Испытатель пластов автоматический

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к многоцикловому испытанию нефтяных и нефтегазовых скважин трубными пластоиспытателями в автоматическом режиме с местной регистрацией гидродинамических характеристик пласта. Техническим результатом является многоцикловое испытание нефтяных и нефтегазовых скважин трубными пластоиспытателями в автоматическом режиме с местной регистрацией гидродинамических характеристик пласта. Для достижения указанного технического результата устройство содержит полый корпус и установленные в нем электромеханический блок с реверсивным электродвигателем с редуктором, неподвижный полый шток и впускной клапан. При этом он снабжен блоком постоянного питания, блоком электронного программного управления, состоящим из контроллера, модуля памяти с АЦП, датчиков, интерфейса и контактора, а впускной клапан снабжен гидроприводом для обеспечения поступательно-возвратного движения в режиме притока и восстановления давления, состоящим из силового цилиндра с поршнем, шток которого жестко связан с впускным клапаном. Причем гидропривод обвязан системой трубопроводов с автономными камерами наружного и внутритрубного давлений, заполненных рабочей жидкостью и содержащих разделительные поршни, причем камера с внутритрубным давлением расположена над штоком впускного клапана в патрубке, а камера с наружным давлением в нижней части корпуса, при этом электромеханический блок снабжен вторым реверсивным электродвигателем с редуктором, причем редукторы обоих реверсивных электродвигателей связаны винтовыми парами с гидравлически уравновешенными золотниками в гильзах с возможностью обеспечения изменения направления потока рабочей жидкости в силовом цилиндре. При этом блок постоянного питания связан электрической цепью с входом блока электронного программного управления, выходы которого соединены с реверсивными электродвигателями, при этом вход контроллера является входом блока электронного программного управления, а первый выход контроллера связан через модуль памяти с АЦП со входом схемы управления электродвигателями, второй выход контроллера связан с интерфейсом, а вход модуля памяти с АЦП связан с датчиками, при этом первый выход схемы управления электродвигателями связан с контроллером, через контактор взаимодействующий со штоком пакера, а второй и третий ее выходы являются выходами блока электронного программного управления. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к многоцикловому испытанию нефтяных и нефтегазовых скважин трубными пластоиспытателями в автоматическом режиме с местной регистрацией гидродинамических характеристик пласта.

Известно устройство для определения параметров пласта, которое работает в компоновке с испытателем пластов, с открытием впускного клапана которого автоматизация открытого (приток) и закрытого (восстановление давления) периода испытания происходит от перемещения штока с поршнем в камеру с атмосферным давлением под действием гидравлического давления. Замедленное движение обеспечивается гидротормозным реле времени. В исходное положение устройство приводится натяжением тросика на поверхности после подъема труб. (Авторское свидетельство 203591, Е 21 В 49/00, 1967 г. Устройство для определения параметров пласта.) Недостатком указанного устройства является короткое время открытого и закрытого периодов испытания из-за снижения вязкости масла (в камере гидротормозного реле) в высокотемпературных скважинах. Практически испытание происходит в один цикл с недостаточным количеством отбора представительной пробы пластового флюида.

Известен испытатель пластов, впускной клапан которого открывается от сжатия с правым проворотом корпуса испытателя пластов и закрывается от перепада наружного и внутритрубного давления с задержкой во времени от сопротивления гидравлического реле времени. Второй цикл может быть обеспечен растяжением испытателя пластов с повторением сжатия и поворота корпуса. (Авторское свидетельство 953202, Е 21 В 49/00, 1982 г. Испытатель пластов.) Недостатком испытателя пластов является полуавтоматичность, т.к. требуется вмешательство оператора на перезарядку испытателя пластов растяжением и сжатием его.

Известен испытатель пластов с автоматическим закрытием впускного клапана. Открытие последнего происходит от сжатия испытателя пластов и закрывается от перепада наружного и внутритрубного давлений с сопротивлением гидротормозного реле времени. Второй цикл обеспечивается открытием впускного клапана вращением колонны труб. (Авторское свидетельство 1221335, Е 21 В 49/00, 1986 г. Испытатель пластов.) Недостатком испытателя пластов является так же, как и у предыдущего аналога, ограниченность времени притока из-за использования масла в гидравлическом реле времени, которое при высоких температурах в скважине резко теряет вязкость.

