Устьевой пробоотборник для добывающей скважины Российский патент 2024 года по МПК E21B49/08 G01N1/10 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к устьевому оборудованию скважин, добывающих нефть, в частности, к устройствам для отбора средней пробы продукции пласта на устье скважины для исследовательских целей.

Известно устройство для отбора продукции пласта на устье добывающей скважины (патент RU № 2249695, МПК E21B 49/08, E21B 33/03, G01N 1/10, опубл 10.04.2005 Бюл. № 10), включающее полый цилиндрический корпус, патрубки для отбора и слива пробы и запорный элемент, причем его корпус выполнен толстостенным, концевые участки которого выполнены в виде усеченного конуса и сообщены между собой со стороны меньших оснований с помощью канала, а патрубок для отбора пробы выполнен удлиненным длиной, равной диаметру корпуса, и пропущен насквозь поперек корпуса через центр упомянутого канала, при этом в пределах его сечения полость патрубка разделена косой глухой перегородкой на две части, каждая из которых с ним имеет сообщение, одна часть для отбора пробы, а другая для подачи реагента в продукцию скважины, например демульгатора, причем с целью получения достоверной информации о пробе путем приведения потока в однородное состояние внутренняя поверхность конуса со стороны большего основания снабжена жестко закрепленными лопастями для турбулизации поступающего в корпус потока.

Наиболее близким является устьевой пробоотборник для добывающей скважины (патент RU № 2275503, МПК E21B 49/08, G01N 1/10, опубл 27.04.2006 Бюл. № 12), содержащий вмонтированный в напорный трубопровод на устье скважины трубчатый корпус, камеру для отбора пробы и запорный элемент, причем трубчатый корпус выполнен толстостенным, его концевые части выполнены в виде усеченного конуса, меньшие основания которого направлены друг к другу и сообщены между собой проходным каналом с диаметром, равным диаметру меньших оснований, большие основания конусов равны между собой по внутреннему диаметру и равны диаметру напорного трубопровода, в пределах проходного канала трубчатого корпуса по одной осевой линии выполнены боковые каналы, в одном из которых установлена трубка для подачи реагента - деэмульгатора в продукцию скважины, а в другом, выполненном ступенчато, в большей ступени установлено герметичное седло запорного элемента, последний выполнен с ответной конической поверхностью под герметичное седло и установлен в камере для отбора пробы со сливной трубкой, хвостовая часть запорного элемента связана с трубчатым корпусом резьбовым соединением и окончена выступом под торцовый ключ и пазом под отвертку, причем для приведения потока продукции скважины в однородное состояние внутренние конические стенки корпуса со стороны поступления потока снабжены жестко закрепленными лопастями-турбулизаторами, а от несанкционированного отбора нефти или слива ее в зоне устья скважины сливная трубка и камера для отбора пробы снабжены крышками.

Общими недостатками аналогов являются стационарность устройств, приводящая к большим затратам на изготовление и обслуживание, из-за необходимости устанавливать большое количество устройств на каждую добывающую скважину, а обслуживать надо их устройств непосредственно на устье скважин с остановкой добычи, а также узкая область применения из-за низкой надёжности при добычи продукции с газовым фактором, так как большое количество перегородок, лопастей-турбулизаторов, сужений и расширений для получения однородных по составу, входящему в продукцию скважины, проб приводит к интенсивному укрупнению содержащегося в жидкости газа и его схлопыванию (кавитации) с интенсивным разрушением внутренних элементов и корпуса.

Техническим результатом является создание устьевого пробоотборник для добывающей скважины, позволяющего при сохранении однородности проб обеспечить надежность, простоту в изготовлении и обслуживании за счет съемной конструкции с лопастями-турбулизаторами, вращающимися со скоростью 14-32 об/с (с^-1).

Техническим решением является устьевой пробоотборник для добывающей скважины, включающий корпус, соединяемый с напорным трубопроводом, камеру для отбора пробы, лопасти-турбулизаторы и запорный элемент.

Новым является то, что корпус изготовлен Т-образным, нижний отвод которого через запорный элемент соединен с камерой для отбора пробы, горизонтальные отводы одним концом соединены через шаровой кран разъемным соединением с напорным трубопроводом, а другой конец соединен с корпусом электродвигателя с ротором, оснащенным осью, лопасти-турбулизаторы с наружным диаметром меньшим проходного диаметра открытого шарового крана установлены на штоке, коаксиально вставленным в ось ротора с возможностью продольного перемещения при помощи шлицевого или зубчатого соединения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране, при этом электродвигатель выполнен с возможностью обеспечения скорости вращения ротора со скоростью 14-32 об/с с возможностью обеспечения перемешивания перекачиваемой по напорному трубопроводу жидкости.

Новым является также то, что шток с противоположной от электродвигателя стороны оснащен рукояткой для ручного продольного перемещения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране.

