Инструмент для взятия проб жидкостей или газа из скважины

 

Использование: для взятия проб с погружением в скважину и отбора проб нефти, газа или воды во время проходки скважины или добычи указанных текучих сред. Сущность изобретения: инструмент (1) содержит трубчатый полый и предпочтительно цилиндрический корпус с двумя камерами (12, 14), разделенные сжимаемой трубой (9). Указанный инструмент содержит внешнюю трубу (2),з выполненную в виде цилиндра, способного выдержать давление в резервуаре. Внутри внешней трубы (2) размещен блок (13) образующий герметичную камеру для пробы (12) и камера (14) для среды противодавления. Камера (14) образована прижиманием трубы (9) к внутренней поверхности U-образного профиля (10). При взятии пробы объем камеры (12) увеличивается, а объем камеры (14) соответственно уменьшается. Полное разделение пробы от среды противодавления обеспечивается применением не допускающей диффузии гибкой трубы (9), и проба газа-жидкости при анализе будет представлять таким образом газ/жидкость резервуара, из которого отбирается проба. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области бурения, а более точно к инструменту для взятия проб жидкостей или газа из скважины.

При проходке скважин и добыче углеводородов необходимо брать пробы газа или жидкости, присутствующих в резервуаре. Их получают погружением в скважину инструмента для взятия проб на различных глубинах. Инструмент затем поднимают на поверхность, где проба из инструмента переносится в соответствующий транспортный баллон для дальнейшего лабораторного анализа химических и физических характеристик пробы.

Прибор для взятия проб газа или жидкости в основном содержит трубчатый цилиндрический корпус с камерой для сохранения пробы газа или жидкости и клапанов для открывания и закрывания входов в камеру. Дополнительно в камере для проб оборудование также содержит различные электронные приборы для измерения давления, температуры и т.п. Прибор для взятия проб соединен с поверхностью подъемным тросом, имеющим изолированную медную жилу. Инструмент для взятия проб может также механически управляться с поверхности использованием управляющего стержня внутри трубы. Управляющий стержень используют для открывания и закрывания клапанов для забора проб газа или жидкости.

Инструменты для взятия проб с камерой обычно содержат плавающий поршень для отделения пробы газа или жидкости от среды противодавления. Среда противодавления используется для управления потоком из резервуара в камеру инструмента. При взятии пробы газ или жидкость втекает в камеру с одной стороны поршня, а среда противодавления выжимается из цилиндра в атмосферную камеру. Имеются уплотнительные кольца между поршнем и стенкой цилиндра. Эти кольца изнашиваются при трении о стенки цилиндра и из-за контакта с обычно очень агрессивными средами углеводородными жидкостями. Кроме того, уплотнения позволяют переводить диффузию с одной стороны поршня к другой. Поэтому недостатком известных инструментов является то, что углероды протекают или диффундируют с одной стороны поршня в среду противодавления с другой стороны поршня. Если фракция газа или жидкости диффундируют или протекают из пробы из-за износа уплотнений на поршне, проба газа или жидкости не представляет истинное содержимое скважины, и взятие пробы приходится повторять. Это значительно удорожает взятие проб нефти и газа, особенно на морских скважинах, так как время на морских буровых очень дорогое.

Другой способ взятия проб это использование инструмента с временной системой открывания клапанов и заполнения камеры. Этот метод неудобен, потому что часто возникают непредвиденные задержки при опускании инструмента в скважину. Как управление по времени, так и использование управляющего стержня для открывания клапанов используют сравнительно сложную механику. Эти механические устройства также изнашиваются и отказывают, что также ведет к увеличению расходов как в виде испорченного оборудования, так и необходимости повторения взятия проб.

Известен инструмент для взятия проб жидкостей или газа, (см. например авторское свидетельство СССР N 345269), содержащий полый цилиндрический корпус, сжимаемый трубчатый блок с камерой для пробы жидкости или газа, размещенный в корпусе, и камеру со средой противодавления. Эта камера образована наружной поверхностью сжимаемого трубчатого блока и внутренней поверхностью корпуса. Однако в данном инструменте используемый трубчатый блок может быть размещен при его сжатии, т.е. тогда он будет заполняться образцом.

Цель данного изобретения разработать инструмент для взятия проб газа или жидкости без риска утечки из камеры для пробы жидкости или газа в камеру со средой противодавления, надежный в работе и удобный в обращении, обеспечивающий быстрое и надежное взятие проб.

Эта цель достигается тем, что в инструменте для взятия проб жидкостей или газа из скважины, содержащем полый цилиндрический корпус, сжимаемый трубчатый блок с камерой для пробы жидкости или газа, размещенный в корпусе и камеру со средой противодавления, образованную наружной поверхностью сжимаемого трубчатого блока и внутренней поверхностью корпуса, согласно изобретению сжимаемый трубчатый блок имеет с обоих концов неподвижные поддерживающие клинья, ограничивающие камеру для пробы жидкости или газа.

