запорное устройство для испытания скважины

Формула изобретения

1. Запорное устройство для испытания скважины с использованием дистанционных глубинных приборов, спускаемых в зону исследования на кабеле, состоящее из связанного с колонной труб клапанного механизма, включающего установленные относительно друг друга с возможностью осевого перемещения нижний шток-поршень и полый корпус, съемную герметизирующую втулку на кабеле над прибором и фиксаторы для втулки, отличающееся тем, что клапанный механизм снабжен верхним подвижным шток-поршнем, работающим на сжатие, при этом фиксаторы установлены в верхнем шток-поршне, а в нижнем шток-поршне выполнены щелевые отверстия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торец герметизирующей втулки выполнен с ребристым проточным упором, а сама втулка содержит радиальные каналы и утолщение снаружи под фиксатор втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для исследования скважин трубными пластоиспытателями с дистанционной регистрацией забойного давления и с геофизическим сопровождением.

Известно запорное устройство для испытания скважины, состоящее из полых корпуса и шток-поршня с возможностью взаимного перемещения относительно друг друга, спускаемого на кабеле запорного узла в виде уплотнительной втулки с дистанционным прибором и фиксаторов в виде раздвижных конических упоров ( авт. св. СССР 1033723, Е 21 В 49/00, 1981 г. "Запорное устройство для испытания скважины").

Недостатком указанного устройства является то, что спущенный на кабеле прибор не защищен от подъема его восходящей струей пластового флюида в процессе притока, часто приводящего к образованию на кабеле "жуков", что создает угрозу аварийной ситуации и преждевременного закрытия клапана уплотнительной втулкой.

Известен многоцикловый запорный клапан (принятый за прототип), состоящий из установленных с возможностью взаимного осевого перемещения полых корпуса и шток-поршня, съемной герметизирующей втулки, установленной на кабеле дистанционного прибора, и фиксаторов в виде шаров в корпусе клапана (авт. св. 939749, М.кл. Е 21 В 49/00, 1980 г. "Многоцикловый запорный клапан").

Недостатком указанного клапана является также незащищенность прибора на кабеле от подъема восходящей струей пластового флюида в процессе притока, что не исключает возможность аварии с провисающим кабелем внутри труб, кроме того, не исключено преждевременное закрытие герметизирующей втулки герметизирующей головкой, закрепленной на кабеле, и прекращение процесса притока пластового флюида.

Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства с дистанционными приборами на кабеле при испытании скважин трубными пластоиспытателями с геофизическим сопровождением.

Поставленная задача достигается тем, что запорное устройство содержит клапанный механизм, в полом корпусе которого установлены два шток-поршня с возможностью автономного осевого перемещения, причем верхний шток-поршень стремится быть в сжатом положении от перепада давления, когда наружное давление (Р_нар) больше внутреннего давления (Р_вн), а нижний шток-поршень стремится быть в растянутом положении при тех же условиях перепада давления. Кроме того, нижний шток-поршень содержит щелевые отверстия для потока пластового флюида и выравнивания давления, а в верхнем шток - поршне установлены фиксаторы в виде шаров для закрепления съемной герметизирующей втулки при снятии нагрузки с клапанного механизма, кроме того, герметизирующая втулка выполнена с ребристым проточным упором для перетока жидкости.

Новыми признаками, отличающими изобретение от прототипа, являются:

- выполнение клапанного механизма запорного устройства с двумя автономными полыми шток-поршнями внутри одного корпуса, причем верхний шток-поршень стремится быть в сжатом положении, а нижний шток-поршень стремится быть в растянутом положении под действием перепада давления, когда _нар>Р_вн;

- наличие фиксаторов в верхнем подвижном шток-поршне, что обеспечивает неподвижность съемной герметизирующей втулки с дистанционным прибором при снятии нагрузки с клапанного механизма в процессе записи КВД;

- наличие щелевых отверстий на нижнем шток-поршне, что обеспечивает интенсивный переток пластового флюида в обход уплотнения герметизирующей втулки с подтянутым к ней дистанционным прибором;

- выполнение герметизирующей втулки с ребристым проточным упором, радиальными каналами и утолщением снаружи.

На фиг.1 показано устройство после спуска в скважину в растянутом положении с дистанционным прибором перед началом пакеровки, общий вид; на фиг.2 - устройство в сжатом положении при проведении исследований в период притока пластового флюида; на фиг. 3 - устройство в процессе закрытия притока и восстановления давления; на фиг.4 - устройство в процессе спуска дистанционного прибора в зону иссследуемого объекта для геофизического каротажа.

Запорное устройство состоит из двух основных узлов - клапанного механизма, спускаемого в составе колонны труб вместе с комплектом пластоиспытательного инструмента, имеющего сквозной осевой канал, и запорного узла в виде съемной герметизирующей втулки на кабеле над дистанционным прибором.

Запорное устройство (фиг.1) включает клапанный механизм, внутри которого сверху и снизу установлены подвижно полые шток-поршень 2 и шток-поршень 3. Верхний шток - поршень 2 с корпусом 1 образует камеру "а" в уплотнениях 4, 5, влияющую на сжатие штока от Р=Р_нар-Р_вн благодаря радиальному каналу "б" в штоке 2 и каналу "в" в корпусе 1.