Новым является также то, что шток с противоположной от электродвигателя стороны оснащен магнитно-мягкой соосной насадкой, вставленной в электромагнитный толкатель, корпус которого жестко соединен с корпусом электродвигателя, для автоматического продольного перемещения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране при подаче постоянного тока на толкатель.

На чертеже изображена схема устьевого пробоотборника с частичными осевыми разрезами.

Устьевой пробоотборник для добывающей скважины включает в себя корпус 1, соединяемый с напорным трубопроводом 2, камеру для отбора пробы 3, лопасти-турбулизаторы 4 и запорный элемент 5. Корпус 1 изготовлен Т-образным, нижний отвод 6 которого через запорный элемент 5 соединен с камерой ля отбора пробы 3, горизонтальные отводы 7 и 8 одним отводом 7 соединены через шаровой кран 9 разъемным соединением (резьба, быстросъемное соединение, фланцевое соединение или т.п. – не показаны) с напорным трубопроводом 2, а другой отвод 8 соединен с корпусом электродвигателя 10 с ротором (не показан), оснащенным осью 11. Лопасти-турбулизаторы 4 с наружным диаметром d меньшим проходного диаметра D открытого шарового крана 9 (D˃d – для обеспечения прохода лопостей-трубулизаторов 4 через шаровой кран 9) установлены на штоке 12, коаксиально вставленным в ось 11 ротора с возможностью продольного перемещения при помощи шлицевого или зубчатого соединения и входа лопастей-турбулизаторов 4 в напорный трубопровод 2 при открытом шаровом кране 9/ Электродвигатель 10 выполнен с возможностью обеспечения скорости вращения ротора со штоком 12 со скоростью 14-32 об/с для обеспечения перемешивания перекачиваемой по напорному трубопроводу 2 жидкости и почти полному исключению разрушающего эффекта кавитации газа, находящегося в этой жидкости.

Для ручного продольного перемещения и входа лопастей-турбулизаторов 4 в напорный трубопровод 2 при открытом шаровом кране 9 шток 12 с противоположной от электродвигателя 10 стороны может быть оснащен рукояткой (не показано), а для автоматического продольного перемещения –соосной насадкой 13 из магнит мягкого материала, вставленной в электромагнитный толкатель 14 при подаче постоянного тока на толкатель 14, которого жестко соединен с корпусом электродвигателя 10.

Скорость вращения ротора со штоком 12 со скоростью 14-32 об/с определена эмпирическим путем, так как при скорости менее 14 об/с был большой разброс в пробах взятых при помощи камеры для отбора проб 12 в течении 2 мин. по содержанию элементов (например, разброс 10-15% по содержанию механических примесей, до 20% - по содержанию газа) из напорного трубопровода 2 с ламинарным течением жидкости, а при скорости более 32 об/с резко возрастал эффект кавитации газов, находящихся в перекачиваемой по напорному трубопроводу 2 жидкости, приводящему, как следствие, быстрому разрушению лопастей-турбулизаторов 4. При скорости 14 об/с и более в пробах взятых при помощи камеры для отбора проб 12 в течении 2 мин. по содержанию элементов не превышал 1-3%, что допустимо, так как находится в пределах погрешности измерений. При скорости вращения 32 об/с и менее ресурс работы лопастей-турбулизаторов 4 вырастал более чем в 5 раз, что обеспечивает надежность в работе и долговечность всего устьевого пробоотборника. Поэтому для работы в устьевом пробоотборнике рекомендуется выбирать в качестве электродвигателя 10 надежный, простой и дешевый асинхронный двигатель переменного тока с рабочим числом оборотов в пределах 14-32 об/с (определяется по паспорту электродвигателя).

Для обеспечения шлицевого или зубчатого соединения штока 12 и оси 11 ротора электродвигателя 10 на наружной поверхности штока 12 могут быть выполнена одна продольная проточка 15 или несколько равномерно расположенных по периметру, взаимодействующими с шлицом (не показан) или зубьями (не показаны) внутри оси соответственно. На виды проточек 15, шлицов или зубьев автору не претендуют, так как они известны в большом количестве из открытых источников и нормативных конструкторских документов.

Лопасти-турбулизаторы 4 могут быть изготовлены любой известной конструкции: в виде лепестков, винта, шнека или т.п., обеспечивающей интенсивное перемешивание жидкости внутри напорного трубопровода 2. Авторы на это не претендуют.

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и т.п., не влияющие на объяснение работоспособности устьевого пробоотборника для добывающей скважины, на чертеже не показаны или показаны условно.

Устьевой пробоотборник для добывающей скважины работает следующим образом.

