ПАКЕРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТОВ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для испытания пластов в вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе и с открытыми стволами.
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 спуске и 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 спуске и 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, глухую перегородку, полый фильтр, установленный между верхним и нижним пакерами.
Новым является то, что нижний пакер размещен на нижнем конце нижнего подвижного штока, который жестко соединен с полым фильтром, а верхний подвижный шток сверху соединен с соединительным узлом, оснащенным сбивным клапаном, при этом верхний и нижний подвижные штоки выполнены с возможностью перемещения относительно верхнего и нижнего пакеров только вниз, при этом уплотнительные элементы верхнего и нижнего пакеров расположены между верхними и нижними упорами, причем полый фильтр жестко соединен с нижним упором верхнего пакера, при этом верхний упор верхнего пакера снабжен сверху пружинным центратором с жестко закрепленным пальцем, размещенном в продольном пазу, выполненном на наружной поверхности верхнего подвижного штока, причем нижняя часть верхнего упора верхнего пакера и верхняя часть нижнего упора нижнего пакера выполнены в виде гидроцилиндров с кольцевым поршнями, взаимодействующими с уплотнительными элементами верхнего и нижнего пакеров, при этом нижний упор нижнего пакера снизу выполнен сквозным и оснащен подпружиненным снизу вверх обратным клапаном, причем внутренние полости каждого гидроцилиндра выполнены с возможностью взаимодействия с осевым каналом подвижных
штоков 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, причем глухая перегородка размещена в полом фильтре, снабженном кольцевым каналом, причем кольцевой канал полого фильтра в начальном положении гидравлически сообщает осевые каналы верхнего и нижнего подвижных штоков, а при перемещении подвижных штоков вниз относительно пакеров их осевые каналы изолируются друг от друга в следствии упора нижнего торца верхнего подвижного штока в глухую перегородку.
На фигуре в продольном разрезе представлено пакерующее устройство для избирательного испытания пластов в исходном положении.
Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов (см. фиг.) 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.
Нижний подвижный шток 6 жестко соединен с фильтром 9, а сверху верхний подвижный шток 5 оснащен соединительным узлом 10. Соединительный узел оснащен сбивным клапаном 11. 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 упорами 12 (13) и 14 (15).
Полый фильтр 9 жестко соединен с нижним упором 13 верхнего пакера 1, а нижний упор 15 нижнего пакера 2 снизу выполнен сквозным и оснащен подпружиненным снизу вверх обратным клапаном 16.
Верхний упор 12 верхнего пакера 1 снабжен сверху пружинным центратором 17 с жестко закрепленным пальцем 18, размещенном в продольном пазу 19, выполненном на наружной поверхности верхнего подвижного штока 5.
Нижняя часть верхнего упора 12 верхнего пакера 1 и верхняя часть нижнего упора 15 нижнего пакера 2 выполнены в виде гидроцилиндров 20 (21) с кольцевыми поршнями 22 (23), взаимодействующими с уплотнительными элементами 3 (4) пакеров 1 (2).
Внутренние полости 24 (25) каждого гидроцилиндра 20 (21) выполнены 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. не показано) через полый фильтр 10 при перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2).
Глухая перегородка 27 размещена в полом фильтре 9, снабженном кольцевым каналом 28, причем кольцевой канал 28 полого фильтра 9 в начальном положении гидравлически сообщает осевые каналы 6 и 7 соответственно верхнего 5 и нижнего 6 подвижных штоков. При перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2) осевые каналы 5 (6) верхнего 5 и нижнего 6 подвижных штоков не сообщаются между собой вследствии упора нижнего торца верхнего подвижного штока 5 в глухую перегородку 27.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 29, 30, 31, 32.
Пакерующее устройство для избирательного испытания пластов работает следующим образом.
На устье скважины (на фигуре не показано) подбирают необходимую длину нижнего подвижного штока 6 в зависимости от высоты испытываемого пласта (на фиг. не показано). Затем нижний пакер 2 наворачивают на нижний конец нижнего подвижного штока 6, который, в свою очередь, жестко соединяют с полым фильтром 9.
