SU1168706A1 - Способ поинтервального опробования водоносных горизонтов в скважинах и устройство его осуществления. - Google Patents

Description

Изобретение относится к исследованию буровых скважин, а конкретнее к поинтервальному опробованию водоносных горизонтов.

Целью изобретения является повышение достоверности опробования рыхлых водоносных отклонений.

На фиг. 1 показано устройство для поинтервального опробования водоносных горизонтов в скважинах в транспортном положении, продольный осевой разрез; на фиг. 2 — разрез А—А на фиг. 1; на фиг. 3 — калибровка уступа в скважине; на фиг. 4 и 5 — работа устройства для поинтервального опробования водоносных горизонтов при промывке; на фиг. 6 и 7 — то же, при откачке.

Устройство для поинтервального опробования водоносных горизонтов в скважинах содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) с укрепленным на его нижнем конце пакером 2. В полости корпуса помещен выдвижной фильтр 3, наконечник 4 которого входит в центральное отверстие пакера. Пакер 2 соединен с корпусом 1 посредством втулки 5, образующей с поверхностью фильтра 3 проход 6. Корпус 1 соединен с кожухом 7 посредством левоправого переводника, состоящего из муфты 8 и ниппеля 9, а выдвижной фильтр 3 соединен посредством противоаварийного переводника,состоящего из муфты 10 и ниппеля 11, с трубчатым штоком 12, имеющим на своем верхнем конце муфту 13 бурильного замка для соединения с колонной бурильных труб.

Пакер имеет коническую рабочую поверхность, которая продолжена конической поверхностью наконечника 4 фильтра. Функционально коническая поверхность пакера обусловлена тем, что при помещении его в конический уступ пилот-скважины, формируемый фрезом, обеспечиваются надежная плотная посадка пакера в уступ и качественная герметизация пилот-скважины от скважины номинального диаметра без дополнительной осевой нагрузки на пакер в процессе испытания. Пакер выполнен из материала, недеформируемого при рабочих нагрузках (например из стали) и обеспечивающего деформацию пластичных пород уступа. Кроме того, изготовление пакера из стали позволяет конструктивно использовать его внутреннюю полость без дополнительного увеличения диаметра устройства, что обеспечивает меньшую способность к прихвату. Выполнение пакера металлическим (из стали) позволяет проводить с ним работы в растворах различных составов без ограничений по параметрам. Сопряжение наконечника 4 с центральным отверстием пакера имеет скользящее уплотнение 14. Муфта 10 противоаварийного переводника в нижней цилиндрической части снабжена уплотнением 15, которое при выдвижении фильтра 3 взаимодействует со стенкой центрального отверстия в пакере 2. Муфта 10 и ниппель 11 имеют совпадающие плоские боковые срезы 16 (фиг. 2), которые диаметрально противоположны и параллельны оси противоаварийного переводника. Муфта 8 и ниппель 9 левоправого переводника имеют ответные внутренние плоские срезы. По цилиндрической поверхности и плоскостям срезов 16 противоаварийный и левоправый переводники сопряженым один с другим. Под кожухом 7 на трубчатом штоке 12 помещена втулка 17, которая подпружинена цилиндрической витой пружиной 18 сжатия, находящейся между нижким торцом втулки и верхним торцом ниппеля 11 противоаварийного переводника. Трубчатый шток 12 уплотнен скользящим уплотнением 19 в крышке кожуха 7 и имеет над кожухом (в транспортном положении) радиальное боковое отверстие 20, а выше него — внутренний продольный канал 21, который через радиальные отверстия в штоке сообщен с внешней средой (практически он выполнен в виде трубки, в штоке, впаянной своими концами в боковые отверстия штока).

Способ поинтервального опробования водоносных горизонтов реализуется следующим образом.

