пакерующее устройство для избирательного испытания пластов

Формула изобретения

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов, содержащее верхний соединительный узел для фиксации на колонне труб, верхний и нижний пакеры с уплотнительными элементами, верхний и нижний подвижные штоки, выполненные с осевыми каналами, размещенные в полостях пакеров, причем осевой канал нижнего подвижного штока снабжен глухой перегородкой, и полый фильтр, установленный между верхним и нижним пакерами, отличающееся тем, что верхний и нижний подвижные штоки жестко и герметично соединены между собой, снабжены сверху соединительным узлом и выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз, при этом уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров расположены между упорами, причем верхний упор нижнего пакера жестко соединен полым фильтром с нижним упором верхнего пакера, который снабжен сверху пружинными центраторами, а один из упоров каждого пакера выполнен в виде гидроцилиндра, жестко соединенного с пакером, и кольцевого поршня, взаимодействующего с уплотнительным элементом, причем внутренние полости каждого гидроцилиндра выполнены с возможностью взаимодействия с осевым каналом подвижных штоков выше глухой перегородки и герметичной изоляции при перемещении подвижных штоков вниз относительно пакеров, при этом верхний подвижный шток снабжен герметично перекрытым верхним пакером радиальным каналом, выполненным с возможностью взаимодействия с наружным пространством через полый фильтр при перемещении подвижных штоков вниз относительно пакеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для испытания пластов в вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважинах, в том числе и с открытыми стволами.

Известен испытатель пластов без опоры на забой поинтервального типа ИМ-8, разработанный институтом ВНИИБТ (Ясашин А.М. и др. Техника и технология испытания пластов в процессе бурения наклонных скважин. М.: Недра, 1972, с.84-94), включающий верхний и нижний пакеры с гидравлическими уплотнительными элементами, фильтр (выполняющий одновременно роль корпуса, в котором расположены гидравлические нагнетательные каналы последовательной связи уплотнительных элементов и уравнительного устройства), уравнительный канал, впускной клапан, гидравлический цилиндр с дифференциальным поршнем, отсекающий клапан управления запакеровкой (снабженный пружинным фонарем), кулачковый механизм. При использовании ИП-8 для осуществления пакеровки производится приподнятие и вращение колонны труб. Также вращением бурильных труб закрывается впускной клапан.

Недостатками конструкции устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во-вторых, сложность изготовления, связанная с тем, что в теле фильтра выполнены гидравлические (нагнетательные) каналы, соединяющие последовательно полости нижнего и верхнего пакеров;

в-третьих, сложность технологии применения устройства, обусловленная тем, что в процессе работы необходимо осуществлять осевые перемещения и вращения колонны труб для пакеровки и управления работой глубинной клапанной системы, что затрудняет осуществление надежной пакеровки.

Наиболее близким является пакерующее устройство для избирательного испытания пластов (патент RU №2101463, МПК 7 Е21В 33/124; 49/08, опубл. в бюл. №1 от 10.01.1998 г.), содержащее верхний и нижний пакеры с гидравлическими уплотнительными элементами, подвижные штоки, выполненные с осевьми каналами, размещенные в полостях пакеров, и полый фильтр, установленный между верхним и нижним пакерами, при этом в осевом канале подвижного штока верхнего пакера установлен обратный клапан, выполненный с обводным каналом, подвижный шток нижнего пакера снабжен глухой перегородкой и образует своей верхней частью в нижнем пакере камеру, соединенную с обводным каналом обратного клапана гибким соединителем, размещенным в полостях фильтра.

Недостатками конструкции устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во-вторых, большие материальные затраты из-за сложности изготовления, сборки, применения и обслуживания;

в-третьих, низкая надежность в работе из-за большого количества сопрягаемых деталей.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, снижение материальных затрат на изготовление, а также повышение надежности в работе.

Поставленная задача решается пакерующим устройством для избирательного испытания пластов, содержащим верхний соединительный узел для фиксации на колонне труб, верхний и нижний пакеры с уплотнительными элементами, верхний и нижний подвижные штоки, выполненные с осевыми каналами, размещенные в полостях пакеров, причем осевой канал нижнего подвижного штока снабжен глухой перегородкой, и полый фильтр, установленный между верхним и нижним пакерами.

Новым является то, что верхний и нижний подвижные штоки жестко и герметично соединены между собой, снабжены сверху соединительным узлом и выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз, при этом уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров расположены между упорами, причем верхний упор нижнего пакера жестко соединен полым фильтром с нижним упором верхнего пакера, который снабжен сверху пружинными центраторами, а один из упоров каждого пакера выполнен в виде гидроцилиндра, жестко соединенного с пакером, и кольцевого поршня, взаимодействующего с уплотнительным элементом, причем внутренние полости каждого гидроцилиндра выполнены с возможностью взаимодействия с осевым каналом подвижных штоков выше глухой перегородки и герметичной изоляции при перемещении подвижных штоков вниз относительно пакеров, при этом верхний подвижный шток снабжен герметично перекрытым верхним пакером радиальным каналом, выполненным с возможностью взаимодействия с наружным пространством через полый фильтр при перемещении подвижных штоков вниз относительно пакеров.

На чертеже в продольном разрезе представлено предлагаемое пакерующее устройство для избирательного испытания пластов в исходном положении.