Целесообразно, чтобы сжимаемый трубчатый блок имел U-образный жесткий профиль, а поддерживающие клинья были прикреплены к концам упомянутого U-образного жесткого профиля и образовывали единый узел, размещенный внутри сжимаемого трубчатого блока.

Предпочтительно, чтобы сжимаемый трубчатый блок и единый узел в виде U-образного жесткого профиля с прикрепленными к его концам поддерживающими клиньями были выполнены сменными.

Можно также, чтобы поддерживающие клинья и U-образный жесткий профиль имел закругления на свободных концах.

Возможно, чтобы сжимаемый трубчатый блок был выполнен из свинца.

Другие характеристики изобретения подробно раскрыты в описании со ссылками на сопровождающие фигуры, на которых: Фиг. 1 изображает инструмент для взятия проб жидкостей газа, согласно изобретению.

Фиг. 2-4 разрезы инструменты по линиям А-А, В-В, и С-С, показанным на фигуре 1.

Фиг. 5 соединенные инструменты для взятия проб, один из которых показан в продольном разрезе.

Фиг. 1 показывает инструмент 1 для отбора проб. Инструмент 1 для отбора проб содержит цилиндрический корпус 2, выдерживающий давление в скважине. Внутри корпуса 2 размещен сжимаемый трубчатый блок 3, образующий герметичную для газа конструкцию с камерой 4 для пробы газа или жидкости. Пунктирная линия 9 показывает этот блок при его сжатии. Инструмент содержит также камеру 5 со средой противодавления, образованную наружной поверхностью сжимаемого трубчатого блока 3 и внутренней поверхностью корпуса 2. Трубчатый блок 3 имеет с обоих концов неподвижные поддерживающие клинья 6, 7, ограничивающие камеру 4 для пробы жидкости или газа. Трубчатый блок 3 имеет U-образный жесткий профиль 8 и выполнен из свинца. Он может быть выполнен и из другого подходящего материала. Важным является то, что он герметичен, гибок и сопротивляется диффузии. Для материала менее гибкого, чем свинец, важно чтобы трубчатый блок 3 имел слабую область, откуда может начаться сжатие. Если используется гибкий материал типа резины, то такой ослабленной области не требуется. Вообще материал для трубчатого блока 3 определяется теми пробами, которые предстоит брать. Поддерживающие клинья 6 и 7 установлены и укреплены на концах U-образного профиля 8. Профиль 8 и клинья 6, 7 образуют единый узел, который помещается внутри блока 3. Трубчатый блок 3 прикреплен к клиньям 6 и 7, например, клеем или пайкой и затем образует герметичный блок с камерой 4 для пробы газа или жидкости. Указанный единый узел и трубчатый блок 3 выполнены сменными.

Клин 7 имеет центральный продольный канал 10, заканчивающийся внутри трубчатого блока 3. Этот канал служит для поступления пробы газа или жидкости в камеру 4 для для пробы жидкости или газа. Камера 5 заполнена средой противодавления до начала забора пробы газа или жидкости. Э то дает управляемое и постепенное заполнение камеры 4. Клинья 6 и 7 с одного конца 11 круглые, а на другом конце 12 наклоненные. При заполнении камеры 5 наклонные концы поддерживающих клиньев обеспечивают плавный переход от круглой формы трубчатого блока 3, в сжатое состояние в результате чего не возникает острых изгибов или углов на блоке 3, вызывающих разрушение в виде отверстий или трещин, когда этот блок 3 заполняется образцом.

Фиг. 2 показывает инструмент для отбора проб в сечениях А, В и С. Сечение А-А трубчатого блока 3 и поддерживающих клиньев 6 и 7 является круглым. Эта часть трубчатого блока 3 будет оставаться неизменной во время заполнения обеих камер 4 и 5. Сечение блока 3 несколько меньше внутреннего сечения цилиндрического корпуса 2. Зазор между внутренней поверхностью корпуса 2 и внешней поверхностью трубчатого блока 3 всегда будет заполнен некоторым количеством среды противодавления, снижая таким образом износ этого блока 3. Зазор также упрощает вставление блока 3 и позволяет протекание среды противодавления при заполнении ею камеры 5.

Сечение В-В показывает форму трубчатого блока 3, когда камера 4 для пробы газа или жидкости полностью заполнена. Трубчатый блок 3 при этом имеет начальную цилиндрическую форму. Проба газа или жидкости в камере 4 при заполнении ее значительно уменьшает объем камеры 5 и выжимает среду противодавления в отдельную камеру с атмосферным давлением на фигуре не показана.

Сечение С-С показывает блок отбора пробы, когда трубчатый блок 3 вжат внутрь U-образного профиля 8, как это показано пунктиром 9 на фиг. 1. Такую форму имеет блок 3, когда инструмент для забора проб готов для использования и заполнен средой противодавления, например, гликолем. Жидкость противодавления протекает при заполнении снаружи трубчатого блока 3 и прижимает его 9 к внутренней стенке U-образного профиля 8 и таким образом уменьшает объем камеры для пробы 4 приблизительно до нуля.