В проходимой скважине по достижении заданной глубины бурят гшлот-скважину меньшего диаметра с полным отбором керна глубиной, равной ступени исследования. Выбирают подлежащий опробованию водоносный и расположенный выше водоупорный пласты. Пилот-скважину разбуривают долотом номинального диаметра до выбранной отметки в водоупорном- пласте. Далее в скважину опускают инструмент для проработки ствола, пилот-скважины и калибровки уступа, который состоит из долота 22, бурильных труб 23, конусного фреза со сплошными режущими кромками 24 по образующей конусной поверхности и цилиндрической частью 25 (фиг. 3). Конусность фреза соответствует конусности рабочей поверхности пакера 2, а диаметр его. цилиндрической части 25 — номинальному диаметру ствола 26 скважины. Расчетное количество бурильных труб 23, используемых в пилот-скважине 27, обеспечивает длину, меньшую расстояния от уступа 28 до забоя 29 пилот-скважины.

Проработку ствола 26 скважины ведут с вращением и промывкой. По достижении долотом 22 уступа 28 ведут одновременную проработку основного ствола 26 и пилотскажины 27 коническим фрезом и долотом 22 соответственно, прекращают промывку и калибровку выполняют без последней с целью предотвращения размыва уступа. Конической частью фрез формирует уступ с гладкой конусной поверхностью, концентричной по отношению к пилот-скважине и ство3

1168706

лу. Срезанные частицы породы падают на забой 29 пилот-скважины по зазору между стенками и бурильным инструментом и мимо долота 22. Затем фрез приподнимают с уступа 28 и восстанавливают промывку до выравнивания параметров раствора на входе и выходе из скважины. На последней фазе промывки глинистый раствор в пилотскважине заменяют на более легкий с целью облегчения вызова притока из пласта. Потом устройство для проработки ствола, пилот-скважины и калибровки уступа поднимают на поверхность.

Устройство для поинтервального опробования водоносных горизонтов в транспортном его положении опускают в скважину на бурильных трубах. При спуске устройства на устье скважины, в его полость, образованную пакером 2, корпусом 1, левоправым переводником и кожухом 7, заливают воду с целью предупреждения кольматации фильтра 3 глинистым раствором при последующем движении устройства по стволу. Полость корпуса герметизирована снизу уплотнением 14, а по кожуху 7 — уплотнением 19. Через радиальное отверстие 20 в трубчатом штоке 12 осуществляется выравнивание давления в ней при спуске.

При надобности через отверстия 20 можно осуществлять прямую и обратную промывку. Возможно также вращение инструмента и устройства, так как левая резьба, соединяющая муфту 8 и ниппель 9, заблокирована противоаварийным переводником, ниппель 11 и муфта 10 которого соединены и своими плоскими срезами сопряжены с внутренним плоским срезом левоправого переводника.

По достижении уступа 28 пакер 2 сажают в подготовленную кольцевую конусную поверхность и уплотняют, создавая стойческую нагрузку, или с помощью легких ударов верхнего переводника штока 12 по кожуху 7. При этом фильтр 3 выдвигают в подпакерное пространство — пилот-скважину 27. Затем приподнимают шток в среднее положение и проверяют герметичность установки пакера 2 путем кратковременного включения насоса для создания импульсов давления внутри бурильной колонны в полости устройства и в подпакерном пространстве. Установка пакера считается герметичной, если из затрубного пространства нет излива раствора на устье при работе насоса и если после его остановки давление стабилизируется. При отсутствии герметичности операцию посадки пакера повторяют с большими нагрузками.

