Аппарат пакерный на кабеле и способ гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и отбора проб

Аппарат пакерный на кабеле и способ гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и отбора проб

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и отбора пластовых проб.

Известно устройство отбора пробы пластового флюида из слоя пласта, содержащее пробоотборник, несколько контейнеров для проб флюидов, систему каналов, систему для выпуска флюидов и их подачи в контейнеры для проб, верхний и нижний пакеры (WO 02057598, МПК Е21В 49/08, опубл. 29.04.2004).

Известно устройство для вызова притока пластового флюида, содержащее корпус с выполненными в нем радиальными каналами, установленный в полости корпуса насос с блоком регистрирующих приборов, обратный клапан и пакер (п. РФ №2015317, МПК Е21В 49/00, опубл. 1994.06.30).

Известен способ обработки прискважинной зоны пласта, включающий испытание пласта путем герметизации интервала перфорации пласта, вызова притока, восстановления пластового давления с контролем текущих давлений и определением гидродинамических параметров пласта (п. РФ №2123591, МПК Е21В 49/00, Е21В 43/25, Е21В 43/24, опубл. 1998.12.20).

Наиболее близким техническим решением является устройство гидродинамических исследований и испытаний скважин, содержащее пакерующее устройство с резиновыми элементами, герметичным пробоотборником и дистанционными датчиками давления для контроля всего процесса гидродинамических испытаний, содержит геофизический кабель, электрогидромеханический привод (п. РФ №2199009, МПК Е21В 49/00, опубл. 2003.02.20).

Известное устройство находит применение в способе гидродинамических исследований и испытаний скважин, при котором 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.

Однако известное техническое решение обладает следующими недостатками:

- за один спуск берется всего одна проба пласта, т.к. нет механизма для повторного взятия проб;

- качество взятых проб из пласта невысокое, т.к. в них будут присутствовать рабочие агенты при бурении (глинистый раствор и др.), находящиеся в зоне кальматации пласта, из первой порции жидкости;

- отсутствует контроль за качеством изоляции интервала пласта пакерующим элементом в процессе исследования и отбора проб, т.к. манометр, расположенный под пакером, не сообщен с внешней средой;

- наличие множества срезных элементов снижает надежность работы устройства.

Задачей изобретения является повышение точности исследования гидродинамических характеристик пластов нефтяных скважин и повышения качества отбираемых проб пластовых флюидов на разных глубинах скважины за счет исключения влияния скважинной жидкости на результаты исследования и отбора проб.

Техническим результатом является повышение надежности работы устройства, получение качественных проб пластовых флюидов, снижение трудоемкости процесса исследования пласта и отбора проб, а также снижение энергозатрат, сокращение времени исследования пласта.

Технический результат достигается тем, что в аппарате пакерном на кабеле, содержащем полый шток с возможностью вертикального перемещения с электроприводом, выдвижную тягу с золотниковым узлом, жестко связанную со штоком, толкатель, прикрепленный к штоку, пробоотборник, пакерный модуль, состоящий из верхнего и нижнего пакеров, каждый из которых состоит из неподвижного и подвижного фланцев с резиновыми манжетами, датчик давления, расположенный над пакерным модулем, вертикальный канал, соединяющий прискважинную зону с пробоотборником, в котором расположен датчик давления с возможностью контроля динамики изменения давления в пласте, панель управления и принятия информации, соединенную с аппаратом через кабель, новым является то, что аппарат дополнительно снабжен насосом, установленным в полости штока, пробосборниками, соединенными через золотниковый узел с радиальными каналами, датчиками давления, расположенными под пакерным модулем и в вертикальном канале, в котором дополнительно размещены датчик температуры, влагомер и резистивиметр, при этом пробоотборник снабжен дифференциальным поршнем.

Количество пробосборников соответствует количеству измеряемых участков пласта.

Аппарат дополнительно снабжен узлом аварийного срыва, состоящим из кожуха, двух срезных шайб, упора, канала узла аварийного срыва, гидроусилителя и поршня.

Резиновые манжеты пакерного модуля выполнены с различными показателями твердости и упругости.

В способе гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и отбора проб, включающем спуск аппарата в скважину, пакеровку, вызов притока флюидов, контроль давления в межпакерной зоне, взятие пробы жидкости пласта и последующую распакеровку, передачу и запись показаний с датчиков на панель управления, новым является то, что герметичность пакеровки определяют путем контролирования давления над и под пакером, производят закачивание жидкости из пласта несколько раз, осуществляя измерение давления, температуры, определение наличия воды и углеводородов в закаченной жидкости из изолированного пластового пространства в межпакерной зоне, на основании данных измерений давления и температуры делают вывод о динамике перемещения пластовых флюидов в скважине, а на основании данных измерений наличия воды в пласте и содержания в ней углеводородов делают вывод о составе проб пластовых флюидов, при положительной динамике данных показателей отбирают пробы в пробосборники, при этом закачивание жидкости в межпакерную зону осуществляют при постоянном контроле герметичности посадки пакера и контроле температуры и давления в межпакерной зоне.

