УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ МЕЖДУ ДВУМЯ ПЛАСТАМИ
DEVICE FOR CONTROL OF BEHIND-CASING FLOWS BETWEEN TWO FORMATIONS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к средствам контроля заколонных перетоков жидкости в скважине.
Известно "Устройство для контроля заколонных перетоков" (патент RU №2057926, E21B 47/10, 33/14, опубл. БИ №10, от 10.04.96 г.) жидкости и газа, содержащее колонну, полый контейнер с раствором "меченой" жидкости и узлом разгерметизации контейнера, при этом устройство снабжено гильзой со сквозными радиальными отверстиями, помещенной снаружи колонн и жестко связанной с последней, а контейнер образован наружной поверхностью колонны и гильзой и выполнен с верхним и нижним поршнями, зафиксированными с помощью срезных элементов на колонне и разделяющими полость контейнера на надпоршневую, межпоршневую и подпоршневую камеры, при этом надпоршневая камера заполнена воздухом, раствор "меченой" жидкости помещен в межпоршневой камере, а узел разгерметизации помещен в подпоршневой камере и выполнен в виде порохового заряда с элементами электрического воспламенения.
Недостатками предлагаемого устройства являются:
- во-первых, стационарность и одноразовость, то есть невозможность исследования одним устройством нескольких интервалов и несколько раз за период эксплуатации скважины;
- во-вторых, использование порохового заряда для выброса "меченой" жидкости в заколонном пространстве может привести к нарушениям крепи и, как следствие, провоцировать перетоки.
Также известно "Устройство для измерения радиоактивности изотопа атома, введенного в крепь скважины" (US Patent №4771635, E21B 47/10 от 29.01.87 г.), содержащее спускаемый на геофизическом кабеле контейнер для "меченой" радиоактивным изотопом атома жидкости с узлами разгерметизации и подачи, датчиком для измерения радиоактивности.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, использование радиоактивных веществ, что требует использования дорогостоящих материалов для контейнера, привлечения работников с допуском к выполнению подобных работ и применения повышенных мер безопасности и, как следствие, невозможность выполнения работ силами обслуживающих бригад, что в совокупности требует больших материальных затрат;
- во-вторых, для измерения параметров требуется перемещение устройства вверх-вниз относительно исследуемого интервала, что исключает возможность изучения процесса во времени в стационарном положении, исходя из чего нельзя сделать вывод о скорости заколонных перетоков.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является "Устройство для контроля заколонных перетоков" (патент RU №2255200, E21B 47/10, опубл. БИ №18, от 27.06.2005 г.), содержащее спускаемый на геофизическом кабеле контейнер для "меченой" жидкости с узлами разгерметизации и подачи, измерительным датчиком, отличающееся тем, что устройство оснащено измерительными датчиками более одного, при этом измерительные датчики расположены выше и ниже исследуемого интервала пласта не менее одного с каждой стороны, причем в качестве "меченой" жидкости используется ферромагнитная жидкость, а в качестве измерительных датчиков - устройства для измерения магнитного поля.
Недостатками предлагаемого устройства являются:
- во-первых, низкая надежность срабатывания устройства (опорожнение контейнера от ферромагнитной жидкости), которое происходит по электрическому сигналу, подаваемому на геофизический кабель, при этом возможно недохождение сигнала до контейнера по причине повреждения кабеля в процессе спуска или отказа узлов подачи и/или разгерметизации устройства в работе;
- во-вторых, низкая эффективность работы устройства, обусловленная тем, что с высокой степенью вероятности «меченая» жидкость (ферромагнитная жидкость) не будет продавлена через перфорационные отверстия скважины в пласт технической жидкостью, а осядет на забой скважины, особенно если пласт имеет низкую приемистость;
- в-третьих, низкая точность определения наличия заколонного перетока между двумя пластами, так как ферромагнитная жидкость попадает в пустой «карман», образованный в заколонном пространстве скважины, например при креплении (цементировании) обсадной колонны скважины, на что реагирует измерительный датчик магнитного поля, но это вовсе не означает, что существует заколонный переток между двумя пластами;
- в четвертых, необходимо герметизировать геофизический кабель на устье скважины при продавке ферромагнитной жидкости в пласт с возможными утечками жидкости.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежного устройства, обеспечивающего гарантированное срабатывание узлов подачи и/или разгерметизации, а также эффективного в работе устройства, позволяющего гарантированно продавить ферромагнитную жидкость из скважины, повышение точности наличия заколонного перетока между двумя пластами за счет установки измерительного датчика напротив нижнего пласта, из которого при наличии заколонного перетока будет выходить ферромагнитная жидкость, и исключение герметизации геофизического кабеля на устье скважины.
