КАМЕРА ПРОБООТБОРНИКА ДЛЯ ЗАБОРА, ХРАНЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛУБИННЫХ ПРОБ Российский патент 1997 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для излучения физических свойств пластиковых жидкостей.

Известны приемные камеры поршневых пробоотборников системы "ВНИИ", содержащие калиброванный цилиндр с разделительным поршнем, клапанным узлом и гидросопротивлением, (авт.св. N 128660 и N 252249, кл. E 21 B 49/02, 1976). Данные пробоотборники изготавливают отечественной промышленностью.

Известен также скважинный непроточный пробоотборник с разделительным поршнем, впускным клапаном и упорной втулкой-гидросопротивлением (авт.св. N 1051249, кл. E 21 B 49/08) приемная камера которого представляет собой типовую конструкцию системы "ВНИИ".

Недостатками приемных камер известных пробоотборников являются: невысокая прочность цилиндров, ослабленных канавками под резьбы и уплотнения; низкая несущая способность соединительной штатной резьбы с мелким шагом; недолговечные резиновые уплотнения разделительного поршня, подверженные набуханию в агрессивных пластовых жидкостях. По этой причине, для безопасной эксплуатации и обслуживания пробоотборников глубинные пробы из приемных камер должны быть переведены либо в специальный контейнер для дальнейшей транспортировки или хранения, либо непосредственно в измерительную камеру сосуда равновесия PVT.

Недостатком контейнера является необходимость дважды осуществить перевод глубинной пробы: сначала из приемной камеры в контейнер, а затем из контейнера в измерительную камеру сосуда PVT. При переводах происходит загрязнение пробы рабочей жидкостью или токсичным материалом (ртуть), часть теряется в "мертвых объемах" приборов, нарушается представительность пробы из-за изменения фазового режима.

Недостатком измерительных камер сосуда равновесия PVT является использование рабочих жидкостей, химически взаимодействующих с агрессивными пластовыми флюидами, а также трудоемкие и дорогостоящие операции промывки внутренних полостей камеры перед исследованием каждой новой глубиной пробы пластовой жидкости.

Целью изобретения является расширение функциональных свойств приемной камеры пробоотборника и сохранение качества представительной пробы за счет улучшения показателей назначения, надежности, долговечности и экономичности конструкции. Приемную камеру можно использовать как емкость для размещения глубинной пробы при отборе в скважине, как емкость для транспортировки и хранения отобранной глубинной пробы, как калиброванную емкость с метрологическими характеристиками в составе сосуда равновесия PVT.

Поставленная цель достигается тем, что перед гидросопротивлением дополнительно устанавливается опорная резьбовая втулка для ограничения хода поршня в цилиндре и обеспечения доступа к поршню средств механического давления (шток, толкатель, винт и пр.) со своими измерителями хода.

Цель достигается также тем, что клапанный узел приемной камеры уплотняется непосредственно на калиброванной поверхности цилиндра без изменения рабочего объема камеры, что выводит из зоны объемных гидравлических нагрузок все концентраторы напряжений (проточки, канавки, резьбы) и представляется возможным усилить несущую способность резьбовых соединений путем увеличения шага резьбы.

Цель достигается также тем, что между поршнем и клапаном в приемной камере дополнительно размещается шаровой элемент для перемешивания пробы в процесс исследования. Для уменьшения "мертвого объема" от шара на торцах поршня и клапана предусмотрены сферические гнезда, в которых размещается шаровой элемент в исходном положении при отборе глубиной пробы в скважине.

Цель достигается также тем, что разделительный поршень выполнен из химически пассивных материалов и снабжен специальным уплотнительным устройством, которое выполнено так, чтобы конический резьбовой прижим устройства изменял диаметральный размер уплотнительной манжеты, устанавливая эту манжету без зазора к контактным поверхностям поршня и калиброванного цилиндра, а силовой эластичный элемент (резиновое кольцо) размещен в канавке конической поверхности прижима и обеспечивает постоянное контактное давление P_k герметизации уплотнительной манжеты и поверхности калиброванного цилиндра.

Существенным отличием заявленного решения является то, что:
1) приемная камера пробоотборника дополнительно снабжается резьбовой опорой в виде втулки, чтобы обеспечить свободный доступ к разделительному поршню средств механического давления;
2) клапанный узел приемной камеры пробоотборника уплотняется непосредственно на калиброванной поверхности цилиндра;
3) приемная камера снабжается шаровым элементом, размещенным между разделительным поршнем и клапанным узлом, причем на торцевых поверхностях поршня и клапана выполнены сферические гнезда для установки шарового элемента в исходное положение;
4) разделительный поршень приемной камеры снабжен уплотнительным регулируемым устройством, изменяющим диаметральный размер уплотнительной манжеты посредством конусного резьбового прижима с эластичным силовым элементом, размещенным в канавке на конусной поверхности прижима, для создания постоянного контактного давления P_k герметизации между манжетой и поверхностью калиброванного цилиндра.