Колонной труб поднимают шток 12 в верхнее положение (его ход заранее известен) и заменяют в бурильных трубах глинистый раствор на воду. Далее опускают шток 12, полностью выдвигая фильтр 3 в подпакерную зону, проверяют на устье ход инструмента и приподнимают шток с таким расчетом, чтобы нижнее выходное отверстие канала 21 находилось в полости устройства, а верхнее — над кожухом 7. Радиальные отверстия 20 в штоке при этом перекрываются втулкой 17. Заатем выполняют разглинизацию водоносного горизонта, для чего закачивают в бурильные трубы воду (фиг. 4 и 5), которая через шток 12 (радиальные отверстия 20 закрыты втулкой 17) поступает в фильтр 3 и через его фильтрующую поверхность в кольцевой зазор между стенками пилот-скважины и фильтром, отмывая стенки скважины, разрушая глинистую корку и частично породу водоносного горизонта. Образовавшиеся при этом крупные частицы выпадают из потока воды на забой пилот-скважины, а мелкие частицы транспортируются потоком воды через полость устройства, внутренний продольный канал 21 штока и далее по стволу скважины до устья. Состояние ствола в интервале от устройства до устья и устойчивость его стенок при этом ухудшаются. Возникает ситуация, когда дальнейшее нахождение устройства в стволе скважины ведет к осложнениям, а в ряде случаев может произойти потеря не только устройства и бурильных труб, но и самой скважины. Поэтому предусмотрена вы полняемая последовательно после разглинизации операция по восстановлению устойчивости ствола скважины, заключающаяся в промывке последнего над устройством глинистым раствором, имеющим заданные при бурении скважины параметры, с контролем раствора на выходе по этим параметрам. Промывку ведут циклами, обеспечивающими полное выравнивание параметров раствора на входе и выходе. Для этого опускают шток 12 в нижнее положение, нижняя цилиндрическая часть муфты 10 противоаварийного переводника с уплотнением 15 входит в отверстие пакера, верхняя часть фильтра 3 при этом уплотняется, а плоские срезы 16 муфты 10 противоаварийного переводника входят в сопряжение по втулке 5, имеющей ответное отверстие, что позволяет муфте 10 противоаварийного переводника находиться в зафиксированном положении по отношению к ниппелю 11. Вращением влево на расчетное число оборотов выборкой веса бурильной колонны разворачивают резьбу противоаварийного переводника, разъединяя ниппель 1 1 и муфту 10. Шток 12 поднимают в верхнее положение, вскрывая радиальные отверстия 20, и приступают к промывке глинистым раствором. На последней фазе промывки внутрь бурильной колонны закачивают воду. Шток 12 опускают в среднее положение, а втулка 17 перекрывает радиальные отверстия 20.

Далее приступают к откачке (фиг. 6 и 7).

Вода из опробуемого пласта поступает

внутрь фильтра 3, поднимается в полость

1168706

устройства и через шток 12 и бурильные трубы достигает поверхности.

По окончании откачки длительностью, обеспечивающей извлечение не менее чем трех объемов флюида из подпакерного и внутритрубного пространства, ведут наблюдения за восстановлением уровня до его стабилизации. В период откачки и наблюдений колонну бурильных труб периодически расхаживают и проворачивают, наблюдая за возникающими при этом нагрузками. В случае их роста интенсифицируют вращение и расхаживание инструмента, сокращают время опробования, а при дальнейшем росте нагрузок прекращают испытания, восстанавливают циркуляцию глинистым раствором и приступают к подъему устройства из скважины.

Конструктивно устройство выполнено с возможностью выборочной повторяемости технологических операций и снабжено средствами для предупреждения и ликвидации прихватов. Это значительно повышает его надежность и результативность.

