RU2070290C1 - Well tester - Google Patents

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in testing formations drilled-in by well. SUBSTANCE: well tester has closed sample-taking chamber under sealing bushing of the packer between sleeve and rod. Sleeve and rod have radial holes communicating during inflow when device is landed and disconnecting when tester is tensioned by its own mass. Shutoff valve is located under the sample-taking chamber. Sample-taking chamber accommodates unit of micro-sampling members taking samples in intervals between cylinder pistons when tester is tensioned. Packer anchor has retainer in form of nut split into sectors. Sectors are embraced with steel spring. Internal buttress thread of the nut is engageable with mating thread on the rod lower end. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Известно устройство для использования в нефтяной промышленности, а именно для исследования пластов, вскрытых скважиной. A device is known for use in the oil industry, namely for the study of formations uncovered by a well.

Известно устройство для испытания пластов в котором пробоотборник смонтирован совместно с испытателем и состоит из корпуса, внутри которого размещены контейнер с запорными клапанами и устройство для направления потока жидкости. Это устройство обеспечивает отбор пробы в заданный момент времени. Недостатком такого технического решения является неизбежная потеря пробы во время подпакерной циркуляции [1]
Известно устройство для испытания пласта в котором пробоотборные камеры размещены на наружной поверхности штока, между запорными и уравнительным клапанами. При этом нижняя часть пробоотборных камер сообщена с внутренней полостью труб выше запорного клапана [2]
Известен глубинный пробоотборник в котором датчик наличия пробы выполнен в виде пучка капилляров [3]
Недостатками этих устройств являются низкая надежность конструкции, приводящая к разрушению пробоотборных камер или капилляров, а также трудность визуального анализа качества пробы.A device for testing formations is known in which the sampler is mounted together with the tester and consists of a housing inside which a container with shut-off valves and a device for directing fluid flow are placed. This device provides sampling at a given point in time. The disadvantage of this technical solution is the inevitable loss of sample during subpacker circulation [1]
A device for testing a formation is known in which sampling chambers are located on the outer surface of the stem, between shut-off and equalizing valves. In this case, the lower part of the sampling chambers is in communication with the internal cavity of the pipes above the shut-off valve [2]
Known deep sampler in which the sensor of the presence of the sample is made in the form of a bunch of capillaries [3]
The disadvantages of these devices are the low reliability of the design, leading to the destruction of the sampling chambers or capillaries, as well as the difficulty of visual analysis of the quality of the sample.

Устройство, принятое за прототип [4] содержит полый шток с радиальными каналами, закрытый снизу подпружиненным клапаном, соединенным с полым штоком, гильзу, надетую на шток и взаимодействующую с выступами клапана при ее осевых перемещениях. В этом устройстве полость между клапаном и штоком служит пробоотборной камерой. Данное устройство позволяет производить отбор пробы пластового флюида посредством спуска прибора на кабеле, но не обеспечивает автономного отбора пробы в конце этапа восстановления давления. The device adopted for the prototype [4] contains a hollow stem with radial channels, closed from below by a spring-loaded valve connected to the hollow stem, a sleeve worn on the stem and interacting with the protrusions of the valve during its axial movements. In this device, the cavity between the valve and the stem serves as a sampling chamber. This device allows sampling of formation fluid by lowering the device on the cable, but does not provide autonomous sampling at the end of the pressure recovery phase.

Кроме того, указанные аналоги и прототип не обеспечивают сохранность пробы при промывке ниже пакера, что необходимо при проведении работ в сложных геолого-технических условиях. In addition, these analogues and prototype do not ensure the safety of the sample when washing below the packer, which is necessary when working in difficult geological and technical conditions.

Целью изобретения является повышение надежности отбора пробы при сохранении возможности промывки под пакером в осложненных геолого-технических условиях, устранение указанных недостатков, а именно:
обеспечение автономного отбора пластового флюида в конце этапа восстановления давления при сохранении возможности промывки под пакером;
обеспечение надежности конструкции пробоотборных камер;
обеспечение возможности применения пластоиспытательного инструмента в сложных геолого-технических условиях (в горизонтальных и глубоких скважинах).The aim of the invention is to increase the reliability of sampling while maintaining the possibility of washing under the packer in complicated geological and technical conditions, eliminating these disadvantages, namely:
providing autonomous selection of formation fluid at the end of the pressure recovery stage while maintaining the possibility of flushing under the packer;
ensuring the reliability of the design of sampling chambers;
providing the possibility of using a reservoir testing tool in difficult geological and technical conditions (in horizontal and deep wells).

