УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области горного дела и может быть использована в нефтегазодобывающей отрасли для мониторинга скважинных процессов при проведении гидродинамических исследований скважины (ГДИС) в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) путем измерения гидродинамических параметров пласта.
Известно устройство для гидродинамического мониторинга скважин, которое содержит спускаемый в колонну насосно-компрессорных труб на геофизическом кабеле герметичный корпус, в котором размещены электродвигатель и блок коммутации, связанный с электродвигателем посредством винтовой передачи шток, передающий нагрузку на пакер, установленный выше пакера якорь в составе клиновых плашек и расширителя клиновых плашек, уравнительный клапан, два компенсатора давления, один из которых установлен выше якоря, а второй установлен ниже уравнительного клапана, наконечник кабельной головки в нижней части устройства и дистанционный скважинный прибор, прикрепленный к наконечнику кабельной головки (см. RU 2471984 С2, опубл. 10.01.2013).
Техническая проблема известного устройства состоит в отсутствии возможности настройки устройства для проведения исследований в НКТ с внутренним диаметром, имеющим отклонения от заданного стандартом значения. В тех случаях, когда толщина стенки НКТ отличается от номинального значения из-за действия коррозии, либо некачественной подготовки насосно-компрессорных труб к исследованиям, в процессе мониторинга может иметь место недостаточно надежное зацепление якорных плашек за внутренние стенки труб. Вследствие этого происходит смещение устройства с места установки по колонне НКТ, негерметичное перекрытие внутренней полости НКТ, что приводит к искажению результатов исследований скважинных процессов.
Технический результат полезной модели заключается в повышении универсальности устройства для гидродинамических исследований скважины.
Достигается технический результат за счёт того, что в устройстве для гидродинамических исследований скважины, содержащем спускаемый в колонну насосно-компрессорных труб на геофизическом кабеле герметичный корпус, в котором размещены электродвигатель и блок коммутации, шток, связанный с электродвигателем посредством винтовой передачи и взаимодействующий с пакером, якорь, установленный над пакером, уравнительный клапан, компенсаторы давления, наконечник кабельной головки и дистанционный скважинный прибор, прикрепленный к наконечнику кабельной головки в нижней части устройства, согласно полезной модели, блок коммутации содержит концевые переключатели с контактными кнопками, расположенные вдоль оси устройства на взаимном расстоянии L, пружины, взаимодействующие с контактными кнопками концевых переключателей, ограничитель хода, установленный с возможностью перемещения вдоль оси устройства и соединенный со штоком.
В частных случаях реализации расстояние L измеряется между контактными кнопками концевых переключателей блока коммутации; расстояние L составляет от 30 мм до 70 мм.
Устройство для гидродинамических исследований скважины поясняется чертежами, на которых представлено:
на фиг. 1 - устройство в транспортном состоянии, продольный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2;
на фиг. 4 - устройство в рабочем состоянии при проведении ГДИС, продольный разрез;
на фиг. 5 - устройство в состоянии после проведения ГДИС и возврата в транспортное состояние, продольный разрез.
Устройство для гидродинамических исследований скважины (фиг. 1) содержит герметичный верхний корпус 1, спускаемый на геофизическом кабеле 2 в колонну НКТ 3. В корпусе 1 последовательно размещены электродвигатель 4, блок коммутации 5 (фиг. 2, 3), планетарный редуктор 6, винтовая передача, состоящая из ходового винта 7 и гайки 8. С гайкой 8 винтовой передачи связан шток 9. Шток 9 состоит из нескольких последовательно соединенных частей и в своей нижней части выполнен с кольцевым упором 9.1, которым он взаимодействует с толкателем 10.
Над толкателем 10 установлен пакер 11 с резиновыми манжетами в качестве пакерующего элемента. Непосредственно над пакером 11 расположен якорь в составе клиновых плашек 12 и расширителя 13 клиновых плашек, с которым взаимодействуют резиновые манжеты пакера 11. Посредством штока 9 и толкателя 10 осуществляется передача нагрузки от электродвигателя 4 на пакер 11 для дистанционного управления перекрытием внутреннего диаметра НКТ.
В стенках толкателя 10 выполнены сквозные проточные отверстия 10.1, являющиеся элементами уравнительного клапана, который обустроен внутри корпуса толкателя 10. Уравнительный клапан содержит установленный в камере 14 поршень 15, который при осевом перемещении взаимодействует с проточными отверстиями 10.1 толкателя 10.
Нижней частью толкатель 10 соединен с герметичным нижним корпусом 16.
