УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТА
FORMATION TESTING DEVICE

Изобретение относится к устройствам для испытания продуктивных горизонтов в нефтяных и газовых скважинах.
Известно устройство для испытания пласта, содержащее цилиндрический корпус, концентрично установленный в корпусе и связанный с ним шток со шлицевым соединением, жестко связанный с переводником для соединения с колонной труб, упорный подшипник, установленный между корпусом и переводником, дополнительный шток, на наружной поверхности которого выполнена бесконечная винтовая канавка, размещенную в винтовой канавке скобу, золотниковую втулку с впускным каналом, телескопически связанную с дополнительным штоком и установленную с возможностью осевого перемещения при вращении колонны труб, согласно изобретению устройство снабжено дифференциальной втулкой и охватывающим корпус уплотнительным цилиндром, палец размещен непосредственно в корпусе с возможностью сопряжения наружной поверхности пальца с внутренней поверхностью уплотнительного цилиндра, дополнительный шток установлен подвижно относительно штока со шлицевым соединением и корпуса, шток со шлицевым соединением в средней части снабжен буртом с уплотнительными кольцами, ниже которых выполнены радиальные отверстия, при этом площадь сечения бурта уплотнительной части в два раза превышает площадь сечения основной части штока, а дифференциальная втулка размещена в корпусе с возможностью сопряжения ее внутренней поверхности с наружной поверхностью бурта штока, при этом бурт выполнен разъемным (патент №2186967, опубл. 10.08.2002 г.).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности отбора герметизированных проб флюида из скважин.
Наиболее близким предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для испытания пласта, содержащее корпус, запорный и уравнительный клапаны, полый шток, на наружной поверхности которого нарезана бесконечная винтовая канавка, скобу, установленную в канавке штока, втулку запорного клапана, соединенную со скобой, и пробоотборные камеры, впускные каналы которых перекрыты запорными гильзами, при этом пробоотборные камеры размещены на наружной поверхности штока между запорным и уравнительным клапанами, причем на конце втулки запорного клапана установлен кулачок с возможностью взаимодействия с запорными гильзами пробоотборных камер (ав. св-во СССР №670723, опубл. 30.06.1979 г.).
Известное устройство позволяет осуществлять отбор герметизированных проб флюида из каждого пласта в отдельности и обеспечить последовательное заполнение камер. Однако недостатком известного устройства является сложность его конструкции из-за сложного устройства пробоотборных камер, большого количества взаимодействующих частей и сложность в эксплуатации, т.к. после подъема проб на поверхность их перевод в контейнер для последующего исследования требует почти полной разборки устройства, а также большие габариты по диаметрам, определяемые внешним расположением камер на штоке.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции и эксплуатации устройства, а также уменьшение его габаритов.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для испытания пласта, содержащем корпус, запорный и уравнительный клапаны, полый шток, на наружной поверхности которого нарезана бесконечная винтовая канавка, в которой установлена скоба, пробоотборные камеры непроточного типа, впускные каналы которых перекрыты запорными гильзами, механизм управления впуском флюида в пробоотборные камеры с кулачками, установленными с возможностью взаимодействия с запорными гильзами, корпус выполнен сборным, состоящим из верхней и нижней частей, при этом в верхней части корпуса размещены пробоотборные камеры с впускными каналами, выполненные в монолитной корпусной детали, и механизм управления впуском флюида, расположенный под запорными гильзами, а в нижней части - запорный клапан, полый шток, связанный с механизмом управления впуском флюида, и уравнительный клапан; верхняя часть корпуса снабжена втулкой, соединенной с монолитной корпусной деталью и с патрубком с образованием центрального осевого канала для подачи флюида в зону расположения запорных гильз; нижний конец патрубка выполнен в виде раструба с установленной в нем воронкой из эластичного материала, диаметр которой больше диаметра раструба, а края воронки расположены ниже отверстий запорного клапана; механизм управления впуском флюида установлен с возможностью продольного перемещения относительно втулки; втулка и патрубок для подачи флюида, механизм управления впуском флюида и запорные гильзы размещены в защитном кожухе, установленном с образованием зазора между ним и корпусом верхней части для перетекания флюида в трубное пространство.