Поставленная цель достигается тем, что устройство для исследования скважин, включающее полый шток с радиальными каналами, закрытый снизу подпружиненным клапаном, соединенным с полым штоком, гильзу, надетую на шток и взаимодействующую с выступами клапана, дополнительно снабжено шариковым клапаном, размещенным в нижнем торце гильзы, на боковой поверхности которой выполнена кольцевая проточка таким образом, что кольцевая проточка и наружная поверхность полого штока образуют пробоотборную камеру; дополнительно устройство снабжено набором микропробоотборников, каждый из которых выполнен в виде поршневой пары, состоящей из цилиндра, жестко связанного с гильзой, и поршня на полом штоке, связанного со штоком пакера, при этом микропробоотборники размещены в пробоотборной камере вдоль продольной оси устройства, а якорь пакера снабжен фиксирующей гайкой, разрезанной вдоль продольной оси на секторы, охваченные стяжной пружиной, с внутренней резьбой, взаимодействующей с ответной резьбой на нижнем штоке. This goal is achieved in that the device for researching wells, including a hollow rod with radial channels, closed from below by a spring-loaded valve connected to the hollow rod, a sleeve worn on the rod and interacting with the protrusions of the valve, is further provided with a ball valve located in the lower end of the sleeve, on the side surface of which an annular groove is made in such a way that the annular groove and the outer surface of the hollow rod form a sampling chamber; in addition, the device is equipped with a set of microsamplers, each of which is made in the form of a piston pair consisting of a cylinder rigidly connected to the sleeve and a piston on a hollow stem connected to the packer rod, while the microsamplers are placed in the sampling chamber along the longitudinal axis of the device, and the packer anchor equipped with a fixing nut, cut along the longitudinal axis into sectors covered by a coupling spring, with an internal thread interacting with a mating thread on the lower rod.

Предлагаемое устройство для исследования скважин по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:
в устройстве-прототипе пробоотборная камера представляет собой полость, образованную поверхностями клапана, полого штока и гильзы. Предлагаемое устройство наряду с такой же камерой снабжено дополнительной пробоотборной камерой с размещенными в ней микропробоотборниками. Это обеспечивает возможность отбора пробы в конце восстановления давления, гарантируя при этом сохранность пробы в случае внешних динамических воздействий (ударов, разрушения пробоотборной камеры и т.п.);
байонетный замок для фиксации якоря у прототипа в данном случае заменен фиксирующей гайкой, разрезанной вдоль продольной оси на секторы, схваченные стяжной пружиной, с внутренней резьбой. Винтовая пара муфта-шток обеспечивает надежную фиксацию якоря пакера относительно штока.The proposed device for researching wells in comparison with the prototype has the following advantages:
in the prototype device, the sampling chamber is a cavity formed by the surfaces of the valve, hollow stem and sleeve. The proposed device along with the same camera is equipped with an additional sampling chamber with microsamplers located in it. This provides the possibility of sampling at the end of the pressure recovery, while guaranteeing the safety of the sample in case of external dynamic influences (shock, destruction of the sampling chamber, etc.);
the bayonet lock for fixing the anchor of the prototype in this case is replaced by a fixing nut cut along the longitudinal axis into sectors seized by a tension spring with internal thread. The screw couple of the clutch-rod provides reliable fixation of the packer armature relative to the rod.

