Устройство для свабирования скважин

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при освоении нефтяных скважин свабированием, а также для исследования неустановившихся процессов в пласте при остановке и пуске скважины. Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства путем обеспечения возможности исследования неустановившихся процессов в пласте и непрерывного контроля за натяжением кабеля, а также упрощения конструкции. Устройство выполнено в виде скважинного прибора, содержащего сваб и измерительный модуль. Сваб содержит основу из нескольких, соединенных между собой штанговых оправок с продольными каналами-пазами по образующим. На каждой из них установлен с возможностью перемещения вверх и вниз до упора набор манжет. Над ним размещены защитные проволочные скребки. Измерительный модуль включает два датчика давления, датчик натяжения кабеля и электрически соединенный с ними многоканальный усилитель. Один из датчиков давления установлен с возможностью измерения давления жидкости, заполняющей скважину, над свабом, а другой - под ним. Датчик натяжения кабеля соединяет сваб с кабельным наконечником и является основным грузонесущим элементом подвеса сваба. 4 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для исследования неустановившихся процессов в пласте при остановке и пуске скважины, в частности, при освоении нефтяных скважин свабированием, т. е. понижением уровня жидкости в них с помощью специального поршня (сваба), спускаемого в скважину на тросе или каротажном кабеле.

Известно устройство (сваб) для освоения нефтяных скважин свабированием [1], которое состоит из следующих основных узлов, считая сверху вниз: металлической штанги, соединяющейся специальным замком с тросом и служащей для утяжеления устройства, клапанной клетки с шариковым клапаном, пустотелого патрубка и установленной на нем манжеты, изготовленной из прорезиненного ремня.

При спуске сваба в скважину через насосно-компрессорные трубы (НКТ) шариковой клапан открыт, что позволяет свабу погружаться в скважину. При подъеме клапан закрывается и весь столб жидкости, находящийся над свабом, захватывается манжетой, поднимается к устью и выносится на поверхность.

При непрерывном свабировании уровень жидкости в скважине понижается и, соответственно, снижается давление на забое скважины, что вызывает приток в нее флюида из пласта.

Основным недостатком рассмотренного устройства является отсутствие контроля за процессом свабирования по таким параметрам, как разность давления жидкости над свабом и под ним, а также контроля за натяжением кабеля, поскольку устройство является чисто механическим средством вызова притока из пласта и не содержит датчиков и приборов для измерения этих параметров.

Другой недостаток состоит в том, что форма используемых резиновых манжет в виде цилиндрического кольца не способствует эффективному подъему и выносу столба жидкости из скважины.

Наконец, конструкция обратного клапана является недостаточно надежной, поскольку она не исключает возможности его засорения и закупорки парафином, шламом и т.д., что может привести к осложнениям при проведении работ.

Известное устройство для освоения скважин свабированием [2], включающее сваб и размещенный под ним измерительный модуль.

Сваб содержит основу в виде полого цилиндрического корпуса, механически соединенного снизу с головкой контейнера измерительного модуля, а сверху с каротажной головкой. Внутри корпуса размещен каротажный кабель, пропущенный через головку сваба. Кабель электрически и механически соединяет измерительный модуль с наземной аппаратурой и оборудованием. Снаружи на корпусе смонтирован предохранительный клапан, подпружиненный снизу, причем жесткость пружины может регулироваться специальной гайкой. Сверху предохранительный клапан закрыт затвором, который жестко закреплен на корпусе. Предохранительный клапан с помощью гайки, регулирующей жесткость пружины, может быть оттарирован на усилие открытия, величина которого меньше величины разрывного натяжения кабеля. На предохранительном клапане установлена уплотнительная манжета в виде цилиндрического кольца. Предохранительный клапан и его затвор снабжены сообщающимися пропускными каналами, выход которых на затворе оборудован подпружиненными сверху шаровыми клапанами. В теле затвора имеются также дополнительные перепускные каналы.

