Устройство и способ гидродинамических исследований и испытаний скважин

Устройство и способ гидродинамических исследований и испытаний скважин

Реферат

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности эксплуатационных скважин. Техническим результатом является получение многофункционального технологического комплекса для гидродинамических исследований и испытаний скважин (МТК ГДИ) на кабеле. Для этого способ включает определение количественных значений параметров пласта и отбор герметичных проб флюида с обеспечением контроля всего цикла испытания по регистрируемым диаграммам давления, по которым рассчитываются все гидродинамические параметры продуктивного пласта. При этом в скважину на геофизическом кабеле опускают устройство с дистанционным управлением процессами пакеровки, притока флюида, восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне и последующей автоматической распакеровкой. Для достижения указанного технического результата используется устройство, состоящее из пакерующего устройства с резиновыми элементами, депрессионной камеры для создания притока флюида из пласта, состоящей из набора насосно-компрессорных труб с клапанной системой, атмосферным давлением, герметичным пробоотборником и дистанционными датчиками давления для контроля всего процесса гидродинамических испытаний - открытия приемного клапана, притока флюида и восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне с регистрацией диаграмм давления для расчета всех гидродинамических параметров продуктивного пласта. Причем для спуска устройства в скважину применен геофизический кабель, а для пакеровки, управления клапанной системой депрессионной камеры и автоматической распакеровки - один электрогидромеханический привод, обеспечивающий открытие депрессионной камеры только после пакеровки испытателя. При этом резиновые элементы пакерующего устройства выполнены цилиндрическими и с возможностью расположения между собой на различном расстоянии, от 2-3 см до нескольких метров, для обеспечения гидродинамических испытаний при однопакерной компоновке с двумя пакерующими элементами или селективных испытаний с двухпакерной компоновкой с расстоянием между пакерами до нескольких метров. При этом на внешних поверхностях резиновых элементов выполнены концентрические проточки для создания на контакте пакера с колонной гидрозатворных зон повышенного давления, образующихся при механическом сжатии резиновых элементов, обеспечивая герметичность пакеровки, а депрессионная камера выполнена с общим объемом до 300 литров. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения эффективности эксплуатации скважин.

В процессе разработки нефтяных месторождений исключительно важное значение имеет оценка эффективности вторичного вскрытия продуктивных пластов после обсадки эксплуатационной колонной и перфорации, испытание продуктивных пластов с целью определения гидродинамических параметров, дебита, воздействие на продуктивные пласты с очисткой прискважинной зоны для интенсификации нефтепритока, оценка герметичности эксплуатационной колонны и другие. Решение этих задач традиционными методами требует много времени и значительных трудовых затрат.

В большинстве случаев эта задача решается устройствами, спускаемыми в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ). (См. а.с. 968349 и 1481385).

Недостатком таких устройств является малая надежность и большая трудоемкость спуско-подъемных операций, износ запорных втулок в условиях абразивной среды, малый приток жидкости.

Достаточно близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство для очистки прискважинной зоны продуктивных пластов (а.с. 874964, МКИ Е 21 В 21/100, 1981 г., Альметьевское НГДУ), содержащее закрепленные на геофизическом кабеле блок управления с кабельным наконечником, соединенный с депрессионной и технологическими камерами, обратный клапан, установленный в вертикальном канале корпуса, соединенного с депрессионной камерой, и золотниковый клапан, перекрывающий радиальные отверстия. Запорный механизм снабжен легкоплавкой пробкой. Недостатком этого устройства является малый объем депрессионной камеры, невозможность повторения работ без подъема инструмента и отсутствие экспресс-информации.

Наиболее близким техническим решением является "Устройство и способ гидродинамических исследований и испытаний скважин (5) по заявке 96112275.

В состав его входят: "пакерующее устройство с резиновыми элементами, депрессионная камера для создания притока флюида из пласта, состоящая из набора насосно-компрессорных труб с клапанной системой с атмосферным давлением, герметичным пробоотборником и дистанционными датчиками давления для контроля всего процесса гидродинамических испытаний - открытия приемного клапана, притока флюида и восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне с регистрацией диаграмм давления для расчета всех гидродинамических параметров продуктивного пластах.

Сущность способа: "определение количественных значений параметров пласта и отбор герметичных проб флюида, обеспечение контроля всего цикла испытания по регистрируемым диаграммам давления, по которым рассчитывают все гидродинамические параметры продуктивного пласта".

Недостатком данного устройства является невозможность повторения работ, невозможность поинтервального исследования колонны сверху вниз и снизу вверх, отсутствие экспресс-информации о результате испытания и воздействия.

Задача изобретения - получение технического результата.

Технический результат - многофункциональный технологический комплекс для гидродинамических исследований и испытаний скважин (МТК ГДИ) на кабеле.