Заявленный аппарат представлен на фиг.1 (общий вид).

На фиг.2 показана работа аппарата.

На фиг.3 представлен узел аварийного срыва аппарата.

Аппарат (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором подвижно расположен полый шток 2 с вмонтированным в него насосом 3, имеющим всасывающий канал 4 и нагнетающий канал 5, пробоотборника 6 с дифференциальным поршнем 7, связанным через канал 8 со скважиной, выдвижной тяги 9 с золотниковым узлом, состоящим из верхнего золотника 10 и нижнего золотника 11, жестко связанной с полым штоком 2, радиальных каналов 12, сообщенных через нижний золотник 11 с соответствующим пробосборником 13, представляющий камеру, где давление выше атмосферного, но ниже скважинного, пакерного модуля, состоящего из двух пакеров, каждый из которых состоит из неподвижного фланца 14 и подвижного фланца 15, между которыми расположены две резиновые манжеты 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью), толкателя 18, прикрепленного к полому штоку 2, вертикального канала 19 в корпусе 1, соединяющего через верхний золотник 10 пробоотборник 6 со скважиной, электропривода 20 с винтом 21, датчика перемещения винта 22, аварийного узла, состоящего из кожуха 23, срезной шайбы 24, упора 25, канала аварийного узла 26, соединенного с гидроусилителем 27, срезной шайбы 28, системой датчиков: датчиков давления 29, 30, расположенных соответственно над и под пакерным модулем, датчика давления 31, расположенного в вертикальном канале 19, там же расположены резистивиметр 32, влагомер 33, датчик температуры 34, геофизического кабеля 35, являющего токоведущим и грузонесущим элементом прибора, обратного клапана 36, расположенного на нагнетательном насосе 5, панели управления и принятия информации 37, соединенной с аппаратом через геофизический кабель 35.

Аппарат работает следующим образом (см. фиг.2).

Аппарат опускается на геофизическом кабеле 35 в скважину до кровли исследуемого пласта. На панели управления и принятия информации 37 записываются показания всех датчиков давления 29, 30 и 31, температуры 34, влагомера 33 и резистивиметра 32. Далее для закрепления пакерного модуля на стенке скважины (породе пласта) подается ток прямой полярности на электропривод 20, винт 21 перемещается вверх, вместе с ним вверх перемещается полый шток 2 с толкателем 18, подвижный фланец 15 под действием толкателя 18 сжимает резиновые манжеты 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью), ограниченные неподвижным фланцем 14, резиновые манжеты 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью) деформируются и увеличиваются в поперечном сечении и достигают стенки скважины (породы пласта) и герметично изолируют кольцевое пространство Б между корпусом 1, стволом скважины и пакерным модулем, точно также деформируются манжеты верхнего пакера. При посадке пакерного модуля выдвижная тяга 9 перемещается вверх вместе с полым штоком 2, золотник 10 открывает вертикальный канал 19, полость А пробоотборника 6, где давление атмосферное или ниже пластового давления, сообщается с изолированным кольцевым пространством скважины, под действием гидростатического давления пласта глинистая корка, образованная на породе, разрушается и пластовая жидкость устремляется в полость А пробоотборника 6. Дифференциальный поршень 7, связанный через канал 8 со скважиной, под действием пластового давления перемещается вверх, датчик давления 31 измеряет давление при заполнении камеры А и передает на панель управления и приема информации 37. Далее включается насос 3 с всасывающим 4 и нагнетающим 5 каналами и откачивает жидкость через полость А пробоотборника 6 из изолированного кольцевого пространства Б, далее флюиды, находящиеся в призабойной зоне, поступают из пласта в скважину выше пакерного модуля. По мере откачки жидкости гидростатическое давление в призабойной зоне уменьшается, и начинают поступать флюиды из более отдаленных участков пласта, т.е. из некальматированной зоны, где состав флюидов и гидродинамические параметры соответствуют истинным показателям пласта. После откачки определенного количества жидкости из пласта насос 3 отключается, обратный клапан 36 исключает переток жидкости из скважины в полость А, и снимаются все показания датчиков давления 29, 30 и 31, температуры 34, влагомера 33 и резистивиметра 32. По их показаниям до и после откачки насосом 3 жидкости из пласта определяется динамика в перемещении пластовых флюидов к скважине и качество (состав флюидов) отбора проб.