Данное техническое решение позволяет упростить компоновку устройства в целом, обеспечив при этом надежность его конструкции. Кроме того, данное техническое решение позволяет значительно сократить его длину. Таким образом, данное устройство позволяет сократить затраты на изготовление, т.к. устройство имеет меньшую металлоемкость по сравнению с прототипом. Более простая конструкция, ее высокая надежность в эксплуатации и малые размеры позволяют проводить исследования пластов в наиболее сложных геолого-технических условиях, в глубоких и горизонтальных скважинах, что актуально в настоящее время. This technical solution allows to simplify the layout of the device as a whole, while ensuring the reliability of its design. In addition, this technical solution can significantly reduce its length. Thus, this device allows to reduce manufacturing costs, because the device has a lower metal consumption compared to the prototype. A simpler design, its high reliability in operation and small size allow for reservoir studies in the most difficult geological and technical conditions, in deep and horizontal wells, which is relevant at present.

На фиг. 1 представлено устройство в транспортном положении; на фиг.2 то же, после пакерования в положении притока; на фиг.3 участок А на фиг.1,2; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.3. In FIG. 1 shows a device in a transport position; figure 2 the same, after packing in the inflow position; in Fig.3 plot A in Fig.1,2; figure 4 section BB in figure 3.

В устройстве для исследования скважин уплотнительная резиновая втулка пакера 1, плашки 2 узла металлического перекрытия и упорный конус 3 смонтированы на верхнем штоке 4. Снаружи конуса 3 расположены взаимно перекрывающиеся упорные плашки 5, которые своими нижними концами посредством Т-образного паза сопряжены с толкателем 6. Конус 3 жестко связан с гильзой 7, которая своей внутренней цилиндрической поверхностью сопряжена с наружной поверхностью полого штока 8 и уплотнена резиновыми кольцами (на фиг. не показаны). Гильза 7 имеет радиальные отверстия "а", а полый шток 8 отверстия "б". Проточка в гильзе 7 и наружная поверхность полого штока 8 образуют кольцевую пробоотборную камеру "в", внутри которой расположен ряд микропробоотборников 9. Каждый из микропробоотборников 9 представляет собой поршневую пару, состоящую из полого цилиндра, внутри которого на общем штоке расположен поршень 10 с параллельными кольцевыми проточками на поверхности, образующими с внутренней поверхностью цилиндра микропробоотборные камеры "г". Цилиндры микропробоотборников 9 посредством гайки 11 жестко связаны с полым штоком 8, а поршни 10 с пятой 12. В нижней части гильзы 7 установлен шариковый подпружиненный клапан 13. Подпружиненные планки 14, контактирующие со стенками скважины, вставлены в обойму 15. Обойма 15 связана Т-образным соединением с секторами фиксирующей гайки 16. Гайка 16 разрезана вдоль продольной оси на секторы, схваченные стяжной пружиной (на фиг. не показано), и имеет внутреннюю трапецеидальную упорную резьбу, взаимодействующую с ответной резьбой нижнего штока 17. Пакер 1 ниже уплотнительной втулки оканчивается обратным клапаном 18. In the device for researching wells, the rubber sealing sleeve of the packer 1, the dies 2 of the metal overlap assembly and the stop cone 3 are mounted on the upper rod 4. Outside of the cone 3, mutually overlapping stop dies 5 are located, which are connected to the pusher 6 with their lower ends by a T-groove. The cone 3 is rigidly connected with the sleeve 7, which, with its inner cylindrical surface, is mated to the outer surface of the hollow rod 8 and sealed with rubber rings (not shown in FIG.). The sleeve 7 has radial holes "a", and the hollow rod 8 of the hole "b". The groove in the sleeve 7 and the outer surface of the hollow rod 8 form an annular sampling chamber "in", inside which there is a series of microsamplers 9. Each of the microsamplers 9 is a piston pair consisting of a hollow cylinder, inside of which on the common rod there is a piston 10 with parallel annular grooves on the surface, forming micro-sampling chambers "g" with the inner surface of the cylinder. The cylinders of the microsamplers 9 by means of a nut 11 are rigidly connected to the hollow stem 8, and the pistons 10 to the fifth 12. A spring-loaded ball valve 13 is installed at the bottom of the sleeve 7. Spring-loaded straps 14 in contact with the walls of the well are inserted into the holder 15. The holder 15 is connected by T- by a figurative connection with the sectors of the fixing nut 16. The nut 16 is cut along the longitudinal axis into sectors captured by the coupling spring (not shown in Fig.), and has an internal trapezoidal thrust thread interacting with the mating thread of the lower rod 17. Packer 1 below the sealing sleeve ends check valve 18.