Указанные испытатели практически являются полуавтоматическими, т.к. для многоцикловости требуют вмешательства оператора для управления ими.

Известен пластоиспытатель, принятый за прототип, в корпусе которого устанавливается спускаемый на электрокабеле, пробоотборный снаряд. Последний содержит клапанный узел, обеспечивающий открытый или закрытый периоды испытания возвратно-поступательным перемещением штока, преобразованного от вращения реверсивного электродвигателя, дистанционно управляемого с поверхности. (Авторское свидетельство 1484929, Е 21 В 49/00, 1989 г. Пластоиспытатель.) Недостатком пластоиспытателя является задействование при эксплуатации специальных подъемников для спуска пробоотборного снаряда на каротажном кабеле в трубы. Указанный пластоиспытатель не является автоматическим, и в предлагаемом изобретении использована технология применения реверсивного электродвигателя.

Задачей изобретения является создание автоматического испытателя пластов, обеспечивающего многоцикловый процесс испытания скважин по заданной программе.

Поставленная задача достигается тем, что испытатель пластов, состоящий из корпуса, неподвижного штока, впускного клапана и реверсивного электродвигателя с редуктором, приводится в открытое (приток) и закрытое (восстановление давления) положения автоматически, с помощью следующих средств органов управления, размещенных в корпусе испытателя пластов и взаимодействующих друг с другом: 1. Блок гидравлический: включает гидропривод, обеспечивающий работу впускного клапана для поступательно-возвратного движения его в режиме притока и восстановления давления. Гидропривод работает под действием перепада наружного (Рнар) и внутритрубного (Рвн) давлений, когда Рнар>Рвн. Гидропривод обвязан системой трубопроводов, сообщающейся с автономными камерами наружного и внутритрубного давлений через гильзы с золотниками, обеспечивающими изменение направления движения рабочей жидкости (масла) в системе.

2. Блок электромеханический: включает пару реверсивных электродвигателей с редукторами, связанными винтовыми парами с гидравлически уравновешенными золотниками в гильзах.

3. Блок электронного программного управления: включает датчики давления, температуры и др. назначения, контроллер, программно обеспечивающий обработку измеряемых значений, модуль хранения информации в памяти с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), схему управления электродвигателями, интерфейс для взаимодействия с внешними устройствами с целью программирования и считывания накопленной информации и контактор для запуска режима испытания.

4. Блок постоянного питания: включает батареи, соединенные электрической цепью с блоком электронного программного управления, обеспечивающие работу электронных схем и электродвигателей.

Новыми признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются: - наличие гидропривода, включающего силовой цилиндр с поршнем, шток которого жестко связан с впускным клапаном на неподвижном штоке корпуса испытателя пластов, - выполнение гидропривода в соединении с трубопроводами, сообщающимися с автономными камерами наружного и внутритрубного давлений, заполненных рабочей жидкостью (маслом) и содержащих разделительные поршни, причем камера с внутритрубным давлением расположена над штоком впускного клапана в специальном патрубке, а камера с наружным давлением расположена в корпусе испытателя пластов, ниже гидравлического и электромеханического блоков, - наличие в корпусе электромеханического блока, состоящего из пары реверсивных электродвигателей с редукторами, связанными винтовыми парами с гидравлически уравновешенными золотниками в гильзах с окнами, обеспечивающими изменение направления рабочей жидкости в трубопроводах для поступательного или возвратного движения поршня гидропривода, - наличие в корпусе испытателя блока электронного программного управления в составе контроллера, модуля памяти с АЦП, интерфейса, схемы управления электродвигателями и контактора для запуска режима испытания;
- взаимосвязь указанных средств, обеспечивающих полную автоматизацию открытых и закрытых периодов испытания скважин без вмешательства оператора с поверхности.

Заявителю неизвестны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Таким образом, заявляемый автоматический испытатель пластов соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан испытатель пластов в транспортном положении с закрытым впускным клапаном; на фиг. 2 - испытатель пластов с открытым впускным клапаном в процессе притока пластового флюида (контактор 34 включен); на фиг. 3 - испытатель с закрытым впускным клапаном в процессе записи кривой восстановления давления, на фиг. 4 - структурная схема блока электронного программного управления.