Вышеприведенные отличительные признаки не известны нам из патентной и научно-технической литературы, что в совокупности с известными позволяют достичь цели изобретения. На основании изложенного считаем, что заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Изобретение соответствует также критерию "промышленной применимости" так как опробовано на разведочных нефтяных скважинах.

На фиг. 1 изображен пробоотборник в сборе, подготовленный для эксплуатации в скважине; на фиг.2 сечение А-А пробоотборника, показывающего взаимоположение приемной камеры с механизмом управления клапанами МУК и балластными камерами; на фиг.3 приемная камера, отделенная от остальных узлов пробоотборника после отбора пробы, представляющая собой калиброванную цилиндрическую емкость высокого давления для транспортировки, длительного хранения и исследования глубиной пробы; на фиг.4 вид 1, показывающий конструкцию разделительного поршня с уплотнительным устройством; на фиг.5 - сосуд равновесия PVT, показывающий вариант использования приемной камеры пробоотборника в качестве измерительной камеры сосуда PVT.

Пробоотборник (фиг. 1 и 2) состоит из двух пробозаборных блоков, между которыми устанавливается механизм 1 управления клапанами МУК. Каждый пробозаборный блок состоит из балластной камеры 2, соединенной через гидросопротивление 3 с приемной камерой 4. Механизм МУК состоит из разрывной муфты 5, которая собрана из двух полумуфт набором штифтов 6, тарированных по усилию среза. Каждая полумуфта снабжена плунжерной парой 7. МУК управляет одновременно двумя форклапанами 8, расположенными в клапанном узле приемной камеры 4. Приемная камера 4 (фиг.2 и 3) представляет собой герметичную емкость, состоящую из калиброванного цилиндра 9, на один конец которого навинчивается по штатной резьбе корпус клапанов 10, герметизированный по рабочей поверхности цилиндра 9 посредством резинового кольца; а на другой конец навинчивается по штатной резьбе опорная втулка 11. Между корпусом клапанов и втулкой перемещается разделительный поршень 12. Между поршнем и корпусом клапанов размещается шарик 13. В процессе отбора пробы в корпус клапанов 10 устанавливается запорный клапан 14, соединенный с форклапаном 8.

Разделительный поршень (фиг.3 и 4) снабжен уплотнительным устройством, состоящим из пластмассовой манжеты 15, которая без зазора контактирует с конической поверхностью резьбового прижима 16 и поверхностью калиброванного цилиндра 9. В канавке конической поверхности прижима 16 установлено резиновое кольцо 17, которое является силовым элементом, обеспечивающим постоянное контактное давление P_k герметизации между манжетой 15 и рабочей поверхностью цилиндра 9.

Сосуд равновесия PVT фиг.5 представляет собой технологический монтажный агрегат и предназначен для измерения соотношения давления, объема и температуры в пластиковых условиях.

Пластовое давление (P) создается гидроприводом 18 высокого давления или зубчато-реечным приводом 19 низкого давления. Величина перемещения штока 20 обоих приводов измеряется грубо по шкале непосредственно на штоке и точно по круговой шкале 21. Измерение объема (V) осуществляется в измерительной камере, функцию которой выполняет приемная камера 4 пробоотборника. В корпус клапанов камеры 10 встраиваются подпружиненный толкатель 22 и распределительный узел 23 с запорными вентилями 24.

Пластовая температура (T) термостатируется специальным или универсальным термостатом посредством кожуха 25, являющегося несущим узлом сосуда равновесия PVT.

Кожух 25 установлен на поворотном механизме качалки 26. Замыкающим монтажным звеном сосуда PVT является шарнирная пята 28, которая компенсирует погрешности взаимоположения всех узлов сосуда PVT, соосно состыкованных и закрепленных бугелями 27.

Работа камеры пробоотборника в процессе отбора проб, фиг.1 и 2.

Пробоотборник подготавливается к работе в соответствии с методикой, общепринятой для всех глубинных скважинных приборов.

Исходное положение деталей в приемной камере 4 поршень 12 в упоре в корпус клапанов 10, шарик 13 расположен в сферических гнездах поршня 12 и запорного клапана 14, сама камера заполнена маслом.

При движении пробоотборника вниз по скважине в механизм МУК поступает газожидкостная среда через окно d, которая создает давление на плунжерах 7 разрывной муфты 5. По мере опускания пробоотборника, давление возрастает до критического в намеченной глубине скважины. Штифты 6 срезаются, муфта 5 разрывается, плунжеры 7 перемещаются в канал Б, освобождая проход отбираемой пластовой жидкости в приемную камеру. Под давлением пластовой жидкости форклапан 8 и запорный клапан 14 разгерметизируются, открывая свободный проход пробы под разделительный поршень 12 в цилиндре 9. Поршень 12 вытесняет балластное масло через гидросопротивление 3 в балластную камеру 2. Когда поршень 12 дойдет до упора во втулку 11, давление внутри и снаружи пробоотборника выравнивается, шарик обратного клапана внутри форклапана 8 перекроет канал поступления пластовой жидкости в приемную камеру 4.

