ГЛУБИННЫЙ ПРОБООТБОРНИК Российский патент 1998 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к геологическим исследованиям, а именно к устройствам, предназначенным для отбора и герметизации глубинных проб жидкости из скважин и водоемов.

Известен пробоотборник, содержащий камеру для отбора пробы, снабженную подпружиненными клапанами, связанными между собой замком, и механизмом для закрытия клапанов, состоящим из емкости, поршня, обратного клапана и собачки, удерживающей клапаны в открытом состоянии при спуске в скважину (Нефтяное хозяйство, 1971, N 1, с. 52 - 53).

Недостатками этого устройства являются значительные габариты, малый объем полезной камеры и необходимость подъема пробоотборника при отборе пробы на 20 - 30 м от точки отбора для срабатывания механизма, закрывающего клапаны, в результате чего может произойти попадание скважинной жидкости в приемную камеру и изменение состава пробы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является глубинный пробоотборник, содержащий полый корпус с обратным клапаном, подвижно установленный в корпусе электромагнит с кожухом и кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, поршень и узел фиксации корпуса с электромагнитом, включающий обойму и стопорные элементы. (авт. св. CCCH N 1645490, кл. E 21 B 49/08, 1989).

Недостатками этого пробоотборника являются невысокая надежность, повышенная опасность при отборе проб с больших глубин и неудобство в работе.

Невысокая надежность в работе связана с невозможностью точно определить время окончания заполнения камеры, что ставит под сомнение достоверность извлекаемой пробы жидкости. Возможность деформации манжет поршня и заклинивания его в корпусе при работе на глубине более 2000 м, исключает использование их на больших глубинах из-за возникновения аварийных ситуаций.

Опасность при использовании пробоотборника связана со значительным давлением в камере при отборе проб с большой глубины.

Неудобство в работе с пробоотборником связано со значительным увеличением длины устройства, особенно при необходимости отбора пробы объемом более 10 л.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы пробоотборника, улучшение техники безопасности и условий работы с ним.

Это достигается тем, что глубинный пробоотборник, содержащий полый корпус с обратным клапаном, подвижно установленный в корпусе электромагнит с кожухом, кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, поршень и узел фиксации корпуса с электромагнитом, включающий обойму и стопорные элементы, снабжен датчиком окончания набора пробы и предохранительным клапаном. Причем датчик установлен между электромагнитом и кабельным наконечником, а предохранительный клапан - на седле обратного клапана с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством. При этом поршень выполнен по крайней мере с двумя уплотнительными элементами в виде конических стаканов, обращенных один к другому большими основаниями и закрепленных на кожухе электромагнита, который в исходном положении размещен в полости корпуса.

Дополнительными отличительными признаками изобретения, способствующими решению поставленной технической задачи, являются такие: датчик окончания набора пробы выполнен в виде геркона и постоянного магнита, установленных с возможностью осевого перемещения одного относительно другого; предохранительный клапан выполнен в виде эластичного кольца, установленного в кольцевой проточке, выполненной на седле обратного клапана и имеющей высоту больше диаметра эластичного кольца, при этом кольцевая проточка соединена радиальными каналами с полостью корпуса и затрубным пространством; стопорные элементы узла фиксации выполнены в виде колец, установленных на крепежных осях с возможностью радиального перемещения при взаимодействии со штоком-толкателем.

Решению поставленной задачи способствует также и снабжение пробоотборника центратором, расположенным над корпусом и имеющим наружный диаметр, который больше внутреннего диаметра корпуса.

На фиг. 1 изображен пробоотборник в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении (с заполненной камерой).

Глубинный пробоотборник включает полый корпус 1, электромагнит 2 с поршнем и кабельным наконечником 3, центратор 4, узел фиксации 5 корпуса 1 с электромагнитом 2, датчик 6 окончания набора пробы и предохранительный клапан 7.

Корпус 1 на верхнем конце снабжен направляющей втулкой 8, а на нижнем обратным клапаном 9 и фильтром 10 с центрирующей гильзой 11.