Выполнение корпуса сборным, состоящим из верхней и нижней частей, и размещение в верхней части корпуса пробоотборных камер с впускными каналами, перекрытыми запорными гильзами, и механизма управления впуском флюида, расположенного под запорными гильзами, позволяет упростить эксплуатацию устройства, так как упрощается его разборка на поверхности - для обеспечения доступа к впускным каналам пробоотборных камер необходимы только две операции - отсоединение нижней части корпуса и кожуха. Кроме того, за счет размещения пробоотборных камер в верхней части корпуса, выполненных в монолитной корпусной детали, уменьшаются габариты устройства по диаметру, а также упрощается конструкция устройства за счет уменьшения количества деталей.
Установка в верхней части корпуса втулки, соединенной с монолитной корпусной деталью и с патрубком с образованием центрального осевого канала для подачи флюида в зону расположения запорных гильз, и выполнение нижнего конца патрубка в виде раструба с установленной в нем воронкой из эластичного материала, диаметр которой больше диаметра раструба, а края воронки расположены ниже отверстий запорного клапана, а также размещение втулки, патрубка, механизма управления впуском флюида и запорных гильз в защитном кожухе, который установлен с образованием зазора между ним и верхней частью корпуса для перетекания флюида в трубное пространство, позволяет упростить эксплуатацию устройства за счет подачи пластового флюида в пробоотборные камеры вне зависимости от давления поступающего флюида - при низком давлении флюида давление трубного пространства в зазоре давит на эластичную воронку и обеспечивает поступление флюида в зону расположения запорных гильз, а при высоких дебитах края эластичной воронки отгибаются и излишки флюида поступают напрямую в трубное пространство.
Общий вид устройства для испытания пласта показан на фиг. 1-4.
Устройство для испытания пласта содержит сборный корпус, выполненный из соединенных между собой резьбой верхней части, состоящей из корпусных деталей 1, 2, 3 (фиг. 1), и нижней части, состоящей из корпусных деталей 4, 5 (фиг. 3), 6 (фиг. 4). В верхней монолитной корпусной детали 1 (фиг. 1) выполнены пробоотборные камеры 7 непроточного типа, впускные каналы 8 которых перекрыты запорными гильзами 9. Корпусная деталь 1 посредством резьбы соединена с втулкой 10, которая соосно соединена с патрубком 11 (фиг. 2) с образованием центрального осевого канала 12 для подачи флюида в зону расположения запорных гильз 9. Нижний конец патрубка 11 выполнен в виде раструба с установленной в нем воронкой 13 из эластичного материала, диаметр которой больше диаметра раструба. Края воронки 13 расположены ниже отверстий 14 запорного клапана.
На втулке 10 под запорными гильзами 9 установлена втулка 15 (фиг. 2) механизма управления впуском флюида, в которой размещены кулачки 16. Количество кулачков 16 должно соответствовать количеству запорных гильз 9 (фиг. 1) и, соответственно, количеству пробоотборных камер 7. Втулка механизма управления впуском флюида 15 установлена на втулку 10 посредством корпуса 17 (фиг. 2), двух разрезных колец 18, 19 и штифта 20. Кроме того, во втулке 15 механизма управления впуском флюида и втулке 10 выполнены продольные каналы 21, 22, а в корпусе 17 - радиальные отверстия 23 для протока флюида.
Запорные гильзы 9, втулка 10, патрубок 11 и механизм управления впуском флюида 24, представляющий собой группу деталей 15, 16, 17, 18, 19, 20, размещены в защитном кожухе 25 (фиг. 2). Между кожухом 25 и корпусной деталью 2 имеется зазор 26 для перетекания флюида в трубное пространство по каналу 27, выполненному в корпусной детали 1 (фиг. 1).
В нижней части устройства расположены полый шток 28 (фиг. 3), по наружной поверхности которого нарезано, например, пятнадцать витков правой и левой трапецеидальных резьб. Концы резьб сопряжены между собой и образуют бесконечную винтовую канавку, по которой скользит скоба 29, жестко связанная с вкладышем 30. Полый шток 28 связан с механизмом управления впуском флюида 24 через систему деталей 31 (фиг. 3), 32, 33, 34, 35 (фиг. 2), 36.
