Опробователь пластов

 

Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Сущность изобретения: опробователь пластов содержит уплотнительный элемент 3, шток 4 с выступом 5, подпружиненный ступенчатый цилиндр 6, образующий между штоком и выступом герметичную камеру 7, сообщенную с енутритрубным пространством, конус 12 с плашками 13, уравнительный клапан 2 и сбрасываемый шар 24. Хвостовая часть ступенчатого цилиндра 6 имеет кольцевую ступень 8 с внутренним диаметром больше диаметра ступенчатого цилиндра 6. В выступе 5 имеются сквозные отверстия , в которых размещены выступающие внутрь штока 4 плунжеры 9, контактирующие с внутренними поверхностями ступенчатого цилиндра 6 и кольцевой ступени 8. В хвостовой части ступенчатого цилиндра б жестко установлен поршень 16. образующий дополнительную герметичную каммеру 17, сообщенную через каналы Б и В с внутритрубным пространством. Внутренние поперечные площади F и F обеих камер равны После вскрытия бурением исследуемого пласта оборудование приподнимают от забоя Внутрь труб закачивают облегченную смесь, затем сбрасывают шар 24, который садится на выступающие внутри штока 4 плунжеры 9. Создается избыточное давление в камере 7. В результате плашки 13 передвигаясь по конусу 12 зацепляются к стенкам скважины Шар 24 падает в карман Происходит пакеровка скважины. Открытием устьевого крана осуществляют вызов притока пластового флюида в колонну труб. Натяжением колонны труб сообщают через канал Д затрубного пространства с внутритрубным и вытесняют отобранную пробу на поверхность. Происходит распакеровка скважины и все узлы оборудования принимают исходное положение. При необходимости операции по бурению и опробованию пласта можно повторить многократно. 1 з.аф-лы, 3 ид

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5029629/03 (22) 27.02.92 (46) 30.12.93 Бюл. Na 47-48 (76) Нагуманов Марат Мирсатович (54) ОПРОБОВАТЕЛЬ ПЛАСТОВ (57) Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Сущность изобретения: опробователь пластов содержит уплотнительный элемент 3, шток 4 с выступом 5, подпружиненный ступенчатый цилиндр 6, образующий между штоком и выступом герметичную камеру 7, сообщенную с внутритрубным пространством, конус 12 с плашками 13, уравнительный клапан 2 и сбрасываемый шар 24. Хвостовая часть ступенчатого цилиндра 6 имеет кольцевую ступень 8 с внутренним диаметром больше диаметра ступенчатого цилиндра 6. В выступе 5 имеются сквозные отверстия, в которых размещены выступающие внутрь штока 4 плунжеры 9, контактирующие с внутренними поверхностями ступенчатого цилиндра б и кольцевой ступени 8. В хвостовой части ступенчатого цилиндра 6 жестко установлен поршень 16, обра(19) Ю .1 (11) 2(..)()5 ) 73 (.,1 дцю епцу в зующий дополнительную герметичную каммеру 17, сообщенную через каналы Ei и В с внутритрубным пространством. Внутренние поперечные площади

F u F обеих камер равны. После вскрытия буре— т в нием исследуемого пласта оборудование приподнимают от забоя. Внутрь труб закачивают облегченную смесь, затем сбрасывают шар 24, который садится на выступающие внутри штока 4 плунжеры

9. Создается избыточное давление в камере 7. В результате плашки 13 передвигаясь по конусу 12 зацепляются к стенкам скважины. Шар 24 падает в карман. Происходит пакеровка скважины. Открытием устьевого крана осуществляют вызов притока пластового флюида в колонну труб. Натяжением колонны труб сообщают через канал Д затрубного пространства с внутритрубным и вытесняют отобранную пробу на поверхность. Происходит распакеровка скважины и все узлы оборудования принимают исходное положение. При необходимости операции по бурению и опробованию пласта можно повторить многократно. 1 зл.ф-лы, 3 иа

f/

Х

lg

J

5

sP

fO

Л

5 -ф

Р 8

/7 ф .d3

2005173

10

25

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в именно к опробоватепАМ пластов в процессе бурения без подъема долота.

Известен опробователь плас ов в про«ессе бурения, включающий установленные в бурильной колонне пакерный узел, клапаиную систему и съемный пробоотборник, спускаемый внутрь труб (1).

