью скважины).

При подходе полого поршня 17 (см. фиг. 3) и нижнего разжимного конуса 18 к верхнему положению последний вводится под лепестки цанги 14 и отгибает их в сторону, что приводит к снятию связи цанги 14 с кольцевым выступом 15 верхнего разжимного конуса 11 верхнего уплотнения 13. Полый поршень 17 совместно с нижним 18 и верхним 11 разжимными конусами перемещаются штангой 10 вверх до входа во взаимодействие с кулачком 6, который проворачивается вокруг своей оси 9 и через взаимодействие со средним рычагом 5 возвращает в исходное положение внешний рычаг 3 при взаимодействии со стенкой насосно-компрессорной трубы. В таком положении устройство извлекают из скважины.

Заявляемое устройство прошло стендовые испытания на моделях скважин, планируемых к исследованию (модель N 1: P_пл - 12 МПа, Т_пл - 73^oC, ⊘ НКТ - 73 мм; модель N 2: P_пл - 7,5 МПа, Т_пл - 61^oC, ⊘ НКТ - 73 мм). Результаты испытаний показали работоспособность устройства и эффективность проведения технологических операций вывода индикаторной жидкости в скважину.

Формула изобретения

Устройство для ввода в скважину индикаторной жидкости, включающее фиксирующий элемент, разгрузочный узел с поршневым механизмом, связанные с источником энергии, ограниченные верхним и нижним уплотнениями, отличающееся тем, что оно в качестве фиксирующего элемента содержит узел фиксации и съема, состоящий из комплектов рычажных механизмов, установленных на радиальных осях в продольных пазах корпуса, кинематически связанных друг с другом с возможностью взаимодействия внешнего рычага со стенкой насосно-компрессорной трубы при спуске и среднего рычага с торцом трубы при фиксации устройства и выводе индикаторной жидкости в скважину, а разгрузочный узел дополнительно содержит цанговый механизм, верхнее уплотнение которого связано с корпусом с помощью срезного элемента и жестко соединено с верхним разжимным конусом с помощью цанги, причем в поршневом механизме разгрузочного узла полый поршень, опирающийся на нижнее уплотнение с отверстиями, содержит в осевом канале разделительную пробку, полость над которой гидравлически связана радиальными каналами с полостью корпуса между верхним и нижним уплотнениями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3