Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов

Авторы патента:

Предложения относится к нефтедобывающей промышленности, а именно для испытания пластов, а также для закачки в них различных химических реагентов в процессе эксплуатации вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе и с открытыми стволами.

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов содержит верхний и нижний пакеры с уплотнительными элементами, верхний и нижний подвижные штоки, выполненные с осевыми каналами, размещенные в полостях пакеров. Осевой канал нижнего подвижного штока снабжен глухой перегородкой. Между верхним и нижним паке-рами установлен полый фильтр. Верхний и нижний подвижные штоки жестко и герметично соединены между собой посредством патрубка, а сверху верхний подвижный шток оснащен соединительным узлом. Верхний и нижний подвижные штоки выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз. Уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров, соответственно, расположены между упорами. Верхний упор нижнего пакера жестко соединен полым фильтром с нижним упором верхнего пакера. Верхний пакер снабжен сверху пружинными центраторами. Упор верхнего пакера и упор нижнего пакера выполнены в виде гидроцилиндра, жестко-соединенного ответственно с верхним и нижним пакерами, и кольцевого поршня, взаимодействующего с уплотнительным элементом. 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. 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 и гидравлического досжатия при этом уплотнительных элементов пакеров с помощью кольцевых поршней гидравлически связанных подкачивающими клапанами с осевыми каналами верхнего и нижнего подвижных штоков. Соединительный узел оснащен сбивным клапаном.

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

наличие сбивного клапана исключает излив жидкости на устье при подъеме устройства на поверхность. 1 ил. на 1 л.

Известен испытатель пластов без опоры на забой поинтервального типа ИМ-8, разработанный институтом ВНИИБТ (Ясашин A.M. 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 осуществлении 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, обусловленное 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 10.01.19998 г.), содержащее верхний и нижний пакеры с гидравлическими уплотнительными элементами, подвижные штоки, выполненные с осевыми 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;

в-четвертых, излив жидкости на устье при подъеме устройства на поверхность.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, снижение материальных затрат на изготовление, а также повышение надежности в работе и исключение излива жидкости на устье при подъеме устройства на поверхность.

Поставленная задача решается пакерующим устройством для избирательного испытания пластов, содержащим 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, оснащенным сбивным клапаном и выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз, при этом уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров расположены между верхним и нижним упорами, причем верхний упор нижнего пакера жестко соединен полым фильтром с нижним упором верхнего пакера, при этом сверху верхний упор верхнего пакера снабжен пружинными центраторами, а верхний упор верхнего пакера и нижний упор нижнего пакера выполнены в виде гидроцилиндров, жесткосоединенных с пакерами, и кольцевых поршней, взаимодействующих с уплотнительными элементами, при этом каждый из гидроцилиндров оснащен подкачивающим клапаном, причем внутренняя полость каждого гидроцилиндра выполнена с возможностью взаимодействия с осевыми каналами 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 и гидравлического досжатия при этом уплотнительных элементов пакеров с помощью кольцевых поршней гидравлически связанных подкачивающими клапанами с осевыми каналами верхнего и нижнего подвижных штоков.

На фигуре 1 в продольном разрезе представлена верхняя часть пакерующего устройство для избирательного испытания пластов в исходном положении.

На фигуре 2 в продольном разрезе представлена нижняя часть пакерующего устройство для избирательного испытания пластов в исходном положении.

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов (см. фиг.1 и 2) 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 верхним и (нижним) 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 гидроцилиндров 18 (19), жестко-соединенных с пакерами 1(2), в которых размещены подкачивающие клапана 20 (21) и кольцевых поршней 22 (23), взаимодействующего с уплотнительным элементом 3(4).

Внутренняя полость 24 (25) каждого гидроцилиндра 18(19) выполнена 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 26, выполненным с возможностью взаимодействия с наружным пространством (на фиг.1 и 2 не показано) через полый фильтр 10 при перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2) и гидравлического поджатия при этом уплотнительных элементов 3(4) пакеров 1(2) с помощью кольцевых

поршней 22 (23) гидравлически связанных подкачивающими клапанами 20 (21) с осевыми каналами 7 (8) верхнего 5 и нижнего 6 подвижных штоков посредством выполненных в них сквозных отверстий 27 (28), соответственно. Соединительный узел 12 оснащен сбивным клапаном 29.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 30, 31, 32, 33, 34.

Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов работает следующим образом.

