Устройство для отбора проб жидкости из скважины

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к технике отбора проб жидкости из скважин с различных по глубине уровней. Устройство включает корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса. Корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами. Корпус оснащен сверху камерой низкого давления с технологическим штоком, на наружной поверхности которого выполнены сужающиеся книзу кольцевые выборки. На наружной поверхности корпуса выполнены кольцевые проточки. Шток сверху оснащен обратным клапаном, установлен герметично и жестко в корпусе, выполнен полым и заглушенным снизу. Диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса. Подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины, надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления. Сверху корпуса установлена гидравлическая камера с хвостовиком, имеющим боковые продольные отверстия и охватывающим корпус, и перегородкой, расположенной над корпусом и охватывающей технологический шток. Гидравлическая камера сверху герметично соединена с колонной труб и снабжена поджатым вверх пружиной поршнем, герметично охватывающим технологический шток. Поршень оснащен изнутри сужающейся кверху кольцевой проточкой. Кольцевая проточка поршня оснащена стопорным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками технологического штока. Хвостовик гидравлической камеры выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса и оснащен на внутренней поверхности выборкой с пружинным кольцом. Кольцо выполнено с возможностью взаимодействия с кольцевыми проточками корпуса. Повышается надежность и качество разделения проб. 1 ил.

 

Изобретение относится к гидрогеологическим и промысловым исследованиям скважин, а именно к технике отбора проб жидкости из скважин с различных по глубине уровней.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №924362, МПК 7 Е21В 49/08, опубл. БИ №16 от 30.04.1982 г.), включающий корпус, приемную камеру, подпружиненные верхний и нижний клапаны, герметичную рабочую камеру, при этом он снабжен двумя поршнями, жестко связанными штоками с клапанами и установленными в рабочей камере, заполненной газом под атмосферным давлением, а приемная камера заполнена сжатым газом, причем нижний поршень имеет канал для сообщения рабочей камеры с внешней средой при верхнем положении поршня и ограничитель рабочего хода поршня, выполненный в виде втулки, закрепленной срезной чекой на штоке.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и технически сложных деталей;

во-вторых, такой конструктивный элемент как чека срезается только под определенным давлением, которое необходимо достичь, в обратном случае пробоотборник не сработает, а это существенно снижает надежность его работы;

в-третьих, большое количество технологически сложных деталей, требующих высокой точности изготовления, ведет к удорожанию конструкции в целом.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №1461899, МПК 7 Е21В 49/08, опубл. БИ №8 от 28.02.1989 г.), содержащий корпус с подвеской и приемной камерой с клапанами, механизм привода клапанов с упором, контактирующий со стенками скважины, и штоком с выступом, подпружиненным относительно корпуса и взаимодействующим с клапанами приемной камеры. Пробоотборник снабжен шариковым замком, выполненным в виде подпружиненной относительно корпуса ступенчатой втулки, внутри которой размещен сепаратор с шариками, жестко закрепленный к верхней части корпуса и к подвеске, причем упор выполнен из эластичного материала в виде полого конуса, обращенного вершиной вниз, последняя закреплена на верхней части ступенчатой втулки, при этом полый конус выполнен с возможностью контакта его внешней поверхности со стенками скважины и выворачивания внутренней поверхности наружу, а шток размещен внутри сепаратора и установлен с возможностью фиксирования относительно корпуса в нижнем положении при контакте шариков сепаратора с выступом штока и с внутренней поверхностью малого диаметра ступенчатой втулки.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во вторых, при больших знакопеременных нагрузках пружинные элементы могут выйти из строя, в связи с чем, снижается надежность работы пробоотборника в целом;

в-третьих, сборку возможно осуществить только в специализированной мастерской, что вызывает дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для отбора проб жидкости из скважины (авторское свидетельство SU №1698432, МПК 7 Е21В 49/08, опубл. БИ №46 от 15.12.1991 г.), включающее подвешенный на канатной подвеске шток с верхней и нижней диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны диафрагмы с возможностью продольного перемещения при взаимодействии с посыльным грузом, при этом оно снабжено дополнительными диафрагмами, установленными на штоке между верхней и нижней диафрагмами, и дополнительными посыльными грузами, причем корпус подпружинен относительно штока, при этом дополнительные диафрагмы установлены на штоке с возможностью перемещения и фиксации относительно последнего.

Недостатками конструкции являются:

- во-первых, необходимость постоянного контроля жесткости пружины, прочностные характеристики которой со временем изменяются, кроме того, вес груза, который сбрасывается с устья скважины на устройство по канатной подвеске зависит от плотности скважинной жидкости, что не поддается контролю в процессе отбора проб; кроме того, проводимые операции по отбору проб происходят бесконтрольно. Вследствие вышеотмеченных факторов снижается надежность работы устройства в целом;

- во-вторых, если хотя бы одно из уплотнений дополнительной диафрагмы не герметично, то пробы перемешиваются, в связи с чем, снижается качество отобранных проб.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы устройства независимо от внешних факторов и с контролем проводимых операций, а также повышение качества разделения отобранных проб.