Поставленная задача решается устройством для контроля заколонных перетоков между двумя пластами, содержащим спускаемый на геофизическом кабеле контейнер для "меченой" жидкости с узлами разгерметизации и подачи, а также измерительным датчиком, в качестве "меченой" жидкости используется ферромагнитная жидкость, а в качестве измерительных датчиков - устройства для измерения магнитного поля.
Новым является то, что контейнер помещен в колонну труб, снабженную снаружи пакером, установленным между верхним и нижним пластами, при этом узел подачи установлен в колонне труб выше пакера напротив верхнего пласта и выполнен в виде заглушенного снизу фильтра и перфорированной заглушки, жестко установленной в колонне труб выше фильтра, причем узел разгерметизации выполнен в виде ступенчатого штока с большим диаметром D сверху и меньшим диаметром d снизу, при этом в транспортном положении ступенчатый шток большим диаметром D герметично установлен в центральное отверстие, выполненное в дне контейнера, а в рабочем положении при взаимодействии ступенчатого штока с перфорированной заглушкой узла подачи ступенчатый шток имеет возможность осевого перемещения вверх относительно контейнера с размещением ступенчатого штока меньшим диаметром d напротив центрального отверстия контейнера, причем измерительный датчик установлен на нижнем конце колонны труб напротив нижнего пласта.
На фигурах 1 и 2 схематично изображено предлагаемое устройство.
На фигуре 3 изображена схема устройства при наличии заколонного перетока жидкости между двумя пластами.
Устройство для контроля заколонных перетоков между двумя пластами (верхним 1 и нижним 2) (см. фиг. 1 и 2) содержит спускаемый на геофизическом кабеле 3 контейнер 4 для "меченой" жидкости 5 с узлами разгерметизации и подачи, а также измерительным датчиком 6. В качестве "меченой" жидкости используется ферромагнитная жидкость 5, поляризующаяся в присутствии магнитного поля. Ферромагнитная жидкость 5 состоит из частиц нанометровых размеров (10 нм и меньше) магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо, взвешенных в несущей жидкости (воде), а в качестве измерительного датчика 6 - устройство для измерения магнитного поля. Контейнер 4 помещен в колонну труб 7, снабженную снаружи пакером 8, установленным между верхним 1 и нижним 2 пластами. Например, в качестве колонны труб 7 применяют колонну насосно-компрессорных труб диаметром 89 мм, а в качестве контейнера применяют несколько соединенных между собой труб диаметром 48 мм, например четырех труб в зависимости от объема ферромагнитной жидкости 5, которую необходимо закачать в верхний пласт 1. Объем ферромагнитной жидкости, подлежащей закачке в верхний пласт, определяет геологическая служба ремонтного предприятия в зависимости от приемистости верхнего пласта 1. В качестве пакера 8 применяют пакер любой известной конструкции, например проходной пакер с якорем с механической поворотной установкой ПРО-ЯМ2-ЯГ1(Ф) или ПРО-ЯМ3-ЯГ2(Ф) (на 100 МПа) производства научно-производственной фирмы «Пакер» (г. Октябрьский, Республика Башкортостан, РФ). Узел подачи установлен в колонне труб 7 выше пакера 8 напротив верхнего пласта 1 и выполнен в виде заглушенного заглушкой 9 снизу фильтра 10 и перфорированной заглушки 11, жестко установленной в колонне труб 7 выше фильтра 9. Узел разгерметизации выполнен в виде ступенчатого штока 12 с большим диаметром D сверху и меньшим диаметром d снизу.
В транспортном положении ступенчатый шток 12 большим диаметром D герметично установлен в центральное отверстие 13, выполненное в дне контейнера 4. В рабочем положении при взаимодействии ступенчатого штока 12 с перфорированной заглушкой 11 ступенчатый шток 12 имеет возможность осевого перемещения вверх относительно контейнера 4 с размещением ступенчатого штока 12 меньшим диаметром -d напротив центрального отверстия 13 контейнера 4. Измерительный датчик 6 установлен на нижнем конце колонны труб 7 напротив нижнего пласта 2.