При работе устройства в скважине возможны прихваты фильтра, пакера, бурильных труб подвески порознь или в различных их комбинациях. Вероятность прихвата уменьшается от фильтра к трубам подвески. Восстановление устойчивости ствола в надпакерном пространстве, профилактическое расхаживание и проворот бурильных труб практически устраняют угрозу прихвата последних. Конструктивно это достигается выведением вдоль плоского среза 16 ниппеля 11 противоаварийного переводника из контакта с левоправым переводником, обеспечивающим свободный проворот его в уплотнительном элементе 19 кожуха 7. Возможный прихват фильтра 3 или пакера 2 устраняется промывкой глинистым раствором через фильтр, проворотом и выбиванием, которые осуществляются за счет возможности многократных соединений и разъединений штока 12 с фильтром 3 с помощью противоаварийного переводника, передачи вращения либо на фильтр 3 и через плоские срезы 16 муфты 10 противоаварийного переводника на пакер 2 (в нижнем положении штока 12), либо на корпус 1 через внутренние плоские срезы левоправого переводника (в близком к верхнему положению штока 12) ниппелем 11 противоаварийного переводника, через подпружиненную втулку 17 по кожуху 7. Для этого шток 12 резко поджимают вверх. При необходимости возможен левый разворот (при правом вращении) кожуха и ниппеля 9 левоправого переводника и подъем их вместе со штоком 12 на поверхность. Оставленные в скважине корпус 1 и пакер 2 с фильтром 3 освобождают от прихвата и поднимают на поверхность двумя спусками аварийного инструмента: первый — кольцевой фрез с патроном для обуривания корпуса 1 и освобождения пакера 2; второй — расхаживание фильтра 3 и подъем оставшейся части устройства на поверхность. Возможность обуривания корпуса 7 и ликвидации прихватов определяется выбором при проектировании диаметров корпуса 1, фильтра 3, а также стволов основной и пилотскважины. Если в реальных усовиях песчано-глинистых разрезов мощностью до 500 м номинальный диаметр основного ствола 152 мм, пилот-скважины 112 мм, то диаметр кожуха 89—108 мм, а фильтра 50— 60 мм.

фиг. 1

1168706

10

16

А-А

Фиг. 2

1168706

26

23

25

Фиг.З

19

26

20

18

Фиг. А

1168706

Claims (3)

1. Способ поинтервального опробования водоносных горизонтов в скважинах путем циклически выполняемых бурения, вскрытия пласта, пакеровки опробуемого пласта, откачки водоносного горизонта, наблюдений и дальнейшего разбуривания скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности опробования рыхлых водоносных отложений, разглинизациюосуществляют после пакеровки путем промывки интервала опробования водой с выносом частиц глинистой корки в затрубное пространство надпакеоной зоны, в котором затем осуществляют циркуляцию бурового раствора до совпадения параметров раствора при закачке и изливе из скважины.

2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что вскрытие пласта осуществляют бурением пилот-скважины с последующей калибровкой уступа на ее устье.

3. Устройство для поинтервального опробования водоносных горизонтов в скважинах, содержащее спускаемые на колонне

труб корпус, фильтр с заглушенным нижним конусом и пакер с центральным отверстием, закрепленный на корпусе с помощью соединительной муфты, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическим кожухом, име ющим в верхней части фланец с отверстием и уплотнением, закрепленным на корпусе с помощью ниппеля с соединительной муфтой и пропущенным в отверстие фланца кожуха и соединенным с колонной труб полым штоком с подпружиненной втулкой и противоаварийным переводником на нижнем конце, соединенным с фильтром, пакер закреплен на передовом конце корпуса, выполнен из жесткого материала с торцовой пакерующей конической поверхностью и расточкой с продольными срезами на внутренней цилиндрической поверхности, фильтр и полый шток установлены с кольцевым зазором в полости корпуса с возможностью осевого перемещения и поочередного перекрытия отверстия в пакере заглушкой фильтра и нижней частью противоаварийного переводника, который выполнен в виде соединенных между собой на резьбе втулок с плоскими срезами на внешней поверхности, взаимодействующими в нижнем положении полого штока с плоскими срезами в расточке пакера, а в верхнем положении штока — с плоскими срезами; выполненными на внутренней поверхности соединительной муфты и ниппеля, на разных уровнях полого штока выполнены три радиальных отверстия, два верхних из которых сообщены между собой каналом, причем при верхнем положении полого штока все радиальные отверстия расположены под фланцем кожуха, при среднем положении штока с присоединенным фильтром последний образует кольцевой зазор с отверстием пакера, среднее радиальное отверстие расположено в полости кожуха, верхнее — выше фланца кожуха, а нижнее отверстие перекрыто подпружиненной втулкой.

δ и „„Π68706

>

1

1168706

2