УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

Заявленная полезная модель относится к горному делу и предназначена для гидродинамических исследований необсаженных скважин.
Известно устройство для гидродинамических исследований (авт. св. СССР 600293, МПК Е21В 49/00), содержащее пробоприемник с разделительным поршнем, телескопическим поршнем, взаимодействующим с разделительным поршнем, торцевая площадь телескопического поршня меньше площади разделительного поршня. Недостатком является ограниченное число циклов исследования за один рейс прибора в скважину и необходимость обслуживания его для повторного спуска.
Известен малогабаритный прибор гидродинамического каротажа многократного действия Multiphase Flow Measurement (MFT) фирмы Weatherford (www: weatherford.com), выполненный в виде двух герметичных блоков, разделенных многорычажной прижимной системой пантографного типа, с блоком питания, приводом прижимной системы, телескопическим каналом, соединяющим отверстие в герметизирующем элементе с камерой поршневого цилиндра, соединенной каналом с двумя датчиками давления разного класса точности и уравнивающим клапаном, камерой.
После прижатия герметизирующего элемента к стенке скважины, создание депрессии и отбор флюида из пласта производится насосом, что усложняет процесс гидродинамического возмущения пласта, делает его зависимым от производительности насоса.
Наиболее близким по технической сущности с заявляемым является устройство для гидродинамического каротажа скважин (патент RU 2737594 С1, приоритет 03.04.2020, МПК Е21В 49/08) выполненное в виде двух блоков: пробоприемника и прижимной системы, при этом первый блок содержит электромеханический привод, гидропривод пробоприемника выполненный в виде гидроцилиндра двустороннего действия с односторонним штоком, основным гидравлическим каналом, клапаном двойного управления, буферным гидроцилиндром, малым гидравлическим цилиндром с поршнем контактирующим с толкателем упомянутого клапана, датчиками давления и линейных перемещений, второй блок содержит электромеханический привод, гидропривод, механизм управления прижимной системы, пакер, электромагнитный клапан, балластную камеру, гидравлическое реле.
Алгоритм работы устройства жестко детерминирован. Оператор устанавливает устройство на заданную глубину, включает регистрацию показаний датчиков, включает приводы, далее процесс идет по заданному алгоритму, наблюдая за показаниями датчиков, оператор в определенный момент завершает исследование, возвращает устройство в исходное состояние. Данный алгоритм работы устройства предельно упрощает работу оператора, эффективен при исследовании пород средней и высокой проницаемостью, но в случае исследования низкопроницаемых пород объективно увеличивается продолжительность исследования и растет вероятность преждевременного завершения теста при неоднозначном результате.
Задачей заявленной полезной модели является повышение производительности и эффективности устройства при исследовании низкопроницаемых пород.
Согласно полезной модели поставленная задача решается тем, что в устройстве для гидродинамического каротажа, состоящем из двух блоков: пробоприемника и прижимной системы с электромеханическими приводами, в блоке пробоприемника, содержащем гидропривод, выполненный в виде гидроцилиндра двойного действия с односторонним штоком, клапаном двойного управления, основным гидравлическим каналом, малым гидравлическим цилиндром с поршнем, контактирующим с толкателем упомянутого клапана, буферный гидроцилиндр с поршнем, контактирующим с дифференциальным поршнем пробоприемника, датчики давления и линейных перемещений, основной гидравлический канал снабжен электромагнитным клапаном с независимым управлением, который осуществляет гидравлическую связь буферного гидроцилиндра через клапан двойного управления с большой камерой гидроцилиндра двойного действия.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и чертежами.
На фиг. 1 (а, б, в) фрагмент общего вида, иллюстрирующий работу блока пробоприемника.
На фиг. 2 изображены диаграммы показаний датчиков давления (Р) и линейных перемещений (L) (нижняя кривая) при исследовании низкопроницаемого пласта.