После этого пакерующее устройство в сборе (см. фиг.) на колонне труб 33 спускают в скважину, при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщается с внутренними полостями 24 (25) гидроцилиндра 20 (21), а радиальный канал 26 верхнего подвижного штока 5 герметично перекрыт верхним пакером 1.
В процессе спуска пакерующего устройства в скважину пружинный центратор 17 своим пальцем 18, размещенном в продольном пазу 19, перемещается в пределах вышеупомянутого паза и центрирует устройство относительно оси скважины, а обратный клапан 16, подпружиненный снизу вверх, открывается, то есть его пружина сжимается и перепускает находящуюся в скважине жидкость сквозь осевые каналы 7 (8) подвижных штоков 5 (6) пакеров 1 (2) в надпакерное пространство, в связи с чем исключается излив скважинной жидкости на устье скважины и не происходит торможений при спуске колонны труб 33 в скважину.
Достигнув интервала испытываемого пласта (на фиг. не показано), пакерующее устройство устанавливают таким образом, чтобы верхний пакер 1 находился выше испытываемого пласта, а нижний пакер 2 находился ниже испытываемого пласта, при этом обратный клапан 16 закрывается под действием возвратной силы пружины.
Далее с устья скважины в колонне труб 33, осевом канале 7 (8) создают избыточное давление (например, 20,0 МПа), которое попадает во внутренние полости 24 (25) гидроцилиндра 20 (21) и воздействует на кольцевой поршень 22 (23), так как в осевой канал 8 нижнего пакера 2 избыточное давление передается с помощью сквозного отверстия 29, выполненного на нижнем конце верхнего подвижного штока 5 и кольцевого канала 28 полого фильтра 9.
Под действием избыточного давления кольцевой поршень 22 (23) герметично относительно гидроцилиндра 20 (21) перемещается, 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 (20,0 МПа) в колонне труб 33, осевом канале 7 (8) и соответственно во внутренних полостях 24 (25), поскольку они гидравлически связаны, опускают колонну труб 33 вниз до тех пор, пока радиальный канал 26 не выйдет из герметично взаимодействия с верхним пакером 1 и не установится напротив отверстий 35 полого фильтра 9, при этом внутренние полости 24 (25) гидравлически отсекаются от внутреннего пространства колонны труб 33. Кроме того, гидравлически отсекаются друг от друга и осевые каналы 7 (8) подвижных штоков 5 (6) верхнего 1 и нижнего 2 пакеров, образуя гидравлический затвор, так как при перемещении подвижных штоков 5 (6) вниз относительно пакеров 1 (2) их осевые каналы 5 (6) изолируются друг от друга в следствии упора нижнего торца верхнего подвижного штока 5 в глухую перегородку 27. В таком положении производят испытание пласта, заключенного между верхним 1 и нижним 2 пакерами, при этом закачиваемая жидкость по колонне труб 33 через осевой канал 7 верхнего подвижного штока 5 и радиальный канал 24 сквозь отверстия 34 полого фильтра 9 поступает в испытываемый пласт.
По окончании испытания пласта избыточное давление в колонне труб 33, осевом канале 7 (8) сбрасывают. Колонну труб 33 приподнимают вверх до тех пор, пока пакерующее устройство не вернется в исходное положение (см. фигуру), при этом осевой канал 7 (8) подвижного штока 5 (6) сообщится с внутренней полостью 24 (25) гидроцилиндра 20 (21), а радиальный канал 26 верхнего подвижного штока 5 герметично перекроется верхним пакером 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 33 сбрасывают груз (на фиг. не показано), например штангу длиной 2-3 метра и диаметром 19-25 мм, который разрушает сбивной клапан 11. Далее пакерующее устройство
извлекается на поверхность без излива благодаря разрушенному сбивному клапану 11 в соединительном узле 10.
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 обратного клапана исключает излив жидкости на устье скважины при спуске устройства в скважину, а наличие сбивного клапана исключает излив жидкости на устье при подъеме устройства из скважины на дневную поверхность.