Устройство снабжено двумя компенсаторами давления, предназначенными для уравновешивания гидравлического давления столба жидкости, действующего на шток 9 в процессе проведения гидродинамических исследований. Верхний компенсатор давления 17 расположен над якорем, нижний компенсатор давления 18 расположен в нижнем корпусе 16 под уравнительным клапаном.
В верхней части устройства установлена стандартная приборная головка 19, которая механически и электрически соединена с геофизическим кабелем 2 при помощи стандартного кабельного наконечника 20. В приборной головке 19 осуществляется контактное соединение жил геофизического кабеля 2 с электрическими проводами 21 электродвигателя 3 и жилами транзитного провода 22. В нижней части устройства внутри нижнего корпуса 16 установлен приборный наконечник 23 для механической стыковки через стандартную приборную головку 24 с дистанционным скважинным многопараметровым геофизическим прибором 25 и для электрического соединения дистанционного скважинного прибора 25 с транзитным проводом 22.
Блок коммутации 5 (фиг. 2, 3) содержит верхний и нижний концевые переключатели 5.1 с контактными кнопками, две пружины 5.2 и ограничитель хода 5.3. Верхний и нижний концевые переключатели 5.1 установлены вдоль продольной оси устройства на взаимном расстоянии L друг от друга, которое может составлять от 30 мм до 70 мм. Расстояние L измеряется между контактными кнопками концевых переключателей 5.1. Каждый из концевых переключателей 5.1 может быть перемещен и зафиксирован в пределах расстояния L внутри корпуса блока коммутации 5. В качестве пружин 5.2 использованы плоские пружины для контактного взаимодействия с контактными кнопками концевых переключателей 5.1. Ограничитель хода 5.3 установлен с возможностью осевого перемещения по продольному пазу, выполненному в корпусе блока коммутации 5, для контактного взаимодействия с пружинами 5.2. Ограничитель хода 5.3 соединен с верхней частью штока 9.
После небольшой предварительной настройки, проводимой в блоке коммутации 5 на поверхности скважины перед проведением ГДИС, устройство способно работать в любых НКТ диаметром 73 мм. В соответствии с ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия», применяются НКТ 73 с толщиной стенки 5,5 мм и 7,0 мм. Внутренний диаметр трубы при этом составляет 59 мм и 62 мм, соответственно. Стандартом допускается изменение диаметра в пределах ±0,8 мм, из чего следует, что возможны ситуации, когда внутренний диаметр трубы может составлять от 58,2 мм до 62,7 мм. Таким образом, применение устройства предлагаемой конструкции, включающего в себя блок коммутации 5 с двумя концевыми переключателями 5.1, позволяет проводить исследования в колоннах НКТ с диапазоном изменения внутреннего диаметра трубы от 58 мм до 64 мм. За счет расширения возможности применения в колоннах труб с внутренним диаметром в указанном интервале значений достигается повышение универсальности устройства для гидродинамических исследований скважин. Регулирование расстояния между концевыми переключателями 5.1 в блоке коммутации 5 задает величину рабочего хода штока 9, максимально точно соответствующую величине фактического внутреннего диаметра исследуемой НКТ, что повышает надежность зацепления клиновых плашек 12 якоря за внутренние стенки НКТ, снижает вероятность осевого смещения устройства по колонне НКТ, улучшает герметичность перекрытия полости НКТ.
Расстояние L между контактными кнопками концевых переключателей 5.1 в блоке коммутации 5, соответствующее величине рабочего хода штока 9, определяется следующим соотношением:
где D1 - внутренний диаметр НКТ 73;
D2 - диаметр резиновых манжет пакера;
tg а - угол наклона клиновых плашек;
k - коэффициент надежности пакеровки, определяемый опытным путем (как правило изменяется в пределах 1.2-1.25).
Устройство для гидродинамических исследований скважины работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину при помощи блока коммутации 5 осуществляют настройку интервала рабочего хода штока 9 с учетом значения внутреннего диаметра трубы в интервале исследований. Для этого размещают концевые переключатели 5.1 в отверстиях блока коммутации 5 на расстоянии L друг от друга, рассчитанном из указанного соотношения.
После создания депрессии на пласт компоновку устройства, включая дистанционный скважинный прибор 25, спускают внутрь колонны НКТ 3. Спуск осуществляют при помощи геофизического кабеля 2, намотанного на барабан лебедки геофизического подъемника и состыкованного с приборной головкой 19 посредством кабельного наконечника 20.