Устройство работает следующим образом. При спуске (подъеме) в скважину (фиг. 1) система штоков через упорную резьбу и гайку 16 перемещают якорь пакера 1 по стволу, а соответственно и толкатель 6, упорные плашки 5, конус 3. Отверстия "а" в гильзе 7 и "б" в полом штоке 8 при этом разобщены, кольцевая пробоотборная камера "в" отделена от внутритрубного пространства. Благодаря обратному клапану 18 колонна труб остается порожней. The device operates as follows. During the descent (ascent) into the well (Fig. 1), the rod system through the threaded thread and nut 16 moves the anchor of the packer 1 along the trunk, and accordingly the pusher 6, thrust dies 5, cone 3. Holes "a" in sleeve 7 and "b "in the hollow rod 8 are disconnected, the annular sampling chamber" c "is separated from the in-tube space. Thanks to the check valve 18, the pipe string remains empty.

Для пакерования необходимо провернуть инструмент на число оборотов не менее числа ниток упорной резьбы на гайке 16 с одновременной посадкой, в результате чего гайка 16 свинчивается с резьбового участка нижнего штока 17 на его гладкую часть. Якорь пакера 1 за счет сил трения планок 14 о стенки скважины удерживается в стволе. При перемещении системы штоков вниз толкатель 6 выталкивает упорные плашки 5 по конусу 3 вверх до заклинивания, что обеспечивает упор всего инструмента в стенки скважины. После упора под воздействием веса колонны происходит дальнейшее нагружение труб и сжатие втулки пакера 1, герметизация подпакерного пространства и относительное перемещение полого штока 8 и гильзы 7 до совмещения отверстий "а" и "б". Жидкость из подпакерного пространства через окна в толкателе 6, шариковый клапан 13 и пробоотборную камеру "в" проникает в трубы (фиг.2). Кроме того, при относительном перемещении гильзы 7 и полого штока 8 система поршней 10 выдвигается из цилиндров 9 в зону кольцевой пробоотборной камеры "в". Для получения закрытого периода испытания производится натяжка инструмента до собственного веса, при этом срыв пакера 1 не происходит из-за остаточного перепада давления под и над пакером 1. For packing, it is necessary to turn the tool at a speed not less than the number of threads of the persistent thread on the nut 16 with a simultaneous fit, as a result of which the nut 16 is screwed from the threaded section of the lower rod 17 to its smooth part. The anchor of the packer 1 due to the friction forces of the straps 14 on the well walls is held in the trunk. When moving the rod system down, the pusher 6 pushes the stop plates 5 along the cone 3 up to jamming, which ensures the stop of the entire tool in the well walls. After emphasis under the influence of the weight of the column, further loading of the pipes and compression of the sleeve of the packer 1 occur, sealing of the under-packer space and relative movement of the hollow rod 8 and sleeve 7 until the holes “a” and “b” are aligned. The liquid from the under-packer space through the windows in the pusher 6, the ball valve 13 and the sampling chamber "b" penetrates into the pipe (figure 2). In addition, with the relative movement of the sleeve 7 and the hollow rod 8, the piston system 10 extends from the cylinders 9 into the zone of the annular sampling chamber "in". To obtain a closed test period, the tool is stretched to its own weight, while the packer 1 does not stall due to the residual pressure drop below and above the packer 1.

После натяжения вся система возвращается в исходное положение, при этом пробоотборная камера "в" изолируется от внутреннего пространства, а система поршней 10 втягивается в цилиндры 9, а микропробоотборные камеры "г" в свою очередь изолируются от кольцевой камеры "в". Таким образом, отобранная проба в камерах "г" остается под давлением, равным давлению в конце периода притока, а давление в кольцевой камере "в" восстанавливается вместе с давлением в подпакерном пространстве в течение всего закрытого периода испытания. При подъеме инструмента камера "в" изолирована от затрубного пространства благодаря клапану 13. After tensioning, the whole system returns to its original position, while the sampling chamber "c" is isolated from the internal space, and the piston system 10 is drawn into the cylinders 9, and the micro-sampling chambers "g" are in turn isolated from the annular chamber "c". Thus, the sample taken in chambers "g" remains under pressure equal to the pressure at the end of the inflow period, and the pressure in the annular chamber "c" is restored along with the pressure in the under-packer space during the entire closed test period. When lifting the tool chamber "in" is isolated from the annulus due to the valve 13.