Между механизмом управления впуском флюида 24 и полым штоком 28 находится запорный клапан, состоящий из переходника 37 и гильзы 34 с отверстиями 14 для впуска флюида из скважины. Гильзы 38, 39 (фиг. 4) и корпусная деталь 6 имеют пропускные отверстия и образуют уравнительный клапан, управляемый натяжением колонны труб.
Устройство для испытания пласта работает следующим образом.
После спуска испытательного инструмента с устройством в скважину до нужного пласта, производится пакеровка. После создания необходимой нагрузки на пакер вращением бурильной колонны вправо на необходимое число оборотов, например 15, полый шток 28 (фиг. 3) перемещается в самое крайнее нижнее положение и через телескопическое соединение деталей 31, 32, 33 тянет за собой гильзу 34, в результате открывается запорный клапан путем совмещения отверстий переходника 37 с отверстиями 14 гильзы 34. Поскольку края эластичной воронки 13 (фиг. 2) расположены ниже отверстий 14 запорного клапана и перекрывают их, после открытия запорного клапана сначала скважинная жидкость, а затем после очищения - пластовый флюид начинает поступать в центральный осевой канал 12, образованный патрубком 11 и втулкой 10 (фиг. 1), в зону расположения запорных гильз 9 (показано стрелками) и обтекать их. Затем флюид проходит по продольному каналу 21 (фиг. 2) во втулке 15 механизма управления впуском флюида и через продольный канал 22 и радиальные отверстия 23 поступает в зону, расположенную под корпусом 17, и далее через щели (на чертеже не обозначены) в детали 35 поступает через зазор 26 в трубное пространство по каналу 27 (фиг. 1). При большом дебите скважины под напором потока края эластичной воронки 13 (фиг. 2) отгибаются и часть потока проходит через зазор 26 в трубное пространство 27.
Когда скважинная жидкость в полости под пакерами полностью заместится пластовым флюидом (определяется технологией) и пластовый флюид начнет поступать в трубное пространство по каналу 27 в зону расположения запорных гильз после прохода скважинной жидкости через зону расположения запорных гильз, производят вращение бурильных труб вправо по той же технологии, как описано выше. Вращательный момент через корпусные детали 4, 5 (фиг. 3), 6 (фиг. 4) передается скобе 29 (фиг. 3) и вкладышу 30. Скоба 29, передвигаясь по бесконечной винтовой канавке, приводит к поступательному движению штока 28. Движение штока передается механизму управления впуском флюида 24 (фиг. 2) через детали 31 (фиг. 3), 32, 33, 34, 35 (фиг. 2), 36. При этом гильза 34 перемещается вверх и в результате отверстия 14 запорного клапана полностью перекрываются. Полное перекрытие происходит в крайнем верхнем положении полого штока 28, которое достигается при вращении бурильных труб на число оборотов, соответствующих положению скобы 29 в крайнем нижнем витке трапецеидальных резьб на полом штоке 28 (фиг. 3). Штифт 20 (фиг. 2), перемещаясь по фигурным пазам разрезных колец 18, 19, заставляет двигаться втулку 15 и кулачки 16. При совпадении кулачков 16 с запорными гильзами 9 происходит их срабатывание и флюид по впускным каналам 8 поступает в пробоотборные камеры 7.
При селективном отборе герметизированных проб флюида из каждого пласта в отдельности необходимо производить работу с одним кулачком 16. При этом каждые четыре возвратно-поступательных движения штока 28 (через каждые 15 оборотов вправо) приводят к открытию одного из запорных клапанов 9 кулачком 16.
После окончания испытаний производится натяжка инструмента, в результате чего гильзы 38 (фиг. 4) и 39 и корпусная деталь 6 дополнительно перекрывают пропускные отверстия для прохода флюида из скважины.
После подъема инструмента на поверхность верхнюю часть корпуса, состоящую из корпусных деталей 1, 2, 3, отвинчивают от нижней части, затем извлекают пробоотборные камеры, заполненные герметизированной пробой, и отправляют на лабораторный анализ.
Применение заявляемого изобретения позволит упростить конструкцию и эксплуатацию устройства, а также уменьшить его габариты.