Электромагнит 2 содержит кожух 12, неподвижный 13 и подвижный 14 якори, соленоид 15 и манжету 16, полость которой заполнена трансформаторным маслом 17. Подвижный якорь 14 имеет шток-толкатель 18, который может быть выполнен как единое целое с ним, так и отдельно и соединен с якорем, например, резьбой. В исходном положении электромагнит 2 располагается в полости корпуса 1, благодаря чему габариты пробоотборника определяются исключительно размерами корпуса 1.

Датчик 6 окончания набора пробы размещен между кабельным наконечником 3 и электромагнитом 2. Он выполнен в виде геркона 19 и постоянного магнита 20, установленных соответственно в полости штока 21 из диамагнитного материала и оболочки 22, с возможностью осевого перемещения одного относительно другого. С этой целью оболочка 22 выполнена с продольными окнами 23, вдоль которых перемещаются стержни 24, закрепленные в радиальных отверстиях диамагнитного кольца 25 с вмонтированным в его полости постоянным магнитом 20, взаимодействующим с герконом 19. В исходном положении (фиг. 1) постоянный магнит 20 смещен относительно геркона 19 и удерживается в крайнем верхнем положении пружины 26, на которую опирается кольцо 25. Геркон 19 и электромагнит 2 соединены с источником питания на поверхности одно- или многожильным кабелем 27 через диоды 28.

Узел 5 фиксации корпуса 1 с электромагнитом 2 включает обойму 29 с кольцевой расточкой 30 под стопорные элементы в виде колец 31, установленных на осях 32 в пазах нижнего торца ступенчатого защитного кожуха 33 манжеты 16 и имеющих диаметр, меньший внутренннго диаметра колец 31. Это обеспечивает радиальное перемещение колец 31 при взаимодействии со штоком-толкателем 18.

Обратный клапан 9 пробоотборника содержит седло 34, конусный клапан 35 с хвостовиком 36 и оттарированную пружину 37. Хвостовик 36 клапана 35 выполнен с глухим осевым каналом 38 и сквозными радиальными каналами 39 для слива пробы в емкости через присоединяемый к центрирующей гильзе штуцер (не показан). Седло 34 клапана совместно с обоймой 29 фиксируется в корпусе 1 от осевого перемещения посредством фильтра 10 с радиальными окнами 40.

Предохранительный клапан 7 выполнен в виде эластичного кольца 41, размещенного в кольцевой проточке 42 на наружной поверхности седла 34 и обратного клапана 9. Проточка 43 посредством радиальных каналов 43 и 44 в седле 34 и в корпусе 1 соединена соответственно с полостью корпуса 1 и затрубным пространством. Диаметр кольца 41 меньше высоты проточки 42, что обеспечивает беспрепятственный сброс части пробы в затрубное пространство для поддержания заданного перепада давления между пробоотборной камерой и затрубным пространством.

Поршень пробоотборника образован кожухом 12 электромагнита 2 и установленных на нем по крайней мере двух уплотнительных элементов 45 в виде конических стаканов, большие основания которых обращены друг к другу, что исключает расклинивание поршня в полости корпуса 1 при любом давлении на забое скважины.

Над корпусом 1 установлен центратор 4, выполненный в форме полого конуса под кабельный наконечник 3 и имеющий наружный диаметр, который больше внутреннего диаметра направляющей втулки 8. Центратор 4 обеспечивает с одной стороны центрацию кабельного наконечника 3, а с другой - защиту полости корпуса 1 от попадания посторонних предметов.