Если есть положительная динамика показателей, то проба отбирается в пробосборник 13. Для этого на электропривод подается ток обратной полярности, винт 21 перемещается вниз, при этом полый шток 2 вместе с толкателем 18 и выдвижной тягой 9 перемещается вниз, верхний золотник 10 закрывает вертикальный канал 19, а нижний золотник 11 открывает один радиальный канал 12 соответствующему пробосборнику 13 (по показаниям датчика 22), и пластовая жидкость, находящаяся в полости А пробоотборника 6, заполняет пробосборник 13. Т.к. гидростатическое давление в скважине через канал 8 действует на дифференциальный поршень 7, он перемещается до крайнего нижнего положения, и давление в пробосборнике 13 будет таким же, как в исследуемом пласте. Одновременно при движении толкателя 18 подвижный фланец 15 тоже перемещается вниз, резиновые манжеты 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью) уменьшаются в сечении, принимают исходное положение, и пакерный модуль срывается со стенок скважины (породы пласта).

Для исследования и взятия пробы со следующего участка пласта аппарат опускается вниз на расстояние h и снова сажается. Далее все операции повторяются.

Какое количество пробосборников монтировано в аппарат, столько участков пласта, по интервально равных шагу h, исследуются, и производится отбор проб.

Обеспечение герметичной посадки пакерного модуля на ствол скважины при разных диаметрах скважины в диапазоне до 10 мм обеспечивается за счет наличия на верхнем и нижнем пакерах пакерного модуля резиновых манжет 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью).

Работа узла аварийного срыва (см. фиг.3).

В случае отказа электропривода 20 или замыкания геофизического кабеля 35 срыв пакеров с породы осуществляется следующим образом. С устья путем натяжения геофизического кабеля 35 создается нагрузка на кожух 23 порядка 3-3,5 т, при этом срезная шайба 24 разрушается, кожух 23 перемещается вверх относительно электропривода 20 до упора 25, канал 26 аварийного узла открывается и сообщается со скважинной жидкостью, гидростатическое давление которой передается на гидроусилитель 27, срезная шайба 28 разрушается, полый шток 2 перемещается вниз вместе с толкателем 18 и подвижным фланцем 15, резиновые манжеты 16, 17 уменьшаются в сечении и принимают первоначальное положение и, таким образом, отходят от стенки скважины и освобождают аппарат, который поднимается наверх с помощью геофизического кабеля 35.

Работа датчиков давления 29, 30 и 31.

Датчики давления 29 и 30, расположенные соответственно над и под пакерным модулем, служат для контроля герметичности посадки пакерного модуля и проверки наличия гидравлической связи изолированного участка пласта со скважинной жидкостью. В случае герметичной посадки пакерного модуля и отсутствия гидравлической связи изолированного участка пласта со скважиной, в процессе откачки пластовой жидкости насосом 3 с помощью всасывающего и нагнетающего каналов 4 и 5 давление в скважине будет повышаться, что будет фиксировать датчик давления 29, а показание датчика давления 30, расположенного под пакерным модулем, будет постоянным. В случаях, когда верхний пакер пакерного модуля посажен негерметично или имеется гидравлическая связь через трещины породы над модульным пространством скважины, давление над пакерным модулем не будет повышаться, что покажет датчик давления 29, т.е. жидкость, находящаяся в скважине над пакерным модулем, будет циркулировать через изолированное кольцевое пространство Б и насос 3 в скважину. Если есть гидравлическая связь изолированного кольцевого пространства Б со скважинной жидкостью, находящейся под пакерным модулем, и нижний пакер пакерного модуля посажен негерметично, то давление в скважине под пакерным модулем будет уменьшаться, что покажет датчик 30, а датчик 29 покажет повышение давления в скважине над пакерным модулем. Датчик давления 31, расположенный в вертикальном канале 19, будет показывать пластовое давление и динамику его падения и восстановления при исследовании и отборе проб.

Работа резиновых манжет 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью).

Поскольку оба пакера пакерного модуля работают одновременно при движении полого штока 2 при наличии каверн, а также разности диаметра ствола пробуренной породы, на который плотно сажаются резиновые манжеты 16 (с мягкой твердостью) и 17 (с жесткой твердостью), наличие резиновой манжеты 17 (с жесткой твердостью) обеспечивает дополнительное перемещение полого штока 2, сжатие резиновой манжеты 16 (с мягкой твердостью) наоборот приводит к герметичной посадке пакерного модуля.

Способ, реализуемый данным аппаратом, осуществляется следующим образом.