При подъеме пробоотборника в верх скважине давление снаружи начинает сниматься. Избыточное давление в камере 4 перемещает поршень форклапана 8, который сначала подтягивает в гнездо запорный клапан 14, а затем прижимает его до полной герметизации.

У поднятого на поверхность пробоотборника последовательно отделяют обе балластные камеры 2 и механизм МУК, свинчивают с запорного клапана 14 форклапан 8, свинчивают гидросопротивление 3.

Приемная камера 4, заполненная глубинной пробой в положении фиг.3, обслуживается как сосуд высокого давления с возможностью его транспортирования и хранения до момента исследования.

Работа приемной пробоотборника при исследованиях, фиг.5.

Исследование глубинной пробы осуществляется в сосуде равновесия PVT аналогично с "Методикой исследования пластовой нефти для поршневых установок типа АСМ" по следующей схеме:
производят вакуумирование распределительного узла 23 и проходного канала до запорного клапана 14 приемной камеры 4 с последующим заполнением "мертвого объема" соляным раствором;
через один вентиль 24 создают давление в "мертвом объеме" проходного канала распределительного узла 23 до открытия запорного клапана 14 приемной камеры;
толкатель 22 фиксируют посредством иглы центрального вентиля 24 до упора с целью обеспечения свободного прохождения пробы к раздаточным вентилям 24;
производят термостатирование пробы посредством кожуха 25 и термостата в соответствии с методикой;
посредством гидропривода 18 создают пластовое давление в измерительной камере 4 при одновременном перемещении пробы шариком 13 в процессе раскачивания сосуда PVT в качалке 26;
после стабилизации пробы в термобарическое соотношение PT производят объем исследований аналогичных типов по ОСТ 39-112-80 или иным нормативным требованиям;
по завершению исследования, остатки глубинной пробы в камере 4 вытесняют полностью, сбрасывают давление в распределительном узле 23 до атмосферного;
раскрепляют бугели 27 на кожухе 25, демонстрируют распределительный узел 23, вывинчивают толкатель 22, производят наружную разгерметизацию и снимают приемную камеру 4;
приемную камеру 4 разбирают на узлы, промывают и снова собирают для эксплуатации в составе пробоотборника фиг.1 и 2 для отбора глубиной пробы в скважине.

Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для излучения физических свойств пластовых жидкостей. Сущность изобретения: приемная камера пробоотборника включает калиброванный цилиндр, клапанный узел, разделительный поршень и гидросопротивление. Клапанный узел камеры уплотняется непосредственно на рабочей поверхности цилиндра. Перед гидросопротивлением дополнительно установлена резьбовая опора в виде втулки с возможностью обеспечения свободного доступа к торцу разделительного поршня средств механического давления. Между клапанным узлом и разделительным поршнем в цилиндре дополнительно размещен шаровой элемент для перемешивания глубиной пробы в процессе исследования. Клапан и поршень выполнены со сферическими гнездами для размещения шара. Разделительный поршень снабжен уплотнительным устройством, которое выполнено с возможностью регулировки натяга между уплотнительной манжетой и "рабочей поверхностью цилиндра посредством конического резьбового прижима. В канавке на конической поверхности резьбового прижима установлен эластичный силовой элемент для создания постоянного контактного давления P_k герметизации. Использование изобретения расширяет функциональные свойства, а также сохраняет представительность (достоверность) глубиной пробы при транспортировке и хранении. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Приемная камера пробоотборника, включающая калиброванный цилиндр с клапанным узлом, разделительным поршнем и гидросопротивлением, отличающаяся тем, что она снабжена резьбовой опорой, выполненной в виде втулки и установленной в калиброванном цилиндре перед гидросопротивлением с возможностью обеспечения свободного доступа через нее к торцу распределительного поршня средств механического давления на этот поршень, а уплотнительный элемент клапанного узла установлен с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью калиброванного цилиндра. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена шаровым элементом, размещенным в калиброванном цилиндре между клапанным узлом и разделительным поршнем, причем клапан и поршень выполнен со сферическими гнездами под шаровой элемент. 3. Камера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что разделительный поршень снабжен регулируемым уплотнительным узлом, выполненным в виде уплотнительной манжеты и конусного резьбового прижима с эластичным силовым элементом, при этом на конической поверхности резьбового прижима выполнена канавка, а эластичный силовой элемент размещен в упомянутой канавке с возможностью взаимодействия с уплотнительной манжетой для создания постоянного контактного давления герметизации между уплотнительной манжетой и рабочей поверхностью калиброванного цилиндра.