Принцип действия пробоотборника основан на использовании поршневого эффекта. Пробоотборник спускают в скважину на кабеле в сомкнутом положении, когда все элементы устройства располагаются в полости корпуса 1 и фиксируются там стопорными кольцами 31, которые располагаются в кольцевой расточке 30 и удерживаются в таком положении штоком-толкателем 18. После достижения заданного интервала подается напряжение в обмотку электромагнита 2. При этом шток-толкатель 18 вместе с подвижным якорем 14 втягиваются в полость соленоида 15, в результате чего происходит разблокирование узла 5 фиксации и освобождение корпуса 1. Последний под действием собственного веса начинает перемещаться вниз, создавая поршнем разрежение в полости корпуса 1, куда устремляется скважинная жидкость через фильтр 10 и обратный клапаны 35. При этом благодаря конической форме уплотнительных элементов 45 поршня и схеме их ориентации они не создают большого сопротивления движению корпуса 1 вниз и тем самым гарантируют полное заполнение полости корпуса пробой. Этому положению соответствует совмещение по высоте геркона 19 и постоянного магнита 20 (фиг. 2). В таком положении происходит замыкание контактов геркона 19, что фиксируется на поверхности получением сигнала, после получения которого начинают подъем пробоотборника. При этом отобранная проба герметизируется поршнем и обратным клапаном 35. По мере подъема увеличивается разность давления между полостью корпуса 1 и затрубным пространством, что может привести и к нарушению целостности верхнего уплотнительного элемента 45 и разгерметизации полости корпуса 1. Для исключения этого служит предохранительный клапан 41, который срабатывает при достижении определенного перепада давления, пропуская часть жидкости, находящейся в полости корпуса 1 под большим давлением, в затрубное пространство через радиальные каналы 43, 44 и кольцевую проточку 42.

Извлечение пробы из пробоотборника осуществляется принудительным перемещением обратного клапана 35 центрирующей резьбовой гильзой 11 через радиальные каналы 39 и осевой канал 38 обратного клапана и присоединенный к гильзе 11 посредством штуцера шланг (не показаны).

Таким образом, снабжение предложенного пробоотборника датчиком окончания набора пробы позволяет повысить надежность его работы за счет исключения случаев подъема пробоотборника с неполной камерой. Повышению надежности работы устройства способствует и наличие центратора 4, предохраняющего полость корпуса 1 от попадания посторонних предметов, а сам пробоотборник - от заклинивания в скважине при прохождении через зауженные участки, а также форма и схема установки уплотнительных элементов 45 поршня, исключающих случаи его заклинивания в корпусе 1 при отборе пробы с больших глубин.

Наличие в пробоотборнике предохранительного клапана повышает безопасность ведения работ путем поддержания разности давлений внутри корпуса и внешней средой на заданном уровне, а схема размещения всех узлов устройства в полости корпуса позволяет улучшить условия работы обслуживающего персонала за счет уменьшения габаритов устройства.

Глубинный пробоотборник геологических исследований для отборки глубинных проб жидкости из скважин и водоемов содержит корпус с обратным клапаном и предохранительным клапаном, установленным на седле обратного клапана с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством. Узел фиксации корпуса содержит электромагнит с кожухом, кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, подвижно установленный в корпусе, обойму и стопорные элементы. Поршень пробоотборника выполнен по крайней мере с двумя уплотнительными элементами в виде конических стаканов, обращенных один к другому большими основаниями и закрепленных на кожухе электромагнита. Датчик окончания набора пробы установлен между электромагнитом и кабельным наконечником. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Глубинный пробоотборник, содержащий корпус с обратным клапаном, подвижно установленный в корпусе электромагнит с кожухом, кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, поршень и узел фиксации корпуса с электромагнитом, включающий обойму и стопорные элементы, отличающийся тем, что он снабжен датчиком окончания набора пробы и предохранительным клапаном, причем датчик установлен между электромагнитом и кабельным наконечником, а предохранительный клапан - на седле обратного клапан с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством, при этом поршень выполнен по крайней мере с двумя уплотнительными элементами в виде конических стаканов, обращенных один к другому большими основаниями и закрепленных на кожухе электромагнита, размещенного в исходном положении в полости корпуса. 2. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что датчик окончания набора пробы выполнен в виде геркона и постоянного магнита, установленных с возможностью осевого перемещения одного относительно другого. 3. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что предохранительный клапан выполнен в виде эластичного кольца, установленного в кольцевой проточке, выполненной на седле обратного клапана и имеющей высоту больше диаметра эластичного кольца, при этом кольцевая проточка сообщена радиальными каналами с затрубным пространством и полостью корпуса. 4. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен центратором, расположенным над корпусом и имеющим наружный диаметр, больше внутреннего диаметра корпуса. 5. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что стопорные элементы выполнены в виде колец, установленных на крепежных осях с возможностью радиального перемещения при взаимодействии со штоком-толкателем.