Испытатель пластов (фиг. 1) состоит из корпуса 1, жестко связанного со штоком 2 впускного клапана, камеры 3 внутритрубного давления, расположенной над штоком 2 впускного клапана в патрубке 4, соединенного с корпусом 1. Камера 3 снабжена разделительным поршнем 5 для связи с внутритрубным давлением.

В корпусе 1 установлен гидропривод, состоящий из цилиндра 6, поршня 7, передающего свои поступательно-возвратные перемещения через шток 8 на впускной клапан 9. Впускной клапан 9 размещен подвижно на штоке 2 впускного клапана, перекрывает радиальные каналы "а" уплотнениями 10, 11 и жестко связан со штоком 8.

Элементами электромеханической части системы управления, размещенными в корпусе 1, являются гильзы 12, 13 с гидравлически уравновешенными золотниками 14, 15, связанные винтовыми парами 16, 17 с редукторами 18, 19, которые соединены с электродвигателями 20, 21.

Источником гидравлического воздействия давлением на поршень гидропривода служит камера 22 наружного давления, которая расположена в нижней части корпуса и связана с затрубной, наружной средой через разделительный поршень 23.

Гильзы 12, 13 имеют рабочие окна "б", которые трубопроводами 24, 25, 26, 27, 28, 29 соединены друг с другом, с цилиндром 6 гидропривода, с камерой 3 внутритрубного давления и с камерой 22 наружного давления. Цилиндр 6 гидропривода, золотники 14, 15, камера 22 наружного давления и трубопроводы 24, 25, 26, 27, 28, 29 заполнены рабочей жидкостью (маслом).

Ниже камеры 22 расположены блоки электронного программного управления 30 и постоянного питания 31, связанные электрической цепью 32. Блок электронного программного управления 30 имеет контактор 34, взаимодействующий со штоком 33 пакера (на фиг. 1 не показан).

На фиг. 4 показана структурная схема блока электронного программного управления, включающая в себя контроллер 35, программно обеспечивающий обработку измеряемых значений, обнаруженных датчиком давления 36, или других параметров, обнаруженных другими датчиками, которые преобразуются в цифровую информацию и хранятся в модуле памяти с аналого-цифровым преобразователем 37. Контроллер 35 подает команду на схему управления 38 о включении и выключении электродвигателей 20, 21.

Контактор 34 переключает блок электронного программного управления из режима ожидания (режим минимального потребления питания для записи и хранения информации) в режим активного состояния (испытания пласта).

Блок постоянного питания 31 через электрическую цепь 32 обеспечивает работу электронных схем блока электронного программного управления 30 и электродвигателей 20, 21. Интерфейс 39 (фиг. 4) предназначен для взаимодействия с персональным компьютером, для задания программы испытания и считывания результатов испытания.

Спуск в скважину испытателя пластов осуществляется на пустых или частично заполненных насосно-компрессорных или бурильных трубах в компоновке с пакером, расположенным ниже.

Устройство работает следующим образом.

При спуске в скважину испытателя пластов (фиг. 1) впускной клапан 9 закрыт в уплотнениях 10, 11. Золотники 14, 15 находятся в крайне нижних положениях, т.е. переток рабочей жидкости по трубопроводам 24, 25, 26, 27, 28, 29 не происходит, блок электронного программного управления 30 работает в режиме ожидания и регистрации изменения давления окружающей среды датчиком 36 (фиг. 4) во время спуска или подъема испытателя пластов. Данные с датчика 36 записываются в модуль памяти с АЦП 37.