Решаемые задачи: 1. Поинтервальная опрессовка эксплуатационной колонны.

2. Многоцикловое депрессионно-репрессионное воздействие на обрабатываемые пласты с очисткой ПЗП с извлечением продуктов очистки на поверхность.

3. Очистка забоя скважины с извлечением осадка и металлических предметов на поверхность.

4. Испытание продуктивных пластов при однопакерной компоновке оборудования с регистрацией КВД и выдачей всех гидродинамических параметров и отбором герметичных проб.

5. Селективное испытание пластов при двухпакерной компоновке оборудования с регистрацией КВД, отбором герметичных проб и выдачей всех гидродинамических параметров.

6. Экспресс-оценка технологической эффективности различных методов, применяемых для повышения нефтеотдачи пластов или интенсификации нефтепритока из пласта.

7. Паспортизация продуктивного объекта с целью оценки совершенства гидродинамического вскрытия его перед вводом его в эксплуатацию.

Этот технический результат достигается тем, что предлагается устройство для гидродинамических исследований и испытаний скважин, состоящее из пакерующего устройства с резиновыми элементами, депрессионной камеры для создания притока флюида из пласта, состоящей из набора насосно-компрессорных труб с клапанной системой, атмосферным давлением, герметичным пробоотборником и дистанционными датчиками давления для контроля всего процесса гидродинамических испытаний - открытия приемного клапана, притока флюида и восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне с регистрацией диаграмм давления для расчета всех гидродинамических параметров продуктивного пласта, отличающееся тем, что для спуска устройства в скважину применен геофизический кабель, а для пакеровки, управления клапанной системой депрессионной камеры и автоматической распакеровки - один электрогидромеханический привод, обеспечивающий открытие депрессионной камеры только после пакеровки испытателя, при этом резиновые элементы пакерующего устройства выполнены цилиндрическими и с возможностью расположения между собой на различном расстоянии, от 2-3 см до нескольких метров, для обеспечения гидродинамических испытаний при однопакерной компоновке с двумя пакерующими элементами или селективных испытаний с двухпакерной компоновкой с расстоянием между пакерами до нескольких метров, при этом на внешних поверхностях резиновых элементов выполнены концентрические проточки для создания на контакте пакера с колонной гидрозатворных зон повышенного давления, образующихся при механическом сжатии резиновых элементов, обеспечивая герметичность пакеровки, а депрессионная камера выполнена с общим объемом до 300 литров.

Электрогидромеханический привод размещен в замкнутой гидросистеме, гидродинамически уравновешенной с гидростатическим давлением в скважине с помощью компенсатора давления. Гидродинамическая уравновешенность гидросистемы позволяет обеспечить автоматическую распакеровку в аварийной ситуации - отключение электроэнергии, выход из строя электродвигателя или гидронасоса за счет выравнивания давления в силовом цилиндре под шток-поршнем, возвращая его в исходное (транспортное) положение. Для обеспечения механического усилия более 7.0 т для сжатия резиновых элементов пакерующей системы диаметр силового поршня более чем в 2,5 раза превышает диаметр штока, при этом шток выполнен полым, что позволяет при однопакерной компоновке контролировать давление в подпакерной зоне датчиком, расположенным выше силового цилиндра, а при двухпакерной компоновке размещение по торцам его двух камер с атмосферным давлением позволило создать гидроуравновешенный приемный клапан с расположением его между пакерующими элементами. Примененные технические решения по конструкции силового поршня-штока, замкнутой гидросистемы электрогидромеханического привода, гидродинамически уравновешенной с гидростатическим давлением в скважине, применение двух камер с атмосферным давлением и гидроуравновешенный приемный клапан с расположением между пакерующими элементами при двухпакерной компоновке позволило создать оптимизированную конструкцию устройства с широкими функциональными возможностями гидродинамических исследований скважин с обеспечением противоаварийной защиты.

Предлагается также способ гидродинамических исследований продуктивных пластов с определением количественных значений параметров пласта и отбором герметичных проб флюида.

Суть способа состоит в том, что и скважину на геофизическом кабеле опускают испытательное устройство с дистанционным управлением процессами пакеровки, притока флюида, восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне и последующий распакеровки с обеспечением контроля всего цикла испытания по регистрируемым диаграммам давления с помощью устройства, предложенного выше.