Техническая задача решается предлагаемым устройством для отбора проб жидкости из скважины, включающим корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, и пружину.

Новым является то, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами, и дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления с технологическим штоком, на наружной поверхности которого выполнены сужающиеся книзу кольцевые выборки, а на наружной поверхности корпуса выполнены кольцевые проточки, при этом шток сверху дополнительно оснащен обратным клапаном, установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым и заглушенным снизу, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем сверху корпуса установлена гидравлическая камера с хвостовиком, имеющим боковые продольные отверстия и охватывающим корпус, и перегородкой, расположенной над корпусом и охватывающей технологический шток, при этом гидравлическая камера сверху герметично соединена с колонной труб и снабжена поджатым вверх пружиной поршнем, герметично охватывающим технологический шток и оснащенным изнутри сужающейся кверху кольцевой проточкой, которая снабжена стопорным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками технологического штока, причем хвостовик гидравлической камеры выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, ниже которого расположены боковые продольные отверстия, и оснащен на внутренней поверхности выборкой, снабженной пружинным кольцом, которое выполнено с возможностью взаимодействия с кольцевыми проточками корпуса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины в продольном разрезе.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины включает корпус 1 цилиндрической формы, шток 2 с диафрагмами 3, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1.

Корпус 1 выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров 4, которые оснащены снизу каналами 5 с клапанами 6. Корпус 1 дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления 7 с технологическим штоком 8, на наружной поверхности которого выполнены сужающейся книзу кольцевые выборки 9. На наружной поверхности корпуса 1 выполнены кольцевые проточки 10. Шток 2 сверху дополнительно оснащен обратным клапаном 11. Шток 2 установлен герметично и жестко в корпус 1 и выполнен полым и заглушенным снизу. Диафрагмы 3 выполнены в виде кольцевых поршней 12, установленных внизу каждого цилиндра 4 корпуса 1. Подпоршневая полость 13 каждого цилиндра 4 через канал 5 с клапаном 6 выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины (не показано). Надпоршневая полость 14 - через шток 2 с камерой низкого давления 7. Сверху корпуса 1 установлена гидравлическая камера 15 с хвостовиком 16, имеющим боковые продольные отверстия 17 и охватывающим корпус 1. Гидравлическая камера 15 снабжена перегородкой 18, расположенной над корпусом 1 и охватывающей технологический шток 8.

Гидравлическая камера 15 сверху герметично соединена с колонной труб 19 и снабжена поджатым вверх пружиной 20 поршнем 21, герметично охватывающим технологический шток 8. Поршень 21 оснащен изнутри сужающейся кверху кольцевой проточкой 22. Кольцевая проточка 22 поршня 21 оснащена стопорным кольцом 23, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками 9 технологического штока 8.

Хвостовик 16 гидравлической камеры 15 выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов 5 цилиндров 4 корпуса 1 и оснащен на внутренней поверхности выборкой 24, оснащенной пружинным кольцом 25. Пружинное кольцо 25 выполнено с возможностью взаимодействия с кольцевыми проточками 10 корпуса 1.

Внутренние пространства цилиндров 4 и штока 2 ниже обратного клапана 11 заполнены антифрикционной жидкостью.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях устройства исключаются уплотнительными кольцами 26, 27, 28, 29, 30.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.

Для примера рассмотрим устройство для отбора проб жидкости из скважины с тремя камерами: нижней, средней и верхней, каждая из которых образуется в процессе работы устройства и соответствует объему между ближайшими диафрагмами 3 штока 2 внутри корпуса 1.

На устье скважины (не показано) устройство устанавливают в исходное положение, то есть стопорное кольцо 23, находящееся в кольцевой проточке 22 поршня 20, размещают в самой нижней сужающейся книзу кольцевой выборке 9 технологического штока 8, при этом надпоршневые полости 14 цилиндров 4 и внутреннее пространство штока 2 заполняют антифрикционной жидкостью. Затем устройство на колонне труб 19 спускают в скважину.

В процессе спуска устройства в скважину находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх через пространство между внутренними стенками скважины (не показано) и устройством. В случае необходимости можно извлечь устройство из скважины после спуска без отбора проб жидкости.

Отбор проб жидкости из скважины можно вести как сверху вниз, так и снизу вверх. Рассмотрим случай отбора жидкости из скважины с различных по глубине уровней сверху вниз.

Спуск устройства приостанавливают в самом верхнем интервале отбора пробы, но при этом устройство должно быть погружено под уровень жидкости (не показано) в скважине как минимум на 10 метров для гарантированного срабатывания клапана 6 для доступа жидкости сквозь канал 5 в подпоршневую полость 13 цилиндра 4.