Однако применение съемного пробоотборника, имеющего небольшой обьем, не позволяет получить из пласта значительное количество пластовых флюидов. Поэтому этот опробователь может быть рекомендован для опробования горизонтов с небольшими интервалами. Кроме того, опробователь не позволяет опробовать пласт без упора на забой.

Известен также опробователь пластов в процессе бурения, включающий ступенчатый корпус с радиальными каналами, шток, пакер, уравнительный клапан, выполненный в виде втулки и образующий с корпусом камеру, жестко связанный с корпусом поршень с обратным клапаном (2) После вскрытия бурением намеченного к испытанию интервала внутрь колонны труб закачивают определенное количество воды, воздуха или другую облегченную смесь, чтобы создать достаточную депресси:o на пласт. Осуществляют пакеровку скважины созданием осевой нагрузки на н ижн юю часть колонны труб.

Для вызова притока из пласта открывают устьевой кран. После извлечения из пласта определенного количества пластового флюида натяжением колонны труб открывается канал (Г), сообщая внутритрубное пространство с затрубным. При этом промывочная жидкость из затрубного пространства поступает во внутреннюю полость труб и вытесняет отобранную пробу на поверхность.

При необходимости операцию можно повторять многократно.

Однако на практике по геологическим условиям проводки скважин в ряде случаев возникает необходимость в проведении опробования пластов беэ упора на забой по мере вскрытия их бурением. Данный опробователь пластов обеспечивает опробование пластов только с упором на забой.

Изобретение позволяет многократно проводить опробование пласта без упора на забой в процессе бурения.

Использование предложенного опробователя позволяет обеспечивать безопасность работ и достоверность информации при опробовании нефтеносных и газоносных пластов.

Это достигается тем, что опробователь пластов, содержащий шток с выступом и осевым каналом, уплотнительный элемент, установленный на штоке, ступенчатый цилиндр, образующий между штоком и выступом герметичную камеру, сообщенную с внутритрубным пространством, снабжен конусом с плашками, установленный на штоке, плунжерами и сбрасываемым шаром, При этом ступенчатый цилиндр подпружинен относительно конуса и связан с плашками, хвостовая часть ступенчатого цилиндра имеет кольцевую ступень, Выступ штока выполнен со сквозными радиальными отверстиями. Плунжеры размещены в сквозных радиальных отверстиях выступа с возможностью удержания одними своими концами сбрасываемого шара в осевом канале штока при взаимодействии другими концами с внутренней поверхностью ступенчатого цилиндра и освобождения сбрасываемого шара при взаимодействии ими с внутренней поверхностью кольцевой ступени.

Хвостовая часть ступенчатого цилиндра снабжена жестко связанным с ней поршнем, установленным с возможностью образования между штоком, выступом и ступенчатым цилиндром дополнительной герметичной камеры, гидравлически связанной с осевым каналом штока, причем площади рабочих поверхностей выступа штока в камерах равны между собой.

На фиг,1 представлен опробователь пластов в процессе бурения скважины; на фиг.2 - шар, сбрасываемый внутрь бурильной колонны; на фиг,2 — опробователь пластов в процессе отбора пластового флюида.

Опробователь пластов содержит два основных узла: пакерный узел 1 и уравнительный клапан 2.

Пакерный узел содержит уплотнительный элемент 3, шток 4 с выступом 5, ступенчатый цилиндр 6, образующий между штоком 4 и выступом 5 герметичную камеру

7, сообщенную через канал А с внутри трубным пространством.

В штоке 4 под выступом 5 предусмотрены каналы Б и В.

Хвостовая часть ступенчатого цилиндра

6 снабжена кольцевой ступенью 8 с внутренним диаметром, большим диаметра ступенчатого цилиндра 6. S выступе 5 имеются радиально просверленные сквозные отверстия, в которых размещены выступающие внутрь штока 4 плунжеры 9, взаимодействующие с внутренними поверхностями ступенчатого цилиндра 6 и кольцевой ступени

2005173

20

40

Между упором 10 и ограничительной шайбой 11 расположен конус 12. На выборках конуса 12 в виде ласточкина хвоста размещены плашки 13. Нижний конец каждой плашки через Т-образные выборки находится в зацеплении с втулкой 14.

B исходном положении плашки 13 и ступенчатый цилиндр б под действием пружины 15 перемещены вниз по отношению к штоку 4.