Устройство работает следующим образом.
Монтируют устройство в скважине, как показано на фигуре 1, при этом пакер 8 сажают в скважине ниже подошвы верхнего пласта 1, например на 1-3 метра, при этом скважинная жидкость (на фиг. 1, 2, 3 показано условно) через отверстия фильтра 6 заполняет колонну труб 7. На устье скважины заполняют контейнер 4 ферромагнитной жидкостью 5, при этом контейнер 4 находится в транспортном положении, а ступенчатый шток 12 большим диаметром D герметично установлен в центральное отверстие 13, выполненное в дне контейнера 4.
В колонну труб 7 на геофизическом кабеле 3 геофизического подъемника (на фиг. 1, 2, 3 не показано) спускают контейнер 4. Спуск контейнера 4 (см. фиг. 1 и 2) на геофизическом кабеле 3 продолжают до полной разгрузки контейнера 4 на перфорированную заглушку 11 узла подачи, при этом ступенчатый шток 12 перемещается вверх относительно контейнера 4 с размещением ступенчатого штока 12 (см. фиг. 2) меньшим диаметром d напротив центрального отверстия 13 контейнера 4 и контейнер 4 занимает рабочее положение. Таким образом, срабатывает узел разгерметизации контейнера 4.
Ферромагнитная жидкость опорожняется из контейнера 4 и через узел подачи: перфорированную заглушку 11 и отверстия фильтра 10, заглушенного снизу заглушкой 9, заполняет скважинное пространство выше пакера 8. Опорожнение ферромагнитной жидкости из контейнера 4 контролируют по индикатору веса на геофизическом подъемнике, например вес контейнера с ферромагнитной жидкостью составлял 9 кН, а после опорожнения контейнера 4 и подъема его на 1-2 м вверх посредством геофизического кабеля 3 вес контейнера 4 составляет 5 кН. Это означает, что контейнер 4 опорожнился. Срабатывание узлов подачи и разгерметизации производится механическим путем (разгрузкой контейнера на перфорированную заглушку 11 в колонне труб) и посредством контроля по индикатору веса, что повышает надежность работы устройства. Извлекают из скважины контейнер 4 с геофизическим кабелем 3. Извлечение контейнера 4 с геофизическим кабелем 3 перед продавкой ферромагнитной жидкости в пласт исключает как необходимость герметизации геофизического кабеля на устье скважины, так и возможные утечки при закачке продавочной жидкости в скважину.
Затем закачивают в колонну труб 7 продавочную жидкость и продавливают ею ферромагнитную жидкость из скважинного пространства через перфорированные отверстия 14 в верхний пласт 1. Наличие пакера 8 в конструкции устройства позволяет повысить эффективность работы и гарантированно продавить ферромагнитную жидкость из скважины, т.е. исключает оседание ферромагнитной жидкости на забой скважины.
При наличии заколонного перетока ферромагнитная жидкость 5 по каналу 15 (см. фиг. 3) заколонного перетока передвигается в нижний пласт 2, откуда через перфорационные отверстия 16 выходит в скважинное пространство ниже пакера 8, на что реагирует измерительный датчик 6 (изменяется сигнал во времени), проводящий измерения магнитного поля во времени.
Исходя из полученных данных с измерительного датчика 6, делаются выводы о наличии заколонных перетоков и величине, например:
- отсутствие изменения сигнала показывает об отсутствии заколонных перетоков (весь объем ферромагнитной жидкости 5 закачивается в верхний пласт 1);
- изменение сигнала напротив перфорационных отверстий 16 нижнего пласта 2 незначительное во времени - незначительные заколонные перетоки;
- изменения сигнала напротив перфорационных отверстий 16 нижнего пласта 2, нарастающие быстро во времени, - заколонные перетоки значительные.
Повышается точность наличия (отсутствия) заколонного перетока и его интенсивности между двумя пластами за счет установки измерительного датчика напротив нижнего пласта.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить надежность работы устройства;
- повысить эффективность работе устройства;
- повысить точность наличия заколонного перетока между двумя пластами;
- исключить герметизацию геофизического кабеля на устье скважины.