Випробувач пластів без опори на стінки свердловини

Найширше застосування в закордонній практиці випробування пластів отримав випробувач фірми «Лайнз», який виготовляють в двох варіантах. На рисунку 2.51 зображена схема випробування пластів з використанням двох пакерів як у незакріпленій свердловині, так і в обсадній колоні (а-транспортне положення; б-робоче положення). Крім того, такий комплект інструментів використовують для випробування декількох зон розвідувальних свердловин перед спуском обсадної колони; для визначення якості ізоляції водоносних горизонтів; для поінтервальної обробки декількох продуктивних горизонтів незакріпленої свердловини,

1-безпечний замок; 2- верхній перевідник із зрівноважувальним отвором; 3-верхній пакеруючий елемент; 4-фільтр; 5-трубка зрівноважувального клапана; 6-нижній пакеруючий елемент; 7-опора на стінку свердловини; 8-плашки; 9-центруючий пристрій

Рисунок 2.50-Компоновка нижньої частини випробувача пластів фірми “Халлібуртон” без опори на вибій.

а також для кислотної обробки або гідравлічного розриву привибійної зони; для визначення інтервалу припливу води з пласта, для дослідження зон поглинання або зон з низьким пластовим тиском.

Цей випробувач дозволяє проводити випробування або поінтервальну обробку пласта, який розташований під пакеруючими елементами, між ними або над ними. Конструкція випробувача передбачає можливість одночасного з’єднання всіх зон з бурильною колоною, що досягається управлінням колоною труб з поверхні. Розширення пакеруючих елементів проводиться з використанням рідини, стиснутого повітря чи газу.

У процесі буріння об’єкти, які розташовані у верхніх інтервалах ствола свердловини, тривалий час розмиваються промивальною рідиною. Розташовані вище пласти розмиваються значно більше, ніж ті, що розташовані ближче до вибою, тому для їх випробування необхідно застосовувати пакери з більшим коефіцієнтом перекриття ствола свердловини. Механічні пакери не відповідають таким вимогам, а гідравлічні (надувні) дозволяють досягти потрібного результату.

При встановленні випробувача в свердловині бурильні труби заповнюють чистою рідиною (можливо водою), а потім створюють тиск буровим насосом. Рідина через верхній отвір штока випробувача закачується у внутрішню порожнину гідравлічних елементів до їх щільного контакту зі стінками свердловини. Після цього бурильну колону повертають на п’ять обертів вправо і піднімають на 230 мм, що дозволяє ізолювати внутрішню порожнину пакеруючих елементів від колони труб. При такому маневрі бурильної колони її внутрішній простір з’єднується із затрубним простором свердловини над верхнім пакером, завдяки чому можна промивати верхній інтервал.

У штоку випробувача виконані три отвори: один розташований під нижнім пакеруючим елементом, другий – біля верхнього кінця нижнього пакеруючого елемента, третій - біля верхнього кінця верхнього пакеруючого елемента. Переміщенням штока можна досягнути таких положень інструмента: а) труби з’єднуються зі стволом свердловини над верхнім пакером; б) інструмент з’єднується з пластом, розташованим під нижнім ущільнюючим елементом; в) з’єднання міжпакерної зони з колоною труб; г)труби з’єднуються з усіма вказаними зонами свердловини (зрівноважене положення).

Інструмент можна легко переміщувати в свердловині на будь-яку глибину, що досягається шляхом встановлення штока випробувача в положення рівноваги і вирівнюванням тиску в усіх трьох зонах. Після цього шток переміщують у верхнє положення і відкривають отвори, через які внутрішня порожнина ущільнюючих елементів з’єднується з трубами і рідина з порожнини виходить в труби, а еластичні елементи повертаються в транспортне положення і інструмент можна переміщати в інший інтервал або піднімати на поверхню. Верхній отвір штока при переміщенні чи підйомі інструменту залишається з’єднаним з кільцевим простором свердловини і через нього рідина з труб перетікає в затрубний простір.