На устье скважины (на фигуре 1 и 2 не показано) подбирают необходимую длину фильтра 10 (см. фиг.1 и 2) в зависимости от высоты испытываемого пласта и посредством переводника 11 соединяют верхний 5 и нижний 6 подвижные штоки. После этого пакерующее устройство в сборе (см. фиг.1) на колонне труб 35 спускают в скважину, при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщается с внутренними полостями 24 (25) гидроцилиндра 18 (19), а радиальный канал 26 верхнего подвижного штока 5 герметично перекрыт нижним упором 14 верхнего пакера 1, а сквозные отверстия 27 (28), выполненные соответственно в верхнем 5 и нижнем 6 подвижных штоках герметично перекрыты снаружи верхним упором 13 верхнего пакера 1 и нижним упором 16 нижнего пакера 2. В процессе спуска пакерующего устройства в скважину пружинные центраторы 17 центрируют устройство относительно оси скважины.

Достигнув интервала испытываемого пласта (на фиг.1 и 2 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 35, осевом канале 7 (8) создают избыточное давление (например 15,0 МПа), которое попадает во внутренние полости 24 (25) гидроцилиндров 18 (19) и воздействует на соответствующие кольцевые поршни 22 (23), так снизу нижний подвижный шток 6 снабжен глухой перегородкой 9.

Под действием избыточного давления кольцевые поршни 22 (23) герметично относительно гидроцилиндра 18(19) перемещаются, сжимая уплотнительный элемент 3 (4), при этом кольцевой поршень 22 перемещается вниз, а кольцевой поршень 23 - вверх.

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

Далее не сбрасывая избыточного давления (15,0 МПа) в колонне труб 35 (см. фиг.1 и 2), осевом канале 7 (8) и соответственно во внутренних полостях 24 (25), поскольку они гидравлически связаны опускают колонну труб 35 вниз до тех пор, пока радиальный

канал 26 не выйдет из герметично взаимодействия с верхним пакером 1 и не установится напротив полого фильтра 10, при этом внутренние полости 24 (25) посредством подкачивающих клапанов 20 (21) гидравлически сообщающихся посредством установившихся напротив них сквозных отверстий 27 (28), соответственно верхнего 5 и нижнего 6 подвижных штоков с их осевыми каналами 7(8) и внутренним пространством колонны труб 35, осевого канала 7(8) подвижными штоками 5 (6).

В таком положении производят испытание пласта, заключенного между верхним 1 и нижним 2 пакерами, при этом закачиваемая жидкость под давлением закачки (например 15, МПа) по колонне труб 35, осевой канал 7(8), радиальный канал 24 и полый фильтр 10 поступает в испытываемый пласт. Это же давление будет во внутренних полостях 24 (25) воздействовать на кольцевые поршни 22 (23) дополнительно дожимая к внутренним стенкам скважины уплотнительные элементы 3 (4) верхнего 1 и нижнего 2 пакеров.

По окончании испытания пласта избыточное давление в колонне труб 35, осевом канале 7 (8) сбрасывают. Колонну труб 35 приподнимают вверх до тех пор, пока пакерующее устройство не вернется в исходное положение (см. фигуру 1), при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщится с внутренними полостями 24 (25) гидроцилиндра 18(19), а радиальный канал 26 верхнего подвижного штока 5 герметично перекроется нижним упором 14 верхним пакером 1, то есть устройство вернется в исходное положение (см. фиг.1). Далее пакерующее устройство может быть избирательно переведено в другой интервал скважины для испытания следующего пласта.

По окончанию намеченных с пакерующим устройством работ внутрь колонны труб 35 сбрасывают груз (на фиг. не показано), например штангу длиной 2-3 метра и диаметром 19-25 мм, который разрушает сбивной клапан 29. Далее пакерующее устройство извлекается на поверхность без излива благодаря разрушенному сбивному клапану 29 в соединительном узле 12.

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, оснащенным сбивным клапаном, и выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз, при этом уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров расположены между верхним и нижним упорами, причем верхний упор нижнего пакера жестко соединен полым фильтром с нижним упором верхнего пакера, при этом сверху верхний упор верхнего пакера снабжен пружинными центраторами, а верхний упор верхнего пакера и нижний упор нижнего пакера выполнены в виде гидроцилиндров, жесткосоединенных с пакерами, и кольцевых поршней, взаимодействующих с уплотнительными элементами, при этом каждый из гидроцилиндров оснащен подкачивающим клапаном, причем внутренняя полость каждого гидроцилиндра выполнена с возможностью взаимодействия с осевыми каналами 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 и гидравлического досжатия при этом уплотнительных элементов пакеров с помощью кольцевых поршней, гидравлически связанных подкачивающими клапанами с осевыми каналами верхнего и нижнего подвижных штоков.