СТЕНД ДЛЯ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕРМОСТОЙКИХ ВОДОНАБУХАЮЩИХ ПАКЕРОВ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для ускоренного определения сохранности свойств термостойких водонабухающих пакеров.
Пакеры предназначены для надежной и необратимой изоляции пластов при строительстве и эксплуатации скважин. При контакте водонабухающих пакеров со скважинными флюидами эластомер разбухает за счет поглощения жидкости и герметизирует затрубное пространство в открытой либо обсаженной скважине, как при строительстве, так и капитальном ремонте скважин.
Известен стенд для испытания резиновых уплотнительных элементов скважинных пакеров, включающий стакан с крышками, внутри которого помещен испытуемый уплотнительный элемент в сборе с опорными кольцами в виде пакета, собранного на стволе, отличающийся тем, что стакан снабжен термостатирующей рубашкой, соединенной с термостатом и приборами измерения величины перемещения уплотнительного элемента, падения напряжения в резиновом элементе и силы сжатия его в осевом направлении (SU №240621, МПК Е21В 33/12, 1969).
Недостатком известного устройства является то, что стенд приспособлен для испытания устаревших типов пакеров, а также сложность конструкции.
Известен способ испытания термостойких пакеров, включающий установку пакера в имитаторе обсадной колонны, имитацию и измерение осевого усилия от веса колонны труб, регулирование температурного режима внутри ствола пакера и имитатора обсадной колонны, измерение подпакерного давления и радиальных деформаций ствола пакера, уплотнителя и имитатора обсадной колонны в месте насадки пакера, отличающийся тем, что при имитации условий паронагнетательных скважин производят отбор тепла с наружной поверхности имитатора обсадной колонны с одновременным измерением его осевой деформации и периодически изменяют осевое усилие на стволе пакера (SU №1082931 А, МПК Е21В 33/12, 1984).
Недостатком известного устройства является то, что способ в основном предназначен для имитации условий паронагнетальной скважины при ограниченном пластовом давлении, а также сложность конструкции.
Существует стенд для испытания пакеров, содержащий имитаторы обсадной и лифтовой колонн с размещенным между ними пакером, средства для обогрева имитатора обсадной колонны, основной гидроцилиндр для осевой нагрузки и разгрузки пакера, насосные установки для создания давления и имитации скважинного давления, отличающийся тем, что стенд снабжен дополнительным гидроцилиндром с пустотелым штоком и цилиндром, связанными со штоком основного гидроцилиндра, дополнительный гидроцилиндр заключен в корпус, жестко соединенный с основным гидроцилиндром и имитатором обсадной колонны, в дополнительный гидроцилиндр помещен кольцевой поршень с конической юбкой, взаимодействующий с сухарями, посаженными на пустотелом штоке с возможностью периодического упора в корпус через окна в указанном цилиндре, а под сухарями на пустотелом штоке подвижно установлен подпружиненный кольцевой толкатель, в полости имитатора лифтовой колонны помещен плавающий поршень, при этом указанная полость и полость пустотелого штока сообщаются между собой, с каналом в переходнике между пустотелым штоком и штоком основного гидроцилиндра и с полостью над кольцевым поршнем [РФ 2247222 МПК Е21В 33/12].
Недостатком данного стенда является использование сложной конструкции обсадной и лифтовой колонн, средств для обогрева имитатора обсадной колонны, основного и дополнительного гидроцилиндра для осевой нагрузки и разгрузки пакера, насосные установки для имитации скважинного давления, что ограничивает применение данного устройства.
Наиболее близким является испытательный стенд включающий трубу, в которой размещается обсадная труба с электрометром, при этом водонабухающий эластомер методом вулканизации закрепляется на осадной трубе и с торцов ограничивается металлическими кольцами, имеет два штуцера, через один закачивается жидкость активации, через второй осуществляется контроль утечек (Ибрагимов Н.В., Исмагилов Ф.З., Азизова А.К., Любецкий С.В., Катеев Р.И., Исхаков А.Р. Применение водонабухающих пакеров для изоляции трещиноватых участков горизонтальных стволов скважин залежей 302-303. Нефтяное хозяйство. №07. 2015. С. 48-50).