Загальна довжина випробувача пластів при мінімальній віддалі між пакерами 2,4 м складає 11,3 м. Віддаль між пакерами можна збільшувати до будь-якої необхідної величини. Випробувач можна комплектувати одним ущільнюючим елементом, при цьому його шток буде мати тільки два отвори: один під пакеруючим елементом, другий-біля його верхнього кінця. Загальна довжина інструменту при такій компоновці 7,6м.

Для закріплених свердловин застосовують пакери довжиною 1,22м при довжині їх еластичних елементів 0,71м, а для незакріплених свердловин відповідно 1,83 та 1,32м.

В окремих випадках при випробуванні і обробці тріщинуватих колекторів, які характеризуються вертикальними тріщинами, використовують здвоєні пакери з двома ущільнюючими елементами загальною довжиною 2,64м.

Для збільшення тертя між зовнішньою поверхнею пакера і стінкою свердловини в еластичній частині ущільнюючих елементів закріплюють частинки металу, які втискуються в породу при встановленні випробувача і забезпечують міцний контакт зі стінкою свердловини.

Випробувач пластів фірми “Лайнз” виготовляється для закріплених свердловин діаметром від 52 до 508мм і для незакріплених - діаметром від 44 до 508мм.

Як показує досвід робіт, згадана вище конструкція випробувача пластів дозволяє отримати найбільший ефект при поінтервальних гідравлічних розривах і кислотних обробках пластів. Тому в останній час цей інструмент застосовують в основному для обробки пластів і ремонті свердловин. Завдяки гідравлічним ущільнюючим елементам, деформація яких відбувається за рахунок надлишкового тиску, створюваного в колоні труб буровими насосами, встановлення випробувача пластів у свердловині не вимагає створення значних навантажень на труби або використання вибійного джерела тиску, а також наявності рідини в затрубному просторі вище пакера. Виходячи з цього, дана компановка застосовується при обробці свердловин, частково заповнених рідиною, при випробуванні і кислотній обробці старих свердловин, де використання шліпсових опор на стінки обсадної колони може призвести до її руйнування, а також при роботах на невеликих глибинах, де застосовують легкі насосно-компресорні труби без будь-яких пристроїв, які утримують пакер від переміщення. Можливість відкриття отвору випробувача пластів над верхнім ущільнюючим елементом при необхідності дозволяє швидко відновлювати циркуляцію промивальної рідини в свердловині і попереджувати прихоплення інструменту при роботі в ускладнених умовах. При невдалому встановленні пакера в свердловині можна переставляти його в інший інтервал без підйому інструменту на поверхню.

На рисунку 2.52 зображена компоновка іншого випробувача пластів цієї ж фірми, а на рисунку 2.53 послідовність операцій, які проводять у свердловині при випробуванні об’єкта.

Після спуску випробувача на задану глибину, колону бурильних труб зафіксовують на клинах і проводять монтаж вертлюжної головки з маніфольдом. Після цього обертанням бурильної колони проводять пакерування (рисунок 2.53 а). Ущільнюючі елементи і фільтрова частина випробувача пластів при обертанні залишаються нерухомими за рахунок утри

мання їх центруючим пристроєм 5. При обертанні колони з швидкістю 90об/хв і більше рідина з свердловини через сітку фільтра 2 поступає в насос 1 і закачується у внутрішню порожнину верхнього 3 та нижнього 4 пакеруючих елементів. Насос має чотири поршні. Подача насоса при мінімальній швидкості обертання 60об/хв. складає 0,063 10^-3 м³/с. Кількість рідини, що закачується в пакери, і, відповідний час роботи насоса залежать від діаметра свердловини, стану її ствола в інтервалі встановлення пакерів, від вихідного діаметра застосовуваних ущільнюючих елементів і подачі насоса. Розрахункову кількість рідини збільшують в 1,5 рази для гарантії забезпечення герметичності пакерування у випадку можливих втрат рідини в насосі і неточності у визначенні профілю ствола свердловини. Після досягнення надлишкового тиску в ущільнюючих елементах 10,5 МПа насос автоматично вимикається і подальше обертання бурильної колони не призведе до підвищення тиску усередині випробувача пластів. Натяжкою інструменту перевіряють міцність контакту ущільнюючих елементів зі стінкою свердловини, а після цього розвантажують бурильну колону вниз, створюючи осьове навантаження на випробувач пластів біля 91000Н, причому бурильна колона без перешкод опу-