Измерительный модуль содержит датчики и приборы для контроля за процессом свабирования.

Основной недостаток устройства состоит в невозможности эффективного исследования неустановившихся процессов в пласте, например, по изменению разности давления жидкости под свабом и над ним, так как весь измерительный модуль находится под свабом, измерения над свабом отсутствуют, и поэтому неясно за счет чего происходит изменение давления под свабом, за счет поступления флюида из пласта или за счет протекания поднимаемой жидкости через уплотнительную манжету. Этот недостаток усугубляется тем, что используемая в устройстве форма манжеты в виде цилиндрического кольца не обеспечивает эффективного захвата и подъема столба жидкости над свабом.

Другой недостаток состоит в том, что при засорении пружины предохранительного клапана посторонними предметами, шламом и т.д. настроенный на открытие при определенном усилии клапан может не сработать. Это, в свою очередь, может привести к обрыву кабеля, что недопустимо.

Наконец, конструкция шаровых клапанов недостаточно надежна, поскольку она не исключает возможности их засорения и закупорки парафином, шламом и т. д., что чревато осложнением при проведении работ.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является устройство для освоения скважин свабированием [3], принятое нами за прототип.

Устройство включает сваб, закрепляемый на кабеле, и размещенный под ним измерительный модуль, который при помощи кабеля электрически и механически соединяется с наземной аппаратурой и оборудованием.

Сваб содержит основу в виде полого цилиндрического корпуса, на котором смонтирована уплотнительная манжета, вложенная внутрь пластинчатого каркаса рессорного типа с нижним и верхним кольцами. Нижнее кольцо подпружинено снизу, а верхнее - сверху, причем жесткость пружин регулируется при помощи специальных гаек, установленных на корпусе. Внутри корпуса размещен предохранительный клапан, который включает седло, выполненное на внутренней поверхности корпуса, и затвор, жестко закрепленный на верхнем кольце и имеющий осевое отверстие для пропускания кабеля. Корпус и нижняя регулировочная гайка снабжены окнами для циркуляции жидкости. В верхней торцевой части корпуса установлен узел крепления для фиксации положения сваба на кабеле, который содержит опорную шайбу, жестко закрепленную внутри корпуса, клиновые шлипсы и прижимную гайку, с помощью которой регулируется усилие обхвата кабеля шлипсами.

Измерительный модуль содержит датчики давления, состава флюида и притока.

Основной недостаток этого устройства состоит в невозможности исследования неустановившихся процессов в пласте, например, по изменению разности давления под свабом и над ним, так как, во-первых, измерения давления над свабом отсутствуют, а, во-вторых, при остановке сваба (что и требуется для такого исследования) между манжетой и стенкой НКТ образуется зазор, через который поднимаемая жидкость устремляется вниз и таким образом давление под свабом изменяется не только за счет поступления флюида из пласта, но и за счет протекания поднимаемой жидкости.

Другой недостаток состоит в том, что при попадании шлама, парафина и посторонних предметов в пружины предохранительный клапан не срабатывает как на открытие, так и на закрытие, что может привести к обрыву кабеля или к утрате работоспособности устройства.

Наконец, узел крепления, фиксирующий сваб на кабеле, недостаточно надежен. Значительные нагрузки на манжету, возникающие при подъеме устройства, могут вызвать перемещение сваба по кабелю вниз, т.е. к утере его работоспособности.