В хвостовой части ступенчатого цилиндра б жестко закреплен поршень 16, образующий между штоком, выступом 5 и ступенчатым цилиндром 6 дополнительную герметичную камеру 17, сообщенную через каналы Б и В с внутритрубным пространством, Внутренние поперечные площади F1 и

Fz камер 7 и 17 выполнены одинаковыми т.е.

F1= F2.

Уравнительный клапан 2 содержит корпус 18, шток 19 с поршнем 20, дифференциальный поршень 21, который образует между штоком 19 и поршнем 20 герметичную камеру 22, сообщенную через каналы Г и Д с внутритрубным пространством. Шток

19 выполнен с возможностью относительного осевого перемещения по отношению к корпусу 18. Для создания крутящего момента на нижнюю часть опробователя в корпусе

18 и на штоке 19 предусмотрены шлицы, К нижнему концу пакерного узла 1 присоединяется труба 23 с карманом для сбора сбрасываемого шара 24 (фиг.2). Под трубой

23 установлен обратный клапан (не показан).

При роторном бурении к нижнему концу трубы 23 наворачивается долото 25. При турбинном способе бурения между долотом

25 и трубой 23 устанавливается турбобур (не показан).

При спуско-подъемных операциях шток

19 уравнительного клапана 2 находится в растянутом положении по отношению к корпусу 18. При этом дифференциальный поршень 21 под действием перепада давления в затрубном и внутритрубном пространствах перемещается вниз, открывая канал Д для заполнения или слива скважинной жидкости.

В процессе бурения скважины промывочная жидкость проходит через шток 4 пэкерного узла, кольцевое пространство между карманом и корпусом трубы, обратный клапан, турбобур при турбинном бурении, долото 25 и выходит в затрубное пространство, При бурении скважины за счет возникшего перепада давления в долоте, турбобуре и в обратном клапане в камерах 7 и 17 возникает одинаковое избыточное давление. Так как внутренние площади поперечных с чений F1 и F2 камер 7 и 17 выполнены равными друг другу, т.е. Ft = Fz, то усилие, действующее вверх в камере 7, равно усилию, действующему вниз в камере 17. Поэтому независимо от величины избыточного давления внутри этих камер исключаются преждевременное перемещение ступенчатого цилиндра 6 и плашек 13 вверх по отношению к штоку 4 и деформация уплотнительного элемента 3.

При бурении скважины дифференциальный поршень 21 передвинут вверх до упора, а канал Д изолирован от затрубного пространства. При этом под действием осевой сжимающей нагрузки шток 19 перемещен вниз до упора с корпусом 18 (фиг.1).

После вскрытия намеченного к опробованию горизонта бурение останавливают.

Инструмент приподнимают от забоя с тем расчетом, чтобы уплотнительный элемент 3 установить в выбранном интервале.

С помощью насоса или компрессора через устьевой кран закачивают внутрь колонны труб определенное количество воды, воздуха или другую облегченную смесь, чтобы создать достаточную депрессию на пласт. После этого внутрь бурильной колонны сбрасывают шар 24, который садится на выступающие концевые части плунжеров 9 внутри штока 4, изолируя проходкой канал в штоке пакерного узла.

Путем нагнетания облегченной смеси внутри бурильной колонны над шаром 24 создают избыточное давление, Так как про- ходной канал в штоке 4 между каналами А и

Б изолирован шаром 24 то в камере 7 возникает избыточное давление по сравнению с камерой 17. Под действием избыточного давления в камере 7 ступенчатый цилиндр 6 с поршнем 17, а также втулка 14 перемещаются вверх, преодолевая усилия пружины

15, В результате плашки 13, перемещаясь по конусу 12 в осевом и радиальном направлениях, входят в контакт со стенками скважины. При этом уплотнительный элемент 3 не деформирован, а плунжеры 9 находятся в выступе 5 в исходном положении (фиг.1), На колонну труб передают осевую сжимающую нагрузку. После сцепления плашек

13 со стенками скважины шток 4 перемещается вниз и уплотнительный элемент 3, деформируясь, перекрывает кольцевое пространство изолируя подпакерную зону, При перемещении штока 4 вниз относительно ступенчатого цилиндра 6 и поршня 16 открывается впускной канал В, сообщая подпакерную зону с внутритрубным пространством. Одновременно по мере пере8 мещения штока 4 вниз относительно ступенчатого цилиндра 6 плунжеры 9 оказываются в зоне кольцевой ступени 8, 8 результате иэбыточнога давления над ша= ром 24, плунжеры 9 утопают в выборке кольцевой ступенИ 8 Ступеннатогр цИлИНдра (фиг;,3), а шар 24 падает н карман, размещенный в трубе 23.