Работа якоря при натяжении инструмента осуществляется следующим образом. The work of the anchor when the tool is tensioned as follows.

Нижний шток 17 движется вверх и своим резьбовым участком входит в гайку 16 благодаря возможности ее секторов перемещаться в радиальном направлении, преодолевая усилие пружины. По окончании работ по испытанию существует возможность промыть инструмент через обратный клапан 13. При этом отобранные пробы во всех пробоотборных камерах сохраняются. The lower rod 17 moves upward and enters the nut 16 with its threaded portion due to the possibility of its sectors to move in the radial direction, overcoming the force of the spring. At the end of the test work, it is possible to flush the instrument through the non-return valve 13. At the same time, the collected samples in all sampling chambers are saved.

После подъема на поверхность с помощью разрядного устройства через шариковый клапан 13 осуществляется вскрытие и перекачка пробы из камеры "в" в переносной контейнер, после чего производятся частичная разборка и извлечение пробы из камер "г". After lifting to the surface using a discharge device through a ball valve 13, the sample is opened and pumped from the chamber “into” into a portable container, after which the sample is partially disassembled and removed from the chambers “g”.

При проведении работ с предлагаемым устройством для исследования скважин упрощается компоновка ИПТ, не требуется применение клапанов над пакером, упрощается управление инструментом в скважине, обслуживание его при сборке-разборке, проведение операций в скважине. В предложенной конструкции исключается преждевременное пакерование при спуске, что актуально при исследовании наклонных, осложненных и условно-горизонтальных скважин. When carrying out work with the proposed device for researching wells, the IPT layout is simplified, the use of valves above the packer is not required, tool management in the well is simplified, its maintenance during assembly and disassembly, and operations are performed in the well. The proposed design excludes premature packing during the descent, which is important when examining deviated, complicated and semi-horizontal wells.

Claims (3)

1. Устройство для исследования скважин, содержащее пакер с уплотнительной втулкой и якорем, полый шток с радиальными каналами, закрытый снизу подпружиненным клапаном, соединенным с полым штоком, гильзу, надетую на шток с возможностью взаимодействия с выступами клапана, отличающееся тем, что оно снабжено шариковым клапаном, размещенным в нижнем торце гильзы, а на боковой ее поверхности выполнена кольцевая проточка, которая вместе с наружной поверхностью полого штока образует пробоотборную камеру. 1. A device for researching wells, comprising a packer with a sealing sleeve and an anchor, a hollow rod with radial channels, closed from below by a spring-loaded valve connected to the hollow rod, a sleeve worn on the rod with the possibility of interaction with the protrusions of the valve, characterized in that it is provided with a ball a valve located in the lower end of the sleeve, and an annular groove is made on its lateral surface, which together with the outer surface of the hollow stem forms a sampling chamber. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено набором микропробоотборников, каждый из которых выполнен в виде поршневой пары, состоящей из цилиндра, жестко связанного с гильзой, и поршня на полом штоке, связанного со штоком напора, при этом микропробоотборники размещены в пробоотборной камере вдоль продольной оси устройства. 2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a set of microsamplers, each of which is made in the form of a piston pair consisting of a cylinder rigidly connected to the sleeve and a piston on a hollow stem connected to the pressure rod, while the microsamplers are placed in the sampling chamber along the longitudinal axis of the device. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пакер выполнен с фиксирующей гайкой, разрезанной вдоль продольной оси на секторы, охваченные стяжной пружиной и имеющей внутреннюю резьбу для взаимодействия с ответной резьбой, выполненной на нижнем конце штока. 3. The device according to claim 1, characterized in that the packer is made with a locking nut, cut along the longitudinal axis into sectors covered by a coupling spring and having an internal thread for engagement with a mating thread made on the lower end of the rod.

Images