В целом, рассмотренная конструкция устройства довольно сложна и недостаточно надежна. Это касается, в первую очередь, системы настройки на необходимый зазор между манжетой и стенкой НКТ в зависимости от диаметра НКТ при спуске и на требуемое усилие прижима манжеты к стенке НКТ при подъеме, а также системы клапанов.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности и надежности работы устройства путем обеспечения возможности исследования неустановившихся процессов в пласте и непрерывного контроля за натяжением кабеля, а также упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для свабирования скважины, содержащем основу сваба со сквозным осевым отверстием и смонтированным на ней уплотнительным элементом, и измерительный модуль, содержащий датчик давления, установленный с возможностью измерения давления жидкости под свабом, основа сваба выполнена в виде системы из нескольких соединенных между собой штанговых оправок с соединенными по образующим продольными каналами-пазами, уплотнительный элемент состоит из наборов манжет, установленных на каждой из оправок с возможностью перемещения вверх и вниз до упора, а измерительный модуль снабжен дополнительно вторым датчиком давления, установленным в корпусе переходника над свабом, многоканальным усилителем в защитном кожухе и размещенным в контейнере датчиком натяжения кабеля, установленным над свабом и электрически соединенным с многоканальным усилителем, при этом верхняя торцевая часть контейнера жестко закреплена на переходнике, соединяющем датчик натяжения кабеля с защитным кожухом многоканального усилителя, а нижняя торцевая часть контейнера установлена с возможностью свободного перемещения относительно переходника, соединяющего датчик натяжения кабеля со свабом.

На фиг. 1 и 2 показана схема расположения основных узлов предлагаемого устройства; на фиг. 3 - конструкция сваба, используемая в предлагаемом устройстве; на фиг. 4 - конструкция датчика натяжения кабеля и его соединений со свабом и защитным кожухом измерительного модуля.

Устройство выполнено в виде скважинного прибора, содержащего сваб 1 и измерительный модуль 2.

Сваб содержит основу из нескольких соединений между собой секций (условно показана одна секция), каждая из которых включает штанговую оправку 3 с каналами-пазами 4, выполненными по образующим, и осевым отверстиям 5 по всей длине. На каждой из оправок 3 установлен набор резиновых манжет 6 с возможностью перемещения вверх и вниз до упоров 7, а над манжетами на специальной обойме 8 размещены защитные проволочные скребки 9, перемещающиеся вместе с манжетами 6 вверх и вниз.

Измерительный модуль 2 включает два датчика давления, верхний 10 и нижний 11, датчик натяжения кабеля 12 и электрически соединенный с ними многоканальный усилитель 13.

Возможны два варианта размещения нижнего датчика давления 11, а именно под свабой 1 (фиг. 1) и над ним (фиг. 2). В первом случае осевое отверстие 5 герметизируется и используется для укладки электрических линий связи от датчика 11 к измерительному модулю 2. Во втором осевое отверстие разгерметизируется и используется как гидравлический канал связи датчика 11 со скважинной жидкостью под свабом 1. Однако в обоих случаях нижний датчик 11 будет установлен с возможностью измерения давления жидкости под свабом 1.

Датчик натяжения кабеля 12 размещается в контейнере 14, герметически защищающем датчик от действия окружающей среды. Верхняя торцевая часть контейнера 14 с помощью резьбы жестко закреплена на переходнике 15, соединяющем датчик натяжения кабеля 12 с защитным кожухом многоканального усилителя 13 и далее через переходник 7 с кабельным наконечником. Нижняя торцевая часть контейнера 14 может свободно перемещаться относительно переходника 6, соединяющего датчик натяжения кабеля 12 со свабом 1. Таким образом датчик натяжения кабеля через переходник 15, 16 и 17, защитный кожух многоканального усилителя 13 соединяет сваб 1 с кабельным наконечником 18.

Для механического и электрического соединения отдельных частей скважинного прибора используются стандартные соединительные, грузонесущие и защитные элементы, узлы и детали каротажной аппаратуры.

Верхний датчик давления 10 размещается в корпусе переходника 15 с возможностью измерения давления жидкости над свабом.

Устройство работает следующим образом.