Недостатком данного устройства является ограниченное количество определяемых показателей.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств для ускоренных испытаний термостойких пакеров.
Результат достигается тем, что стенд, предназначенный для ускоренных испытаний термостойких пакеров состоит из герметичного бокса с корпусом в виде полого цилиндра, имитирующего ствол скважины, верхней и нижней крышек, навинчиваемых на корпус, отличается тем, что верхняя и нижняя часть дополнительно включает перфорированные кольца, уплотнительные резиновые прокладки, отвод с предохранительным клапаном, сменяемым на тройник с манометром на верхней крышке.
Сущность полезной модели заключается в том, что образцы пакеров подвергают ускоренным испытаниям в термовлажностном и напряженно-деформированном состоянии и по характерным показателям старения оценивают долговечность пакера. Изобретение обеспечивает оценку надежности пакера и как следствие герметичность обсадной колонны до монтажа ее в скважине. Факторами старения пакеров в предлагаемом устройстве являются: температура, влажность (водяной пар) и механическое напряжение.
Исследуемые образцы вырезаются из пакеров высотой не менее 10 см. При этом режимы подготовки образцов не должны вызывать в пакере структурных изменений.
На фигуре 1 показан пример размера образца при диаметре скважины 300 мм.
На фигуре 2 изображены герметичные боксы для ускоренных испытаний в лабораторных условиях, обеспечивающих имитацию эксплуатационных условий пакеров. Боксы состоят из корпуса 1 в виде полого цилиндра, имитирующего ствол скважины, верхнего 2 и нижнего 3 перфорированного кольца, уплотнительных прокладок 4, нижней 5 и верхней 6 крышек, навинчиваемых на корпус 1, а также предохранительного клапана 7 и тройника с манометром 8. На нижнюю 5 и верхнюю 6 крышку бокса устанавливают уплотнительную резиновую прокладку 4. Нижнюю крышку навинчивают на корпус 1. В корпус помещают нижнее перфорированное кольцо 3 фиксирующее образец ровно по центру и предотвращающее набухание эластомера пакера в вертикальном направлении. На кольцо устанавливают образец пакера 9, внутрь которого ввинчивается пластина 10. Сверху на пакер укладывают верхнее перфорированное кольцо 2. В корпус заливают пластовую или обычную воду или любую другую жидкость, в которой будет эксплуатироваться пакер в реальных условиях. На корпус плотно навинчивают верхнюю крышку 6 с предохранительным клапаном 7.
На фигуре 3 изображены конструкции верхнего 2 и нижнего 3 перфорированных колец.
На фигуре 4 изображена схема определения давления гидропрорыва. Бокс устанавливают на термическое статирование в течение не менее 28 суток в режимах соответствующих реальным условиям эксплуатации или в случае ускоренных испытаний более сложных режимах. По мере увеличения температуры термостатирования растет гидростатическое давление внутри герметичного бокса. После термостатирования герметичный бокс охлаждают, нижнюю крышку 5 снимают, сливают воду из нижней части автоклава. С верхней крышки 6 выкручивают предохранительный клапан 7. На место предохранительного клапана вкручивают тройник с манометром 8. Нижнюю крышку 5 снова устанавливают на место. Затем с помощью компрессора через тройник 8 поднимают давление в верхней части бокса и фиксируют давление гидропрорыва.
На фигуре 5 изображена схема определения напряжения сдвига. Верхнюю 6 и нижнюю 5 крышки бокса снимают, сливают воду, убирают верхнее 2 и нижнее 3 перфорированные кольца. Затем снова навинчивают нижнюю крышку 5, оставляя ее на корпусе 1 навинченной на 2-4 витка. Сверху на образец пакера 9 кладут пластину 11. Автоклав устанавливают под пресс и фиксируют нагрузку смещения пакера 9 относительно неподвижного корпуса 1. Величина напряжений рассчитывается по формуле:
где Р - нагрузка, D - диаметр образца, Н - высота образца.