УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПЛАСТОВОЙ ЖИДКОСТИ В СКВАЖИНЕ Российский патент 1997 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для отбора проб жидкости из скважин.

Все известные технические решения устройств для отбора проб в скважине, содержащие балластную и приемную камеры, имеют механизмы управляющие открытием (закрытием) входного запорного клапана (часовые, механические, гидравлические, пневматические), а также гидро- или пневмосопротивления для торможения пластовой жидкости, отбираемой в приемную камеру, чтобы сохранить однофазное состояние глубинной пробы. Для всех их характерны общие недостатки. Поэтому для прототипа предлагаемого устройства можно выбрать любые пробоотборники, в том числе и выпускаемые отечественной промышленностью в настоящее время.

Известны всасывающие поршневые пробоотборники системы "ВНИИ", состоящие из механизма управления типа гидрореле (пьезопривод), приемной и балластной камер, разделенных гидросопротивлением в виде резьбового капилляра (резьбовая шайба) или трубчатого капилляра для торможения рабочей (балластной) жидкости вытесняемой из приемной камеры в балластную в процессе отбора пробы под пластовым давлением (авт. св. СССР N 128660, кл. E 21 B 49/02, 1967).

Главным типовым недостатком данной конструкции, взятой нами в качестве прототипа, является неуправляемость усилием торможения рабочей жидкости при вытеснении ее из приемной камеры в балластную через гидросопротивление. Для качественного забора пробы давление торможения должно превышать давление насыщения пластовой жидкости, чтобы сохранить однофазное состояние глубинной пробы в приемной камере. Соблюдение такого условия известные пробоотборники не могут гарантировать, поскольку капилляр гидросопротивления имеет постоянный проход и длину, а показатель текучести рабочей жидкости всегда разный в силу различных пластовых условий по температуре и давлению. Давление насыщения может составлять в разных скважинах от 0 до 35 МПа.

Другим типовым недостатком указанных пробоотборников являются само присутствие механизмов управления, которые имеют сложную конструкцию, требуют тщательного обслуживания, металлоемки и трудоемки в изготовлении, малоэффективны в экстремальных пластовых условиях скважины, особенно глубоких и с химически агрессивными флюидами.

Цель изобретения повышение качества и надежности отбора глубинных проб пластовой жидкости в любых пластовых условиях скважины. Поставленная цель достигается тем, что между приемной и балластной камерами устанавливается предохранительный игольчатый клапан, выполненный в виде корпуса с входным отверстием, которое запирается иглой посредством калиброванной пружины, регулируемой по усилию сжатия нажимной гайки. Чтобы заполнение приемной камеры пластовой жидкостью происходило по заданным параметрам, достаточно отрегулировать предохранительный клапан на усилие, соответствующему давлению пластовой жидкости на заданной глубине отбора пробы (всегда более давления насыщения).

Процесс отбора глубинной пробы управляется одним предохранительным клапаном и не требует иных механизмов управления. Запорный (входной) клапан остается "нормально открытым" до момента подъема устройства.

С целью надежной герметизации пробы в приемной камере, запорный клапан снабжается натяжным приспособлением, выполненный в виде гидроцилиндра, поршень которого соединен с запорным клапаном посредством пружины растяжения, а внутри поршня размещен обратный шариковый клапан, управляющий работой гидроцилиндра. В работающем гидроцилиндре перемещается поршень, который устанавливает и уплотняет в гнезде запорный клапан через пружину растяжения.

Существенным отличием предлагаемого решения является то, что:
1. Между приемной и балластной камерами устанавливается предохранительный игольчатый клапан, регулирующий давление рабочей (балластной) жидкости при вытеснении ее из приемной камеры в балластную в процессе глубинной пробы.

2. Запорный клапан снабжен натяжным приспособление в виде гидроцилиндра, поршень которого соединен с запорным клапаном посредством пружины растяжения, а внутри поршня размещается обратный клапан для включения в работу гидроцилиндра.

На фиг. 1 изображен внешний вид устройства с двумя пробозаборными блоками для отбора проб пластовой нефти в скважине; на фиг. 2 изображено сечение А-А устройства, показывающее расположение в приемной камере предохранительного игольчатого клапана и запорного клапана с натяжным приспособлением, а также вариант соединения через резьбовую муфту двух пробозаборных блоков устройства; на фиг. 3 изображено сечение Б-Б устройства, показывающего конструкцию предохранительного игольчатого клапана; на фиг. 4 изображено сечение В-В устройства, показывающего конструкцию натяжного приспособления запорного клапана.