Для вызова притока иэ пласта открыва=

15 ют устьевой кран. Пластовый флюид иэ подпакерного пространства через впускной канал В поступает ао внутреннюю полость колонны труб, В процессе притока пластоеого флюида шток 29 уравнительного клаеана ;2 перемещен вниз по отношению к корг/су 18, дифференциальный поршень 21 передвинут вверх, а канал Д перекрыт(фиг 3), При этом обратный клапан, размещенный под трубой

23; под действием усилия пружины и переносительно корпуса 19, канал Д сообщается с эатрубным пространством, что фиксируется на устье повышением давления, а канал

В перекрывается поршнем 16.

Открывают устьевой кран, и под действием перепада давления промывочная жидкость иэ эатрубного пространства через канал Д поступает во внутреннюю полость колонны труб и вытесняет отобранную пластовую пробу на поверхность.

После полного вытеснения отобранного в трубах пластового флюида на поверхность давление над и под пакером, а также внутри колонны труб выравнивается, уплотнительный элемент принимает первоначальное положение. При натяжении колонны труб шток 4 утолщенной частью через упор 10

40 (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 306745, кл. Е 21 8 49/00, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

hL 825890, кл. Е 21 В 49/00, 1981.

Формула изобретения

45 ступень, выступ штока выполнен со сквоз- ными радиальными отверстиями, плунжеf, ОПРОБОВАТЕЛЬ ПЛАСТОВ, содер- ры размещены в сквозных радиальных жащий шток с выСтупом и осевым каналом, отверстиях выступа с воэможностью удерУплотнительный элемент, Установленный жания одними своими концами сбрасываена штоке, стУпенчатый цилиндр. Установ- 50 мого шара в осевом канале штока при ленный с возможностью обраэованиЯ меж- взаимодействии другими своими концами ду штоком и выступом штока герметичной с внутренней поверхностью ступенчатого камеРы, сообщенной с внутритрубным цилиндра и освобождения сбрасываемого пространством, отличающийсЯ тем, чтО он шара при взаимодействии ими с внутренснабжен конусом с плашками установлен- ней поверхностью кольцевой ступени.

- 55 ным на штоке, плунжерами и сбрасывае2. Опробователь по п.1, отличающийся мым шаром, при этом ступенчатый тем, что хвостовая часть ступенчатого цицилиндр подпружинен относительно конулиндра снабжена жестко связанным с ней са и связан с плашками, хвостовая часть поршнем, установленным с возможностью ступенчатого цилиндра имеет кольцевую пара давления перекрыт(ке показан).

После извлечения из дласта достаточного количества пластрвого флюида осуществляют натяжение колонны труб. В

Результате шток 19 перемещается вверх от- 25 воздействует íà конус 12 и перемещает его вверх, Плашки 13 отцепля@тся от станок скважины, 3атем ступенчатый цилиндр 6 и плашки 13 под действием пружины 15 перемещаются ениэ в исходное положение, Однобременнц под воЗдействием конической поверхности 26 (фиг,З) плунжеры 9 перемещаются в радиальном направлении внутрь штока и занимают исходное положение (фиг,1), .

Если нет необходимости в повторном опробовании, осуществляют подъем оборудования, В тех случаях, когда долото не сработано и есть необходимость в бурении и опробовании нижележащего пласта, операцию повторяют в описанной выше последовательности.

При необходимости предложенный опробователь пластов может быть использован для выделения проницаемой части пласта, зоны. поглощающих пластов и определения их гидродинамических характеристик. В атом случае после пакеровки скважины в исследуемый пласт эакачивают жидкость при различных режимах. Кроме того, предложенный опробоват яь пластов может быть использован также для ликвидации зон поглощения.

Экономический эффект от применения предложенного опробователя пластов достигается за счет возможности вскрытия их бурением без упора на забой, выбора наиболее оптимального места установки пакера, обеспечения безопасности и достоверности информации при опробовании нефтеносных и газоносных пластов в осложненных условиях бурения.

2005173

Составитель М,Нагуманова

Редактор Т,Рыбалова Техред M,Моргентал Корректор М Шааоши

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3425

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 образования между штоком, выступом и ступенчатым цилиндром дополнительной герметичной камеры, гидравлически связанной с осевым каналом штока, причем площади рабочих поверхностей выступа штока в камерах равны между собой.