скається вниз приблизно на 160мм за рахунок вільного ходу втулки насоса. Приймальний клапан випробувача пластів відкривається через деякий проміжок часу після створення навантаження, завдяки встановленому в ньому гідравлічному реле часу. Після відкриття клапана рідина з пласта через фільтр 6 і випробувач пластів поступає в бурильні труби (рисунок 2.53 б). Герметичність пакеровки при цьому контролюється положенням рівня рідини в кільцевому просторі. Слід відмітити, що цей контроль здійснюється не тільки за верхнім ущільнюючим елементом, але й за нижнім, оскільки зрівноважувальний клапан 7 з’єднує зону над верхнім пакером зі стволом свердловини в інтервалі під нижнім ущільнюючим елементом.

Для необхідності створення закритого періоду випробування припідіймають колону труб, при цьому приймальний клапан випробувача закривається і приплив флюїду в бурильні труби припиняється (рисунок 2.53 в).

Після певного періоду часу перебування в закритому положенні, коли глибинні манометри 8 і 9 записують криві відновлення тиску, створюють осьове стискуюче навантаження на випробувач і відкривають приймальний клапан ,знову викликаючи приплив флюїду з пласта. Оскільки гідравлічні ущільнюючі елементи здеформовані за рахунок надлишкового тиску рідини, яка закачується насосом, то осьові переміщення колони труб не впливають на зміну тиску в них і на герметичність пакерування. Така незалежність дозволяє здійснювати необхідну кількість відкритих і закритих періодів випробування без застосування додаткових пристроїв.

Для зняття пакера в кінці випробування інструмент натягують і повертають вправо на ? оберта, при цьому спрацьовує затискач в насосі, який створює перепону для подальшого обертання насоса і його роботи. Момент захоплення фіксується на поверхні і призводить до провертання ротора в протилежний бік.

Для повернення ущільнюючих елементів в транспортне положення інструмент натягують з навантаженням, яке на 22700 Н перевищує вагу колони труб, і утримують його в такому положенні для вирівнювання тисків в усіх розділених зонах свердловини і усередині ущільнюючих елементів. Якщо ущільнюючі елементи сильно притиснуті до стінки свердловини, то їх зняття може супроводжуватись розходжуванням інструменту, тому необхідно обмежувати час перебування інструменту у стиснутому положенні, щоб не відкрився приймальний клапан випробувача пластів. Після повернення ущільнюючих елементів у транспортне положення (рисунок 2.53 г) випробувач пластів можна перемістити в інший інтервал або підняти на поверхню. Нижче розглянута конструкція окремих вузлів, що входять до складу випробувача пластів фірми “Лайнз”.

Центруючий пристрій (рисунок 2.54) призначений для утримування нижньої частини випробувача пластів від провертання в момент пакеровки, має 8 дугоподібних пружин 4, які закладені в пази 3 корпуса 5. До корпуса кріпиться нижній 6 і верхній 1 перевідники, а для кріплення кінців пружин встановлені спеціальні втулки 2. Таке кріплення пружин не понижує їх міцність і забезпечує швидку їх заміну в разі потреби. Гідравлічний пакер випробувача пластів виготовляється в двох варіантах. На рисунку 2.55 зображені конструкції нижнього пакера, які відрізняються один від одного кріпленням ущільнюючих елементів, причому на рисунку 2.55.а зображений пакер більшого діаметра (178-188мм), а на рисунку 2.55.б- пакер діаметром 127-143мм. Так же відрізняються кріпленням ущільнюючих елементів до корпусних деталей і конструкції верхнього пакера, які показані на рисунку 2.55. в і г.