При начале забора пробы газа или жидкости, каналы, ведущие к резервуару, открываются одновременно с каналом, ведущим к камере с атмосферным давлением. Проба газа или жидкости под действием давления в резервуаре входит внутрь трубчатого блока 3, а среда противодавления с другой стороны этого блока 3 под давлением уходит в камеру с атмосферным давлением. Таким образом проба газа или жидкости и среда противодавления полностью разделены при заборе пробы свинцовой мембраной. Наличие среды противодавления обеспечивает плавное заполнение камеры 4 пробой, не вызывающее чрезмерных деформаций трубчатого блока 3. Атмосферная камера для среды противодавления имеет меньший объем, чем камера 4 для пробы. Некоторое количество среды противодавления поэтому остается снаружи блока 3 и предотвращает металлический контакт его с цилиндрическим корпусом 2 и возможной пробой.

Фиг. 5 показывает всю систему отбора проб, включая клапаны 13, 14 для управления отбором пробы. Цилиндрический корпус 2 имеет резьбу 15 с обоих концов для соединения с клапанными системами 13, 14. Поддерживающие клинья 6 и 7 не идентичны. Один из поддерживающих клиньев, в этом примере 7, имеет внутренний выступ 16 для соединения с гнездовой частью клапанной системы.

Клапанная система, кроме управления открыванием и запиранием каналов, также служит соединительной секцией для второго инструмента 17, 18 забора проб. Трубчатый блок 3 с клиньями 6,7 и U-образным профилем 8 изготовляется в цехе, где он проверяется на действие давления и отсутствие в цехе, где он проверяется на действие давления и отсутствие диффузии, прежде чем его единым блоком установят в цилиндрическом корпусе 2.

Работа инструмента осуществляется следующим образом.

До погружения инструмента в скважину для взятия пробы, камера 5 инструмента заполняется средой противодавления, например, гликолем и трубчатый блок 3 складывается вокруг U-образного профиля 8 и клиньев 6, 7. Воздух и другие возможные загрязняющие газы или жидкости выдавливаются таким образом из камеры 4 пробы. Инструмент для взятия проб затем погружают в скважину на заданную глубину отбора пробы. Клапан для подачи в канал газа или жидкости открывают одновременно с клапаном выпуска среды противодавления, либо в камеру с атмосферным давлением, либо прямо в резервуар, окружающий блок взятия проб. Проба газа или жидкости заполнит камеру 4 внутри трубчатого блока 3. Этот блок постепенно расплавляется до своей первоначальной цилиндрической формы при заполнении камеры 4 пробой газа или жидкости. Одновременно уменьшается объем камеры 5 противодавления, и среда противодавления постепенно вытесняется в камеру с атмосферным давлением. Скорость забора пробы регулируется потоком среды противодавления через сопло.

Камера с атмосферным давлением имеет объем меньше объема камеры 4 для пробы. Это значит, что при максимальном заполнении камеры 4 пробы некоторое количество жидкости остается в камере 5 противодавления.

Цель этой разности в объемах предотвратить касание стенок трубчатого блока 3 с металлом цилиндрического корпуса 2 и повреждение этого блока. Когда отбор пробы закончен инструмент за трос поднимается на поверхность. Газо- или жидкостная проба затем при постоянном давлении и объеме передается в подходящие транспортные баллоны или баллоны для хранения для дальнейшей транспортировки и анализа.

Применяя вышеописанный инструмент для отбора проб обеспечивают полное разделение пробы газа или жидкости от среды противодавления. Течь из камеры 4 в камеру 5 или диффузия исключены полностью. Используемая камера 4 для пробы проста в производстве и применений и не имеет изнашивающихся частей. Поэтому инструмент дешев в изготовлении и максимально надежен.

Формула изобретения

1. Инструмент для взятия проб жидкостей или газа из скважины, содержащий полый цилиндрический корпус, сжимаемый трубчатый блок с камерой для пробы жидкости или газа, размещенный в корпусе, и камеру со средой противодавления, образованную наружной поверхностью сжимаемого трубчатого блока и внутренней поверхностью корпуса, отличающийся тем, что сжимаемый трубчатый блок имеет с обоих концов неподвижные поддерживающие клинья, ограничивающие камеру для пробы жидкости или газа.

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что сжимаемый трубчатый блок имеет U-образный жесткий профиль, а поддерживающие клинья прикреплены к концам упомянутого U-образного жесткого профиля и образуют единый узел, размещенный внутри сжимаемого трубчатого блока.

3. Инструмент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что сжимаемый трубчатый блок и единый узел в виде U-образного жесткого профиля с прикрепленными к его концам поддерживающими клиньями выполнены сменными.

4. Инструмент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поддерживающие клинья и U-образный жесткий профиль имеют закругления на свободных концах.

5. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что сжимаемый трубчатый блок выполнен из свинца.

РИСУНКИ

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