Нижний шток - поршень 3 с корпусом 1 образует камеру "г" в уплотнениях 6, 7, влияющую на растяжение штока от Р=Р_нар-Р_вн благодаря радиальным каналам "л" в штоке 3 и "е" в корпусе 1.

Верхний шток-поршень 2 содержит фиксаторы в виде шаров 8, которые утоплены в проточке 9 корпуса 1. Нижний шток-поршень 3 имеет продольные щелевые отверстия 10 между уплотнениями 7, 11.

Кожухи 12 и 13 на верхнем и нижнем штоках передают крутящий момент нижерасположенному пластоиспытательному оборудованию.

Запорный узел представляет собой съемную герметизирующую втулку 14, спускаемую в скважину на кабеле 15 вместе с дистанционным прибором 17. Втулка 14 с радиальными каналами содержит проточный ребристый упор 20, уплотнения 18, 19 и утолщение 16 под фиксаторы в виде шаров 8.

Перед спуском в скважину к нижнему концу клапанного механизма запорного устройства монтируется пластоиспытательное оборудование в составе: раздвижной механизм, испытатель пластов, пакер и якорь (не показаны). Все со сквозными проходными каналами. В такой компоновке комплект оборудования спускается на колонне порожних труб до места установки пакера. При закрытом впускном клапане испытателя пластов в условиях, когда Р_нар>Р_вн в процессе спуска перепад давления Р=Р_нар-Р_вн воздействует на шток-поршень 2 и стремится задвинуть его внутрь корпуса 1, т.е. находится в сжатом состоянии относительно корпуса 1. Однако спуск клапанного механизма происходит в растянутом виде, т.к. вес нижерасположенного оборудования превышает силу воздействия от давления Р. Воздействие Р на шток-поршень 3 напротив в отличие от шток-поршня 2 удерживает его в растянутом виде.

Устройство работает следующим образом.

По достижении пластоиспытательного оборудования заданной глубины в трубы спускается дистанционный прибор 17 на кабеле с герметизирующей втулкой 14 (см. фиг.1) до посадки ее в клапанный механизм устройства.

После закрепления якоря в стенках скважины и пакеровки под весом колонны труб происходит сжатие всех узлов пластоиспытательного оборудования в следующей последовательности: сжатие раздвижного механизма, сжатие клапанного механизма устройства и сжатие испытателя пластов с открытием впускного клапана.

При сжатии клапанного механизма герметизирующая втулка 14 (фиг.2) принудительно устанавливается ребристым проточным упором 20 на внутреннем утолщении шток-поршня 3 и фиксируется шарами 8, вышедшими из проточки 9 корпуса 1.

Дистанционный прибор 17, подтянутый кабелем 15, упирается в уплотняемый торец втулки 14. С открытием впускного клапана испытателя пластов начинается интенсивный приток пластового флюида в трубы через щелевые отверстия шток-поршня 3 в обход уплотнения 19 на герметизирующей втулке 14. При этом дистанционный прибор 17, прижатый к торцу втулки 14, защищен от ударных нагрузок и неподвижен в струе восходящего потока жидкости. Характер притока пластового флюида по кабелю от дистанционного прибора регистрируется на поверхности.

С целью закрытия притока и регистрации восстановления давления (КВД) осуществляют приподъем колонны труб при натянутом кабеле. Со снятием нагрузки с клапанного механизма шток-поршень 2 удерживается в сжатом положении относительно корпуса 1 под давлением Р=Р_нар-Р_вн, сохраняя фиксированное положение втулки 14, а шток - поршень 3 растягивается под действием этого же давления Р= Р_нар-Р_вн и герметизирующая втулка 14 своим уплотнением 19 устанавливается в гладкой поверхности верхней части шток-поршня 3 (фиг.3). Происходит полное перекрытие притока жидкости и на поверхности регистрируется процесс восстановления давления.

После окончания записи КВД колонну труб опускают, вновь нагружая запорное устройство для сжатия шток-поршня 3 с целью повторения притока пластового флюида. Манипуляции по открытию и закрытию можно многократно повторять, обеспечивая многоцикловость испытания пласта.

При этом сохраняется герметичность пакеровки и открытое положение впускного клапана испытателя пластов за счет гидравлической системы последнего.

В последнем цикле притока со снижением его интенсивности дистанционный прибор 17 спускается в зону испытываемого объекта через сквозные каналы всех узлов пластоиспытательного оборудования для штатного каротажа (фиг.4).

Извлечение дистанционного прибора производится после окончания работ по исследованию объекта. При этом необходимо дистанционный прибор подтянуть к герметизирующей втулке 14, приподнять колонну труб до полного растяжения всех узлов компоновки пластоиспытательного оборудования и снятия с места пакера с якорем. В таком положении дополнительной натяжкой кабеля расфиксированный дистанционный прибор извлекается из клапанного механизма устройства и извлекается на поверхность (фиг.1). Использование предложенного устройства защищает дистанционный прибор от ударных нагрузок и повышает надежность работы пластоиспытательного оборудования.