У нижньому пакері передбачено два гідравлічних канали. По кільцевому каналу 1 (рисунок 2.55 а і б) закачують рідину насосом у внутрішню порожнину ущільнюючого елемента 3, а центральний отвір трубки 2 служить зрівноважу вальним клапаном. Нижній кінець ущільнюючого елемента не закріплений і має можливість переміщуватись в осьовому напрямку.

У верхньому пакері виконані три канали (рисунок 2.55.в, г). Центральний отвір 4 виконує роль зрівноважувального клапана, через кільцевий переріз 3 відбувається приплив флюїду з пласта і через канал 2 закачують рідину насосом в ущільнюючі елементи. Нижній і верхній кінці ущільнюючого елемента приєднані до верхнього перевідника 1 і до нижнього корпуса 5. Шток 6 через гайку 7 з допомогою шліцьового з’єднання може переміщуватись в осьовому напрямку при зменшенні або збільшенні довжини ущільнюючого елемента. Шток має підвищену міцність і дозволяє передавати крутний момент при знятті пакерів та гальмівний момент, який виникає при роботі вибійного насоса.

У комплект випробувача пластів входять пакери діаметром: 127,143,152,178,187,200мм.

Подовжувач (рисунок 2.56.а) встановлюють між пакерами для регулювання відстані між ними в залежності від товщини випробовуваного об’єкта. Він виконаний у вигляді труби 2 з нижнім 5 та верхнім 1 різьбовими перевідниками і двома трубками 3 і 4, які утворюють гідравлічні канали.

Перевідники (рисунок 2.56.б,в) виконують роль фільтра, через який пластовий флюїд поступає у випробувальний інструмент. Перевідник (рисунок 2.56.б) встановлюють під верхнім ущільнюючим елементом, і флюїд з пласта через сім отворів 3 діаметром 12,7 мм поступає в центральний канал 2, а потім у випробувач пластів. Чотири отвори 1 діаметром 6,35 мм виконують роль зрівноважувального клапана, а через вісім отворів 4 діаметром 8 мм закачують рідину в пакери при пакеруванні. Аналогічні канали виконані і в перевіднику (рисунок 2.56.в), але відмінність його полягає в тому, що центральний канал 5, по якому перетікає пластовий флюїд, відкритий тільки зверху, і отвори 6 зрівноважувального каналу знизу відкриваються в центральний канал 7.

Фільтр насоса, через який промивальна рідина поступає в насоси при пакеруванні, складається з труби, на яку посаджений перфорований кожух, а на верхній і нижній кінці труби нагвинчені різьбові перевідники. Усередині корпуса фільтра концентрично розташовані дві трубки, які утворюють гідравлічні канали для пластового флюїду і промивальної рідини, яка всмоктується вибійним насосом.

Насос для закачування рідини в гідравлічні ущільнюючі елементи складається з таких частин: корпуса, в якому розташовані шість поршнів, і клапани; телескопічного пристрою, який забезпечує осьове переміщення штока насоса на 160 мм і при обертанні бурильної колони на ? оберту відкриває отвори зрівноважувального клапана; косої втулки, яка знаходиться в контакті з штовхачем; шліцьового з’єднання і кулачкових муфт. Для зменшення тертя коса втулка опирається на роликовий осьовий підшипник.

Глибинні реєструючі манометри і термометри, які застосовуються у випробувачі пластів фірми “Лайнз”, розраховані на максимальний тиск 14,06 МПа і температуру до 260 ?С.

На рисунку 2.57.а зображена конструктивна схема глибинного реєструючого манометра типу К-2 і К-3.

Тиск рідини з зовнішнього середовища через отвори 11 фільтра 10 передається у внутрішню порожнину спіральної трубки Бурдона 9, яка заповнена спеціальним нікель-вуглецевим розчином. Нижній кінець трубки нерухомо прикріплений до корпуса манометра, а до верхнього її кінця приєднана касета 8, на внутрішній поверхні якої встановлений бланк 5 для запису зміни тиску. Найчастіше використовуються бланки, виготовлені з латуні, на які нанесено чорне покриття. В контакті з бланком знаходиться голка 6, яка закріплена в направляючій втулці 7.