Устройство фиг. 1 и 2 представляет собой сборную конструкцию из двух пробозаборных блоков, соединенных резьбовой муфтой 1 через клапанные узлы 2 приемных камер 3. Каждый пробозаборный блок состоит из приемной 3 и балластной 64 камер, соединенных переходником 5, который одновременно является корпусом предохранительного клапана. На нижнюю часть устройства навинчивается хвостик 6, на верхнюю наконечник 7. Каждая приемная камера снабжена разделительным поршнем 8, ход которого ограничивает упор 9.

Устройство фиг. 1 подготавливается к работе в соответствии с методикой общепринятой для всех глубинных скважинных приборов и аппаратов.

Предохранительный игольчатый клапан настраивают на заданное пластовое давление отбора пробы пластовой жидкости. С этой целью, по характеристике калиброванной пружины находят величину деформации L, соответствующей заданному давлению. Нажимной гайкой 12 сжимают пружину 11 на величину L, которая нажимает на иглу 10 и запирает входной канал 2 переходника 5.

Приемную камеру 3 заполняют рабочей (балластной) жидкостью. Собирают два пробозаборных блока, которые свинчивают посредством резьбовой муфты 1. При движении устройства вниз по скважине, через отверстие d в муфте 1 начинает поступать пластовая жидкость, создавая давление на запорный шарик 16, который отжимает пружину 17, освобождая проход двухфазному пластовому флюиду к запорному клапану 15 и далее под разделительный поршень 8, заполняя мертвый объем под поршнем. Давление среды возрастает по мере опускания устройства вниз, и в намеченной глубине скважины достигает критической величины, соответствующей давлению открытия предохранительного клапана.

Одновременно за поршнем 8 сжимается рабочая жидкость до давления, когда открывается предохранительный клапан. Рабочая жидкость из приемной камеры 3 начинает вытесняться в балластную камеру 4 под усилием заданного пластового давления. После заполнения приемной камеры пробой, когда поршень 8 передвинулся до упора 9, давление внутри и снаружи камеры 3 выравнивается, пружина 17 и шарик 16 закроют обратный клапан.

При подъеме устройства наверх по скважине давление снаружи начинает снижаться. Избыточное давление в приемной камере 3 воздействует на поршень 13, который перемещаясь сначала подтягивает к гнезду запорный клапан 15, а при дальнейшем перемещении происходит растяжение пружины 14 и под этим усилием соответственно прижимается запорный клапан 15. Далее при подъеме устройства запорный клапан будет находиться уже под давлением самой пробы в камере 3.

Поднятое на поверхность устройство разбирают на составные части, отделяя приемную камеру с глубинной пробой.

Использование: изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам для отбора проб жидкости из скважин. Сущность изобретения: устройство имеет не менее, чем два пробозаборных блока. Каждый блок выполнен в виде балластной камеры и связанный с ней переходником приемной камеры с разделительным поршнем и запорным клапаном. В переходниках имеется по предохранительному игольчатому клапану. Запорный клапан приемной камеры снабжен натяжным приспособлением. Игольчатый клапан выполнен в виде запорной иглы, калиброванной пружины и нажимной гайки, установленных с возможностью регулирования усилия запирания. Натяжное приспособление выполнено в виде гидроцилиндра с поршнем, пружины растяжения и обратного шарового клапана. Поршень соединен пружиной растяжения с запорным клапаном. Обратный шариковый клапан размещен внутри поршня. Управляет работой гидроцилиндра обратный шариковый клапан. Игольчатый клапан перед спуском устройства настраивают на заданное пластовое деление. При спуске через отверстие в муфте поступает пластовая жидкость. Открывается запорный клапан, жидкость поступает под разделительный поршень и вытесняет рабочую жидкость в балластную камеру, уступая объем пластовой жидкости. 4 ил.

Устройство для отбора проб пластовой жидкости в скважине, включающее не менее чем два пробозаборных блока, каждый из которых выполнен в виде балластной камеры и связанной с ней переходником приемной камеры с разделительным поршнем и запорным клапаном, отличающееся тем, что каждый пробозаборный блок снабжен предохранительным игольчатым клапаном, размещенным в переходнике между приемной и балластной камерами, а запорный клапан приемной камеры снабжен натяжным приспособлением, при этом предохранительный игольчатый клапан выполнен в виде запорной иглы, калиброванной пружины и нажимной гайки, установленных с возможностью регулирования усилия запирания, натяжное приспособление выполнено в виде гидроцилиндра с поршнем, пружины растяжения и обратного шарикового клапана для управления работой гидроцилиндра, причем обратный шариковый клапан размещен внутри поршня гидроцилиндра, а сам поршень соединен пружиной растяжения с запорным клапаном.