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов содержит верхний 1 и нижний 2 пакеры с уплотнительными элементами 3 и 4 соответственно, верхний 5 и нижний 6 подвижные штоки, выполненные с осевыми каналами 7 и 8, размещенные соответственно в полостях верхнего 1 и нижнего 2 пакеров.

Осевой канал 8 нижнего подвижного штока 6 снабжен глухой перегородкой 9. Между верхним 1 и нижним 2 пакерами установлен полый фильтр 10.

Верхний 5 и нижний 6 подвижные штоки жестко и герметично соединены между собой посредством патрубка 11, а сверху верхний подвижный шток 5 оснащен верхним соединительным узлом 12. Верхний 5 и нижний 6 подвижные штоки выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего 1 и нижнего 2 пакеров только вниз.

Уплотнительные элементы 3 и 4 верхнего 1 и нижнего 2 пакеров соответственно расположены между упорами 13 (14) и 15 (16). Верхний упор 15 нижнего пакера 2 жестко соединен полым фильтром 12 с нижним упором 14 верхнего пакера 1.

Верхний пакер 1 снабжен сверху пружинными центраторами 17. Упор 13 верхнего пакера 1 и упор 16 нижнего пакера 2 выполнены в виде гидроцилиндра 18 (19), жестко соединенного ответственно с верхним 1 и нижним 2 пакерами, и кольцевого поршня 20 (21), взаимодействующего с уплотнительным элементом 3 (4).

Внутренние полости 22 (23) каждого гидроцилиндра 18 (19)выполнены с возможностью взаимодействия с осевым каналом 7 (8) подвижных штоков 5 (6) выше глухой перегородки 9 и герметичной изоляции при перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2). Верхний подвижный шток 5 снабжен герметично перекрытым верхним пакером 1 радиальным каналом 24, выполненным с возможностью взаимодействия с наружным пространством (не показано) через полый фильтр 10 при перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2).

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 25, 26, 27, 28.

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов работает следующим образом.

На устье скважины (не показано) подбирают необходимую длину фильтра 10 в зависимости от высоты испытываемого пласта и посредством переводника 11 соединяют верхний 5 и нижний 6 подвижные штоки. После этого пакерующее устройство в сборе на колонне труб 29 спускают в скважину, при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщается с внутренними полостями 22 (23) гидроцилиндра 18 (19), а радиальный канал 24 верхнего подвижного штока 5 герметично перекрыт верхним пакером 1. В процессе спуска пакерующего устройства в скважину пружинные центраторы 17 центрируют устройство относительно оси скважины.

Достигнув интервала испытываемого пласта (не показано), пакерующее устройство устанавливают таким образом, чтобы верхний пакер 1 находился выше испытываемого пласта, а нижний пакер 2 находился ниже испытываемого пласта.

Далее с устья скважины в колонне труб 29, осевом канале 7 (8) создают избыточное давление (например 15,0 МПа), которое попадает во внутренние полости 22 (23) гидроцилиндра 18 (19) и воздействует на кольцевой поршень 20 (21), так как снизу нижний подвижный шток 6 снабжен глухой перегородкой 9.

Под действием избыточного давления кольцевой поршень 20 (21) герметично относительно гидроцилиндра 18(19) перемещается, сжимая уплотнительный элемент 3 (4), при этом кольцевой поршень 20 перемещается вниз, а кольцевой поршень 21 - вверх.

Уплотнительный элемент 3 (4) сжимается, герметично прижимаясь к внутренним стенкам скважины (не показано), при этом испытываемый пласт герметично изолируется как сверху, так и снизу.

Далее, не сбрасывая избыточного давления (15,0 МПа) в колонне труб 29, осевом канале 7 (8) и соответственно во внутренних полостях 22 (23), поскольку они гидравлически связаны, опускают колонну труб 29 вниз до тех пор, пока радиальный канал 24 не выйдет из герметичного взаимодействия с верхним пакером 1 и не установится напротив полого фильтра 10, при этом внутренние полости 22 (23) гидравлически отсекаются от внутреннего пространства колонны труб 29, осевого канала 7 (8) подвижными штоками 5 (6), образуя гидравлический затвор.

В таком положении производят испытание пласта, заключенного между верхним 1 и нижним 2 пакерами, при этом закачиваемая жидкость по колонне труб 29, осевой канал 5, радиальный канал 24 и полый фильтр 10 поступает в испытываемый пласт.

По окончании испытания пласта избыточное давление в колонне труб 29, осевом канале 7 (8) сбрасывают. Колонну труб 29 приподнимают вверх до тех пор, пока пакерующее устройство не вернется в исходное положение (см. чертеж), при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщится с внутренними полостями 22 (23) гидроцилиндра 18 (19), а радиальный канал 24 верхнего подвижного штока 5 герметично перекроется верхним пакером 1. После этого пакерующее устройство может быть извлечено на поверхность или избирательно переведено в другой интервал скважины для испытания следующего пласта.

Предлагаемое пакерующее устройство для избирательного испытания пластов имеет простую конструкцию, вследствие чего снижаются материальные затраты на его изготовление, а упрощенный технологический процесс применения устройства позволяет добиться качественной запакеровки и повысить надежность работы в целом.