Далее заполняют колонну труб 17 технологической жидкостью, после чего с устья скважины посредством насосного агрегата (не показано) создают в колонне труб 19 гидравлическое давление. Гидравлическое давление воздействует на поршень 21 сверху, вызывая сжатие пружины 20, при этом происходит перемещение вниз поршня 21 совместно с технологическим штоком 8 посредством стопорного кольца 23, а также корпуса 1, который сверху жестко соединен с технологическим штоком 8. При этом в начале перемещения пружинное кольцо 25, находящееся в выборке 24 хвостовика 15 и фиксирующее корпус 1 в его кольцевой проточке 10, благодаря воздействию гидравлического давления на поршень 21, вызывающего перемещение корпуса 1, разжимается и выходит из кольцевой проточки 10 корпуса 1. Перемещение поршня 21 продолжается до тех пор, пока он не достигнет нижнего упора 31 гидравлической камеры 15, при этом пружинное кольцо 25, находящееся в выборке 24 хвостовика 15, зафиксирует корпус 1 в вышерасположенной относительно предыдущей кольцевой проточке 10 корпуса 1.

Поршневание в процессе перемещения поршня 19 исключается технологическим отверстием 32, выполненным в хвостовике 16 выше перегородки 18.

Рост давления на индикаторе веса, установленного на устье скважины, свидетельствует о том, что поршень 21 уперся в нижний упор 31 гидравлической камеры 15.

За счет перепада давления ΔР внутри и снаружи цилиндра 4 клапан 6 открывается и находящаяся в скважине проба жидкости по каналу 5 начинает поступать в подпоршневую полость 12 цилиндра 4 с заданного интервала отбора проб.

По мере поступления проб жидкости внутрь верхнего цилиндра 4 диафрагма 3, выполненная в виде поршня 11, поднимается вверх, вытесняя антифрикционную жидкость соответствующего объема из надпоршневой полости 14 цилиндра 4 сквозь сквозные отверстия 33 штока 2 через обратный клапан 11 в камеру низкого давления 7.

Поступление жидкости в подпоршневую полость 13 цилиндра 4 закончится тогда, когда поршень 11 упрется в верхний торец цилиндра 4 и герметично, посредством уплотнительных колец 26 и 29, перекроет сквозные отверстия 33 штока 2, при этом обратный клапан 11, расположенный выше штока 2, и клапан 6 цилиндра 4 закроются. Из практического опыта достаточно 1-2 минут для заполнения цилиндра 4, причем, чем глубже под уровнем жидкости в скважине находится устройство, тем больше перепад давления ΔР и тем меньше времени требуется для заполнения цилиндра 4.

Давление в колонне труб 19 и над поршнем 21 сбрасывают, в результате чего под действием возвратной силы пружины 20 поршень 21 возвращается обратно, при этом стопорное кольцо 23, находящееся в кольцевой проточке 22 поршня 20 и фиксирующее поршень 20 в самой нижней сужающейся книзу кольцевой выборке 9 технологического штока 8, выходит из нее, перемещаясь совместно с поршнем 21 вверх до тех пор, пока стопорное кольцо 23 зафиксируется в следующей вышележащей кольцевой выборке 9 технологического штока 8, при этом сам технологический шток 8, а следовательно, и корпус 1 остаются неподвижными благодаря фиксации пружинного кольца 25, находящегося в выборке 24 хвостовика 15 относительно кольцевой проточки 10 корпуса 1. Для отбора пробы жидкости со следующих нижележащих интервалов скважины устройство доспускают вниз до заданных интервалов путем наращивания колонны труб 19.

Последовательность и технология заполнения средней и верхней камер устройства аналогична заполнению нижней камеры, причем пробы жидкости из средней и нижней камер не попадают в верхнюю камеру и не перемешиваются между собой благодаря герметичному разделению камер посредством уплотнительных элементов 26, 28, 29.

Предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, а процесс отбора проб контролируется с устья скважины. Камеры, образуемые соседними диафрагмами, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.

Устройство для отбора проб из скважины, включающее корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, и пружину, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами, и дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления с технологическим штоком, на наружной поверхности которого выполнены сужающиеся книзу кольцевые выборки, а на наружной поверхности корпуса выполнены кольцевые проточки, при этом шток сверху дополнительно оснащен обратным клапаном, установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым и заглушенным снизу, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем сверху корпуса установлена гидравлическая камера с хвостовиком, имеющим боковые продольные отверстия и охватывающим корпус, и перегородкой, расположенной над корпусом и охватывающей технологический шток, при этом гидравлическая камера сверху герметично соединена с колонной труб и снабжена поджатым вверх пружиной поршнем, герметично охватывающим технологический шток и оснащенным изнутри сужающейся кверху кольцевой проточкой, которая снабжена стопорным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками технологического штока, причем хвостовик гидравлической камеры выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, ниже которого расположены боковые продольные отверстия, и оснащен на внутренней поверхности выборкой, снабженной пружинным кольцом, которое выполнено с возможностью взаимодействия с кольцевыми проточками корпуса.