В
Во время спуска устройство находится в нерабочем (транспортном) положении, при котором пакер 11 закрыт (фиг. 1). Уравнительный клапан закрыт, поршень 15 перекрывает проточные отверстия 10.1 толкателя 10. Верхнее давление Р жидкости в надпакерном пространстве и нижнее давление Рн жидкости в подпакерном пространстве одинаковы по величине, Рв=Рн.
При достижении интервала исследований осуществляют фиксацию устройства внутри колонны НКТ и перекрытие внутреннего диаметра НКТ. Для этого с устья скважины подают напряжение по электрическим проводам 21 на электродвигатель 4. Планетарный редуктор 6 преобразует вращательный момент электродвигателя 4 в поступательное движение гайки 8 винтовой передачи, с которой связан шток 9, в результате чего шток 9 начинает перемещение вверх.
Между верхним корпусом 1 и нижним корпусом 16 расстояние сокращается до предела, который определяется по срабатыванию верхнего концевого переключателя 5.1 блока коммутации 5. Цепь питания прерывается пружиной 5.2, на которую давит ограничитель хода 5.3, соединенный со штоком 9.
В процессе перемещения штока 9 расширитель 13 расширяет своим конусом клиновые плашки 12, они расходятся до упора во внутренние стенки НКТ 3, фиксируя устройство от осевого перемещения. Одновременно с этим шток 9 кольцевым упором 9.1 перемещает вверх толкатель 10 через корпус нижнего компенсатора давления 18. Под действием толкателя 10 резиновые манжеты пакера 11 сжимаются, увеличиваются в диаметре и герметично перекрывают проходное сечение НКТ 3. Уравнительный клапан остается закрытым, поршень 15 перекрывает проточные отверстия 10.1 толкателя 10.
Раскрытие пакера 11 перекрывает приток жидкости в скважину, в результате чего нижнее давление Рн жидкости в подпакерном пространстве, ниже изолированного интервала, возрастает и начинает превышать верхнее давление Рв жидкости, Рв<Рн (фиг. 4). На данном этапе дистанционным скважинным прибором 25 осуществляют запись кривой восстановления давления пласта во времени в подпакерном пространстве. Предлагаемая конструкция устройства позволяет без искажений построить кривую восстановления давления пласта и определить истинные гидродинамические параметры пласта. Через транзитный провод 22 по геофизическому кабелю 2 передают на поверхность полученные оперативные данные, на основании которых принимают решение о продолжении работ по вызову притока из пласта, либо о прекращении работ, либо о проведении мероприятий по спуску добычного насоса, или по воздействию на призабойную часть пласта с целью интенсификации притока.
После окончания измерений и передачи данных выполняют распакеровку. Для этого на электродвигатель 4 подают с устья скважины напряжение обратной полярности. Шток 9 начинает выдвигаться вниз. Движение штока 9 происходит до момента срабатывания нижнего концевого переключателя 5.2.
До тех пор, пока существует превышение давления Рн в подпакерном пространстве над давлением Рв над пакером 11, резиновые манжеты пакера 11 не возвращаются в исходное состояние. Шток 9, двигаясь вниз внутри камеры 14 уравнительного клапана вместе с поршнем 15, открывает проточные отверстия 10.1 толкателя 10. После открытия уравнительного клапана происходит мгновенный сброс избыточного давления под пакером 11, импульс давления за счет гидравлической неуравновешенности при открытых проточных отверстиях 10.1 воздействует на толкатель 10, освобождая резиновые манжеты пакера 11 от контакта с внутренней стенкой НКТ, происходит переток жидкости из подпакерного пространства через проточные отверстия 10.1 толкателя 10 в надпакерное пространство. Давления верхнее Рв и нижнее Рн выравниваются, Рв=Рн (фиг. 5).
Возврат штока 9 в крайнее нижнее положение до срабатывания нижнего концевого переключателя 5.2 вызывает движение вниз расширителя 13. Шток 9 опускается из-под клиновых плашек 12. Клиновые плашки 12 складываются и выходят из зацепления со стенками НКТ 3.
Для приведения устройства в транспортное положение необходимо снять остаточное напряжение резиновых манжет пакера 11, потянув геофизический кабель 2 путем наматывания его на барабан лебедки геофизического подъемника. Медленный подъем устройства из скважины приводит к тому, что резиновые манжеты пакера 11 окончательно переходят в закрытое состояние. Толкатель 10 при неподвижном штоке 9 и поршне 15 закрывает проточные отверстия 10.1, в результате чего уравнительный клапан закрывается.
После возврата устройства в исходное транспортное состояние (см. фиг. 1) оно готово к полному извлечению из скважины.