При спуске в скважину манжеты 6 вместе с обоймой 8 для проволочных скребков 9 под действием встречного потока жидкости, заполняющей скважину, поднимаются вверх оправок 3 до упоров 7, открывая продольные каналы-пазы 4 для прохода жидкости и обеспечивая свободный спуск устройства в скважину до заданной глубины. При этом датчик натяжения кабеля 12 в случае внезапной остановки устройства из-за встреченного препятствия сигнализирует об этом оператору уменьшением величины натяжения кабеля. Остановка устройства осталась бы незамеченной, если бы для измерения натяжения использовался обычный датчик натяжения, устанавливаемый на раме блок-баланса на устье скважины, т. к. вес опущенного в скважину кабеля во много раз больше веса скважинного прибора. Это, в свою очередь, неизбежно привело бы к перепуску кабеля и могло бы вызвать нежелательные осложнения при работе вплоть до возникновения аварийной ситуации.

При подъеме манжеты 6, под действием давления столба жидкости над свабом 1, опускаются по оправкам 3 вниз до упоров 7, перекрывая продольные каналы-пазы 4 и обеспечивая захват и подъем столба жидкости над свабом 1. При этом датчик давления 10 регистрирует величину давления жидкости над свабом 1, а датчик давления 11 - под ним. Давление над свабом 1 сначала достигает максимального значения, равного весу поднимаемого столба жидкости, и в дальнейшем незначительно уменьшается за счет утечки жидкости вниз через зазор между манжетами 6 и стекой НКТ. Давление под свабом 1 в первый момент падает до минимального значения, а затем постепенно восстанавливается за счет давления флюида, поступающего в скважину из пласта. Датчик натяжения кабеля 12, на котором фактически подвешен весь скважинный прибор вместе с поднимаемым столбом жидкости, фиксирует истинную величину натяжения кабеля и в случае превышения допустимых значений сигнализирует об этом оператору. Защитные скребки 9 в процессе подъема захватывают и увлекают за собой посторонние предметы и шлам из скважины, предохраняя манжеты 6 от преждевременного износа.

Контроль за изменением разности давлений над свабом и под ним при свабировании позволяет по скорости восстановления давления исследовать неустановившиеся процессы в пласте при остановке и пуске скважины, а также влиять на эти процессы путем корректировки режима свабирования (изменением глубины опускания сваба при повторных спусках и скорости подъема).

Контроль за натяжением кабеля дает возможность избежать перепуска кабеля при движении вниз при внезапной остановке устройства, что невозможно при использования обычного датчика натяжения, устанавливаемого на раме блок-баланса на устье скважины, а также обрыва кабеля при движении вверх.

При изменении диаметра НКТ, благодаря разборной конструкции устройства, в свабе лекго установить манжеты и скребки требуемого размера.

Источники информации 1. Муравьев В.М, Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1973, с. 126, 150-151.

2. SU 1500765 А1, E 21 B 43/00, 15.08.89.

3. SU 1686137 A1, E 21 B 43/25, 23.10.91.

Формула изобретения

Устройство для свабирования скважин, содержащее основу сваба со сквозным осевым отверстием и смонтированным на ней уплотнительным элементом, и измерительный модуль, содержащий датчик давления, установленный с возможностью измерения давления жидкости под свабом, отличающееся тем, что основа сваба выполнена в виде системы из нескольких соединенных между собой штанговых оправок с соединенными по образующим продольными каналами-пазами, уплотнительный элемент состоит из наборов манжет, установленных на каждой из оправок с возможностью перемещения вверх и вниз до упора, а измерительный модуль снабжен дополнительно вторым датчиком давления, установленным в корпусе переходника над свабом, многоканальным усилителем в защитном кожухе и размещенным в контейнере датчиком натяжения кабеля, установленным над свабом и электрически соединенным с многоканальным усилителем, при этом верхняя торцевая часть контейнера жестко закреплена на переходнике, соединяющем датчик натяжения кабеля с защитным кожухом многоканального усилителя, а нижняя торцевая часть контейнера установлена с возможностью свободного перемещения относительно переходника, соединяющего датчик натяжения кабеля со свабом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4