Устройство для гидродинамических исследований и испытаний скважин, опускаемое на геофизическом кабеле изображено на фиг. 1. Оно состоит из корпуса 4, в котором расположен электродвигатель 5 с гидронасосом высокого давления 6, имеющим гидравлические каналы связи 8, 10 с цилиндром, в котором находится силовой поршень-шток 11. В верхней части корпуса находится гидрокомпенсатор внешнего давления с поршнем 3 и датчиком давления 36. В нижней части корпуса расположен пакерующий узел, состоящий из двух резиновых элементов 14, трех подвижных муфт 13, соединенных с силовым поршень-штоком с помощью штифтов 15. Корпус 4 пакерующего узла соединен с корпусом 20 депрессионной камеры, в верхней части которого расположен клапан 16 пусковой камеры 17, клапан-груз 19, удерживаемый стержнем 18. В нижней части депрессионной камеры находится приемный клапан 21, фиксируемый стержнем 22 с приемными каналами 23. В хвостовике депрессионной камеры расположены автономный манометр 25, пробоотборник 26 для отбора герметичных проб и ловушка 24 для приемного клапана 21. Кроме автономного манометра для контроля и регистрации давления в подпакерной зоне используется датчик давления 9. Для регулирования величины давления, создаваемого насосом, предусмотрен клапан 7. Устройство опускается в скважину на геофизическом кабеле 1, соединяемом с устройством с помощью кабельной головки 2.

Конструкция пакерующего узла выполнена так, что резиновые пакерующие элементы 14 могут быть смонтированы в непосредственной близости как показано на фиг. 1 при однопакерной компоновке, или на удалении друг от друга при двухпакерной компоновке, как показано на фиг.4 для селективного испытания отдельных пластов, при этом расстояние между резиновыми элементами может регулироваться в нужных размерах с помощью герметично соединяемых патрубков для удлинения нижней части корпуса 4 и штока силового поршня 11. При двухпакерной компоновке приемный клапан с приемными каналами 33 и 34 депрессионной камеры расположен между резиновыми пакерующими элементами.

Остальные обозначения следующие; 27 - удлиненная муфта, 28 - депрессионная камера, 29 - колонна, 30 - цемент, 31 - порода, 32 - пласт, 35 - удлиненный шток. 12 - канал штока силового поршня.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического тока через геофизический кабель запускается электродвигатель 5 и одновременно начинает работать гидронасос 6, прокачивая трансформаторное масло по каналу 8 в подпоршневую зону. С увеличением давления поршень 11 движется вверх и с помощью штока, штифтов 15 и подвижных втулок 13 сжимает резиновые элементы 14, обеспечивая пакеровку устройства. По мере перемещения штока вверх открывается клапан 16 пусковой камеры 17, в результате под действием гидростатического давления срезается стержень 18 и под действием подающего клапан-груза 19 открывается приемный клапан 21, обеспечивая доступ жидкости из скважины в депрессионную камеру, создавая резкую депрессию на пласт. Под действием депрессии происходит приток флюида из пласта, производя очистку пор прискважинной зоны пласта (ПЗП). Притекающая жидкость попадает в депрессионную камеру и пробоотборник 26. После завершения притока жидкости из пласта устройство продолжает удерживаться в запакерованном состоянии до полного восстановления давления и подпакерной зоне, при этом с помощью датчика давления 9 контролируется динамика изменения давления и регистрируется кривая восстановления давления, по которой рассчитываются гидродинамические параметры пласта. Регистрация КВД дублируется автономным манометром 25. После завершения процесса восстановления давления производится распакеровка устройства выключением электродвигателя, при этом силовой поршень возвращается в исходное положение, и устройство извлекается на поверхность.

Способ гидродинамических исследований для поинтервальной опрессовки эксплуатационной колонны с целью поиска интервалов нарушения с помощью предлагаемого пакерующего устройства показан на фиг. 3. Технология поинтервальной опрессовки эксплуатационной колонны для локализации интервалов нарушений выполняется без депрессионной камеры, при этом величина давления над пакером и под ним контролируется датчиками 9 и 36, по показаниям которых и устанавливается интервал нарушения эксплуатационной колонны. Давление в надпакерной зоне скважины создается с помощью гидроагрегата, находящегося на поверхности.

Предлагаемый способ является прямым методом изучения технического состояния эксплуатационной колонны и более эффективен по сравнению с геофизическими методами, применяемыми для этой цели, особенно при исследовании верхней части колонны, где геофизические методы не эффективны.

Способ гидродинамических испытаний скважин при однопакерной компоновке показан на фиг. 2. Устройство опускается в скважину на геофизическом кабеле и устанавливается таким образом, чтобы приемные каналы 23 депрессионной камеры были расположены против испытуемого пласта.

После этого устройство пакеруется, создается депрессия и регистрируется КВД. После завершения регистрации КВД устройство распакеровывается и вместе с жидкостью из пласта поднимается на поверхность.