При достижении испытателя пластов заданной глубины под весом колонны труб происходит пакеровка. Подвижный шток 33 пакера перемещается вверх на величину свободного хода и своим выступом замыкает контакты в контакторе 34 (фиг. 2), который включает электрическую цепь между контроллером 35 и схемой управления электродвигателями 38 (фиг. 4), осуществляя запуск режима активного состояния блока электронного программного управления 30. По истечении времени готовности (1÷2 мин) контроллер 35 включает запрограммированный режим испытания пласта в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Для осуществления процесса притока пластового флюида по команде контроллера 35 включается электродвигатель 21 (фиг. 1), который через редуктор 19 и винт 17 отрабатывает поступательное движение золотника 15 в полости гильзы 13 из положения позиции фиг. 1 в положение позиции фиг. 2. Это обеспечивает сообщение камеры 22 наружного давления с нижней полостью цилиндра 6 под поршнем 7 по трубопроводам 29, 25, 27, через рабочие окна "б" золотника 15, причем верхняя полость цилиндра сообщается с камерой 3 внутритрубного давления по трубопроводам 26, 28. Перепад давления от наружного и внутритрубного давлений воздействует на поршень 7 и создает усилие, с которым через шток 8 перемещает впускной клапан 9, открывая радиальные каналы "а" на штоке 2 впускного клапана, через которые обеспечивается приток пластового флюида в полость труб. После открытия впускного клапана 9 по команде с блока электронного программного управления 30 через заданное время золотник 15 возвращается в исходное положение. Поршень 7 в цилиндре 6 остается в верхнем положении на весь период притока пластового флюида до следующей команды с блока электронного программного управления 30.

Закрытие впускного клапана 9 (период восстановления давления) обеспечивает золотник 14, который по команде с блока электронного программного управления 30 через заданное время включением электродвигателя 20 перемещается из положения позиции фиг. 1 в положение позиции фиг. 3.

При этом рабочая жидкость из камеры 22 наружного давления по трубопроводам 29, 24, 26 воздействует на поршень 7, усилие которого через шток 8 возвращает впускной клапан 9 в исходное (закрытое) положение.

После закрытия впускного клапана по команде с блока электронного программного управления 30 через заданное время золотник 14 возвращается в исходное положение (фиг. 1).

Периодичность открытых и закрытых периодов испытания пласта (количество циклов) задается алгоритмом, запрограммированным в блоке электронного программного управления 30, и объемом расходуемой рабочей жидкости в камере 22 наружного давления и равнозначным объемом камеры 3 внутритрубного давления.

При необходимости прерывания притока пластового флюида с испытателя пластов и пакера снимается нагрузка от веса колонны труб. При этом пакер растягивается и его шток 33 размыкает контактор 34, а блок электронного программного управления 30 подает команду на закрытие впускного клапана.

Автоматический испытатель пластов может быть использован в наклонных, сильно искривленных, в горизонтальных скважинах, а также в скважинах, пробуренных с плавающих платформ, когда управление испытателями пластов затруднено традиционными методами, при этом обеспечивается многоцикловый процесс испытания скважин по заранее заданной программе.

Формула изобретения

Испытатель пластов, содержащий полый корпус и установленные в нем электромеханический блок с реверсивным электродвигателем с редуктором, неподвижный полый шток и впускной клапан, отличающийся тем, что он снабжен блоком постоянного питания, блоком электронного программного управления, состоящим из контроллера, модуля памяти с АЦП, датчиков, интерфейса и контактора, а впускной клапан снабжен гидроприводом для обеспечения поступательно-возвратного движения в режиме притока и восстановления давления, состоящим из силового цилиндра с поршнем, шток которого жестко связан с впускным клапаном, при этом гидропривод обвязан системой трубопроводов с автономными камерами наружного и внутритрубного давлений, заполненных рабочей жидкостью и содержащих разделительные поршни, причем камера с внутритрубным давлением расположена над штоком впускного клапана в патрубке, а камера с наружным давлением в нижней части корпуса, при этом электромеханический блок снабжен вторым реверсивным электродвигателем с редуктором, причем редукторы обоих реверсивных электродвигателей связаны винтовыми парами с гидравлически уравновешенными золотниками в гильзах с возможностью обеспечения изменения направления потока рабочей жидкости в силовом цилиндре, причем блок постоянного питания связан электрической цепью с входом блока электронного программного управления, выходы которого соединены с реверсивными электродвигателями, при этом вход контроллера является входом блока электронного программного управления, а первый выход контроллера связан через модуль памяти с АЦП со входом схемы управления электродвигателями, второй выход контроллера связан с интерфейсом, а вход модуля памяти с АЦП связан с датчиками, при этом первый выход схемы управления электродвигателями связан с контроллером через контактор взаимодействующий со штоком пакера, а второй и третий ее выходы являются выходами блока электронного программного управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4