Аппарат опускают на геофизическом кабеле 35 в скважину до кровли исследуемого пласта, осуществляя запись показаний со всех датчиков давления 29, 30, 31, температуры 34, влагомера 33 и резистивиметра 32 с последующей передачей их на панель управления и принятия информации 37. Производят пакеровку, закрепляют пакерный модуль на стенке скважины, герметично изолируя кольцевое пространство между стволом скважины и пакерным модулем. Закачивают жидкость из изолированного кольцевого пространства. При этом ведут постоянный контроль давления над и под пакерным модулем с целью контроля герметичности пакерного модуля. После закачивания небольшого количества жидкости из пласта измеряют давление в межпакерной зоне, а также температуру, наличие воды и углеводородов. Этот процесс повторяют несколько раз, до тех пор, пока не появится положительная динамика показаний. На основе измерений давления и температуры до и после закачивания насосом жидкости из пласта в изолированном кольцевом пространстве делают вывод о динамике перемещения пластовых флюидов в скважине, т.е. о гидродинамических свойствах пласта. На основе измерений количества жидкости в пласте и содержания в ней углеводородов в изолированном кольцевом пространстве делают вывод о качестве (составе флюидов) отбора проб. При положительной динамике этих показателей пробу отбирают в пробосборник. Далее производят распакеровку и срыв пакерного модуля со стенки скважины.

Представленное изобретение позволяет обеспечить высокоэффективное исследование пласта и взятие проб путем исключения влияния скважинной жидкости на результаты исследования пласта, что достигается оснащением аппарата насосом для откачки кальматированной жидкости из пласта и пакерным модулем для изоляции исследуемого участка.

Качество изоляции исследуемого пласта контролируется датчиками давления, расположенными над и под пакерным модулем, характеристики пласта определяются датчиком давления, расположенным в канале отбора проб (вертикальном канале) в межпакерном пространстве. Качество отбора проб контролируется наличием датчиков влагомера и резистивиметра в канале отбора проб.

Заявляемый аппарат пакерный на кабеле позволяет замерять пластовое давление на различных глубинах, производить оценку подвижности пластового флюида и проницаемости по анализу кривых падения и восстановления давления, производить отбор высококачественных проб пластовых флюидов, определять анизотропию проницаемости коллектора.

Экономический эффект выражается сокращением затрат и времени на исследование за счет большого количества информации за один спуск аппарата.

1. Аппарат пакерный на кабеле, содержащий полый шток с возможностью вертикального перемещения с электроприводом, выдвижную тягу с золотниковым узлом, жестко связанную со штоком, толкатель, прикрепленный к штоку, пробоотборник, пакерный модуль, состоящий из верхнего и нижнего пакеров, каждый из которых состоит из неподвижного и подвижного фланцев с резиновыми манжетами, датчик давления, расположенный над пакерным модулем, вертикальный канал, соединяющий прискважинную зону с пробоотборником, в котором расположен датчик давления с возможностью контроля динамики изменения давления в пласте, отличающийся тем, что аппарат дополнительно снабжен насосом, установленным в полости штока, пробосборниками, соединенными через золотниковый узел с радиальными каналами, датчиками давления, расположенными под пакерным модулем и в вертикальном канале, в котором дополнительно размещены датчик температуры, влагомер и резистивиметр, при этом пробоотборник снабжен дифференциальным поршнем.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что количество пробосборников соответствует количеству измеряемых участков пласта.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что аппарат дополнительно снабжен узлом аварийного срыва, состоящим из кожуха, двух срезных шайб, упора, канала узла аварийного срыва и гидроусилителя.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что резиновые манжеты пакерного модуля выполнены с различными показателями твердости и упругости.

5. Способ гидродинамических исследований нефтяных и газовых скважин и отбора проб, включающий спуск аппарата в скважину, пакеровку, вызов притока флюидов, контроль давления в межпакерной зоне, взятие пробы жидкости пласта и последующую распакеровку, передачу и запись показаний с датчиков на панель управления, отличающийся тем, что герметичность пакеровки определяют путем контролирования давления над и под пакером, производят закачивание жидкости из пласта несколько раз, осуществляя измерение давления, температуры, определение наличия воды и углеводородов в закаченной жидкости из изолированного пластового пространства в межпакерной зоне, на основании данных измерений давления и температуры делают вывод о динамике перемещения пластовых флюидов в скважине, а на основании данных измерений наличия воды в пласте и содержания в ней углеводородов делают вывод о составе проб пластовых флюидов, при положительной динамике данных показателей отбирают пробы в пробосборники, при этом закачивание жидкости в межпакерную зону осуществляют при постоянном контроле герметичности посадки пакера и контроле температуры и давления в межпакерной зоне.