Способ очистки забойной части скважины с помощью предлагаемого устройства иллюстрируется фиг. 6. Для очистки забоя устройство используется без резиновых элементов, при этом депрессионная камера снабжена обратным клапаном, а на нижнюю часть корпуса депрессионной камеры навернут хвостовик с открытой торцевой частью для направления потока жидкости в депрессионную камеру с забойной зоны скважины. В нижней части хвостовика установлена ловушка для удержания увлекаемых потоком жидкости металлических предметов.

Для проведения очистки устройство опускается в скважину и устанавливается на забой. Включением электрогидромеханического привода открывается клапанная система депрессионной камеры, и поток жидкости под действием гидростатического давления через хвостовик устремляется в депрессионную камеру, увлекая с забоя осадок и находящиеся в осадке предметы. После заполнения депрессионной камеры устройство поднимается на поверхность.

Процесс селективного испытания одного пласта показан на фиг. 5. В зависимости от толщины пласта определяют расстояние между резиновыми элементами и объем депрессионной камеры, собирают устройство и опускают его в скважину. По достижении интервала исследования с поверхности управляют процессом пакеровки и открытием децрессионной камеры. Под действием резкой депрессии происходит интенсивный приток флюида с очисткой прискважинной зоны пласта (ПЗП). Затем идет процесс восстановления давления и регистрируется КВД. После чего устройство извлекается на поверхность.

Применение одного гидромеханического привода для пакеровки, управления клапанной системой и распакеровки обеспечивает последовательное управление всем технологическим процессом гидродинамических исследований и испытаний продуктивных пластов.

Выполнение депрессионной камеры из набора НКТ дает возможность увеличить ее объем до необходимых размеров, при этом общая конструкция позволяет разместить датчик давления с передачей данных на поверхность - это позволяет получить экспресс-информацию о гидродинамических свойствах пласта путем регистрации КВД на поверхности. Качество пакеровки контролируется датчиком подпакерного давления. Этим же датчиком оценивается герметичность эксплуатационной колонны.

Применение двух резиновых элементов с возможностью расположения на различном расстоянии между собой позволяет осуществлять однопакерную и двухпакерную компоновку устройства.

Гидродинамическая уравновешенность электромеханического привода в комплексе с клапанной системой в виде полого штока силового поршня, клапан-груза и приемного клапана депрессионной камеры, уравновешенных атмосферным и гидростатическим давлением в скважине, позволяют обеспечить аварийнозащищенные многофункциональные возможности применения устройства для решения сложных технических и технологических задач гидродинамических исследований и испытаний скважин на геофизическом кабеле.

Источники информации 1. Авторское свидетельство 968349.

2. Aвторское cвидетельство 874964, МКИ E 21 B 21/00, 1981 г.

4. Патент 2123577, МКИ E 21 B 37/100, 43/18, 34/06, 1998 г., бюл. 35, авторы: Корженевский А.Г. и др.

5. 3аявка 96112275 А кл.Е21В49/00, 20.03.1999 г.

Формула изобретения

1. Устройство для гидродинамических исследований и испытаний скважин, состоящее из пакерующего устройства с резиновыми элементами, депрессионной камеры для создания притока флюида из пласта состоящей из набора насосно-компрессорных труб с клапанной системой, атмосферным давлением, герметичным пробоотборником и дистанционными датчиками давления для контроля всего процесса гидродинамических испытаний - открытия приемного клапана, притока флюида и восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне с регистрацией диаграмм давления для расчета всех гидродинамических параметров продуктивного пласта, отличающееся тем, что для спуска устройства в скважину применен геофизический кабель, а для пакеровки, управления клапанной системой депрессионной камеры и автоматической распакеровки - один электрогидромеханический привод, обеспечивающий открытие депрессионной камеры только после пакеровки испытателя, при этом резиновые элементы пакерующего устройства выполнены цилиндрическими и с возможностью расположения между собой на различном расстоянии, от 2-3 см до нескольких метров, для обеспечения гидродинамических испытаний при однопакерной компоновке с двумя пакерующими элементами или селективных испытаний с двухпакерной компоновкой с расстоянием между пакерами до нескольких метров, при этом на внешних поверхностях резиновых элементов выполнены концентрические проточки для создания на контакте пакера с колонной гидрозатворных зон повышенного давления, образующихся при механическом сжатии резиновых элементов, обеспечивая герметичность пакеровки, а депрессионная камера выполнена с общим объемом до 300 литров.

2. Способ гидродинамических исследований и испытаний скважин с определением количественных значений параметров пласта и отбором герметичных проб флюида с обеспечением контроля всего цикла испытания по регистрируемым диаграммам давления, по которым рассчитываются все гидродинамические параметры продуктивного пласта, отличающийся тем, что в скважину на геофизическом кабеле опускают устройство с дистанционным управлением процессами пакеровки, притока флюида, восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне и последующей автоматической распакеровкой с помощью устройства по п.1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6