Заявляемое устройство для гидродинамического каротажа состоит из двух блоков: первый блок содержит электромеханический привод (не показан фиг. 1), гидропривод пробоприемника выполнен в виде гидроцилиндра двустороннего действия 1 с односторонним штоком 2, поршнем 3, малым цилиндром с поршнем 4, контактирующим с толкателем 5 клапана двойного управления 6, основной гидравлический канал снабжен электромагнитным клапаном с независимым управлением, который осуществляет гидравлическую связь буферного гидроцилиндра 9 через клапан двойного управления 6 с большой камерой 8 гидроцилиндра двустороннего действия 1 (фиг. 1а).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
0
Устройство спускается в скважину на каротажном кабеле на заданной глубине с наземного блока питания подается напряжение на блок питания устройства, включаются электромеханические приводы (не показаны на фиг. 1) обоих блоков устройства, срабатывает прижимная система (не показана на фиг. 1), поршень 3 приближаясь к верхнему конечному положению, выдавливает гидравлическую жидкость из камеры 11 через канал в малый гидроцилиндр с поршнем 4, последний перемещаясь толкателем 5 открывает клапан 6, при этом электромагнитный клапан 7 находится в открытом состоянии, флюид из пласта поступающий в камеру 12 перемещает дифференциальный поршень 13 (фиг. 1б), поршень 10 начинает выдавливать гидравлическую жидкость из буферного гидроцилиндра 9 через электромагнитный клапан 7 и клапан двойного управления 6 в большую камеру 8 гидроцилиндра двустороннего действия 1, в результате давление падает, создавая возмущение в пласте (фиг. 2, время t).
1
0
1
2
пл
скв
Далее, по истечении некоторого времени (t-t) фиг. 2 а, б по показаниям датчика L линейных перемещений констатируется отсутствие притока (фиг. 2 а), а при наличии слабого притока (фиг. 2 б) прогнозируется продолжительность полного заполнения пробоприемника. В момент времени t включается электромагнитный клапан 7 (фиг. 1 в), перекрывается основной гидравлический канал, что исключает переток гидравлической жидкости из буферного гидроцилиндра 9 в большую камеру 8 гидроцилиндра двустороннего действия. Процесс из "фазы ожидания притока" (фиг. 2 а) или слабого притока (фиг. 2 б) переходит в фазу "восстановления пластового давления". В момент времени t при отсутствии притока (фиг. 2 а) или при слабом притоке (фиг. 2 б) после регистрации пластового давления Р отключается питание электромеханических приводов (не показаны на фиг. 1), при этом прижимная система возвращается в исходное состояние (складывается), клапан 6 остается в открытом состоянии, датчик Ρ регистрирует давление в скважине Р, при этом электромагнитный клапан 7 остается включенным, что препятствует перетоку гидравлической жидкости из буферного гидроцилиндра 9 через клапан 6 в камеру 8 гидроцилиндра двустороннего действия 1 и заполнению камеры 12 пробоприемника буровым раствором.
Питание с наземного блока подается вновь, но обратной полярности, поршень 3 начинает перемещаться в исходное положение, клапан 6 закрывается, оператор отключает электромагнитный клапан 7.
Электромеханические приводы, продолжая работать, возвращают устройство в исходное состояние (фиг. 1а).
В случае слабого притока (фиг. 2б) для расчете проницаемости используется выражение:
к - коэффициент проницаемости; μ - динамическая вязкость;
1
Δ
1
*
*
- объем флюида отобранного за время (t-t) при депрессии ΔPi; s - площадь поршня 13;  - перемещение поршня 13 до контакта с поршнем 14;  - перемещение поршня 13 за время ti=(t-t); А - коэффициент, учитывающий геометрию притока.
Установка электромагнитного клапана 7 в основном гидравлическом канале между буферным гидроцилиндром, клапаном двойного управления и большей камерой гидроцилиндра двустороннего позволяет оператору при отсутствии или слабом притоке, включив электромагнитный клапан 7, перевести процесс из "фазы ожидания притока" в "фазу восстановления пластового давления" и завершить тест с однозначным результатом, либо с фиксацией полного отсутствия притока (при отсутствии роста давления), либо при слабом притоке из пласта с регистрацией пластового давления и возможностью определения проницаемости (по приведенной формуле), существенно сократив при этом продолжительность теста, что увеличивает производительность устройства и дополнительно снижает вероятность аварийной ситуации из-за прихвата устройства.