При збільшенні тиску усередині трубки Бурдона вона закручується на певний кут, захоплюючи за собою касету з бланком. Одночасно голка з направляючою втулкою переміщається вверх по ходовому гвинту 3, який обертається годинниковим механізмом 1. Направляюча втулка з голкою при цьому не повертається, оскільки може рухатись тільки поступально в пазі корпуса 4.Поворот касети і вертикальне переміщення голки забезпечує запис зміни тиску в часі. Тривалість

ходу годинникового механізму може бути змінена переключенням шестерінчастого редуктора 2.

Годинниковий механізм манометра (рисунок2.57.б) складається з балансира 1, храпового механізма 2, вкладишів 3, конічної шестерінчастої передачі 4, головних пружин 5. Всі механізми встановлені в роз?ємному корпусі 6. Редуктор годинникового механізму може передавати обертання ходовому гвинту без зміни (1:1) ; зі збільшенням в 2 рази (1:2) ; зі зменшенням в 2 рази (2:1). Перемикання редуктора виконується перед встановленням манометра у випробувач пластів.

Перевідник для встановлення глибинних манометрів і термометрів виконується в двох варіантах. Перевідник для приладів, які реєструють зміну тиску і температури на вибої свердловини, показаний на рисунку 2.57.в. Прилади в ньому розташовують поза потоком рідини, яка поступає у випробувач пластів, і з’єднують із затрубним простором на вибої свердловини.

Одночасно можна встановити три манометри або два манометри і термометр. Перевідник має достатню міцність на осьові та обертальні навантаження.

Перевідник для встановлення приладів, які реєструють зміну тиску усередині випробувача пластів (рисунок 2.57.г), розташовують над пакером безпосередньо під випробувачем пластів.

Гідравлічний випробувач пластів (рисунок2.58) працює за тією ж схемою, що і аналогічні інструменти фірми “Джонстон” і “Халлібуртон”. При переміщенні штока вниз його рух під дією гідравлічної гальмівної камери сповільнюється.

Повний хід штока для відкриття приймального клапана дорівнює 102мм. Конструкція реле часу передбачає проходження перших 76мм штока дуже повільно (гідравлічний опір в гальмівній камері максимальний), а решту шляху, тобто 26мм – дуже швидко. При такій схемі руху штока виклю­чається руйнування гумових ущільнюючих кілець на штоку, оскільки вони при відкритті приймального клапана швидко проходять його отвори. Крім того, швидке відкриття приймального клапана чітко фіксується на поверхні і дозволяє контролювати роботу випробувача пластів.

Вертлюжна головка (рисунок 2.59) перевідником 5 з’єд­нується з бурильними трубами. У верхній частині встановлений вертлюг, в якому хрестовина 2 і приєднана до неї викидна лінія1 залишаються нерухомими, а стрижень 3 може обертатись разом з бурильними трубами. В голівці встановлений відсікаючий клапан 4, який розрахований на високий тиск і служить для перекривання внутрішньої порожнини колони труб. Вертлюг оснащений пристроєм, який дозволяє закидувати в бурильні труби стрижень для відкриття циркуляційного клапана.

Циркуляційний клапан (рисунок 2.60) виконаний у вигляді перевідника, який має боковий отвір, заглушений пробкою. Для з’єднання внутрішньої порожнини труб з кільцевим простором в труби закидують стрижень, який, вдаряючи по пробці зрізає її, при цьому утворюється канал. Для полегшення зрізання пробка має калібрований надріз.

У зарубіжній практиці випробування свердловин найширше застосовують поінтервальний випробувач пластів діаметром 127 мм, який призначений для випробування пластів в свердловинах, що знаходяться в бурінні, діаметром 152-260мм