Устьевой пробоотборник в сборе доставляют к добывающей скважине и отводом 7 корпус 1 через разъемное соединение герметично присоединяют к шаровому крану 9 напорного трубопровода 2. Шаровой кран 9 при помощи рукоятки 17 переводят в открытое состояние. При помощи рукоятки или подачей постоянного тока на толкатель 14, воздействующий насадку 13, шток 12 перемещают из отводов 8 и 7 по направлению к напорному трубопроводу 2 до входа лопастей-турбулизаторов 4 внутрь напорного трубопровода 2 (например, до упора 16 в корпус толкателя 14). После чего на электродвигатель 10 подают питание (например, переменный ток) для вращения ротора с осью 11, шлицы или зубья которой, взаимодействуя с проточками 15, приводят во вращение шток 12 с лопастей-турбулизаторов 4 со скоростью 14-32 об/с. При этом перемешивается жидкость до равномерного состояния в напорном трубопроводе 4 напротив шарового крана 9. Запорный элемент 5 открывают (например, при помощи ручки 18) и жидкость из напорного трубопровода 4 через овод 7 и нижний отвод 6 поступает в камеру для отбора пробы 3 до ее полного заполнения. После чего закрывают запорный элемент 5, отсоединят камеру для отбора пробы 3 от него, при необходимости подсоединяют и наполняют дополнительную камеру для отбора пробы 3 при открытом запорном элементе 5. При необходимости подобном образом набирают необходимое количество проб в дополнительную камеры для отбора пробы 3.

Запорный элемент 5 закрывают все взятые пробы подписывают или помечают и складывают в транспортировочный контейнер (не показан) для доставки в лабораторию. Отключают питание от электродвигателя 10 для остановки вращения ротора с осью 11 и штоком 12. При помощи рукоятки или подачей постоянного тока обратной полярности на толкатель 14, воздействующий насадку 13, шток 12 перемещают из трубопровода 2 в отводы 7 и 8, извлекая лопасти-турбулизаторы 4 из напорного трубопровода 2 через шаровой кран 9, который перекрывают. Открытием запорного элемента 5 из корпуса 1 сливают остатки жидкости в технологическую емкость (не показана), отвод 7 отсоединяют при помощи разъемного соединения от шарового крана 9, освобождая корпус 1, запорный элемент 5 закрывают и к нему присоединяют чистую камеру для отбора пробы 3. Устьевой пробоотборник в сборе готов после доставки обслуживать следую добывающую скважину. Одним устьевым пробоотборником можно обслуживать большое количество добывающий скважин.

При выходе из строя устьевого пробоотборника его доставляют в мастерские, заменяют износившиеся и вышедшие из строя детали ремонтируют и заменяют. Так как он состоит из простых в изготовлении и стандартных деталей, то устьевой пробоотборник прост как в изготовлении, так и в обслуживании, на что в среднем уходит не более часа, причем в условиях мастерской.

Предлагаемый устьевой пробоотборник для добывающей скважины позволяет при сохранении однородности проб обеспечить надежность, простоту в изготовлении и обслуживании за счет съемной конструкции с лопастями-турбулизаторами, вращающимися со скоростью 14-32 об/с (с^-1).

Изобретение относится к устьевому пробоотборнику для добывающей скважины. Техническим результатом является обеспечение надежности и простоты в изготовлении и обслуживании за счет съемной конструкции с лопастями-турбулизаторами, вращающимися со скоростью 14-32 об/с. Устьевой пробоотборник включает корпус, соединяемый с напорным трубопроводом, камеру для отбора пробы, лопасти-турбулизаторы и запорный элемент. Корпус изготовлен Т-образным, нижний отвод которого через запорный элемент соединен с камерой для отбора пробы. Горизонтальные отводы одним концом соединены через шаровой кран разъемным соединением с напорным трубопроводом, а другой конец соединен с корпусом электродвигателя с ротором, оснащенным осью. Лопасти-турбулизаторы с наружным диаметром, меньшим проходного диаметра открытого шарового крана, установлены на штоке, коаксиально вставленном в ось ротора с возможностью продольного перемещения при помощи шлицевого или зубчатого соединения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране. Электродвигатель выполнен с возможностью обеспечения скорости вращения ротора со скоростью 14-32 об/с, с возможностью обеспечения перемешивания перекачиваемой по напорному трубопроводу жидкости. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устьевой пробоотборник для добывающей скважины, включающий корпус, соединяемый с напорным трубопроводом, камеру для отбора пробы, лопасти-турбулизаторы и запорный элемент, отличающийся тем, что корпус изготовлен Т-образным, нижний отвод которого через запорный элемент соединен с камерой для отбора пробы, горизонтальные отводы одним концом соединены через шаровой кран разъемным соединением с напорным трубопроводом, а другой конец соединен с корпусом электродвигателя с ротором, оснащенным осью, лопасти-турбулизаторы с наружным диаметром, меньшим проходного диаметра открытого шарового крана, установлены на штоке, коаксиально вставленном в ось ротора с возможностью продольного перемещения при помощи шлицевого или зубчатого соединения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране, при этом электродвигатель выполнен с возможностью обеспечения скорости вращения ротора со скоростью 14-32 об/с с возможностью обеспечения перемешивания перекачиваемой по напорному трубопроводу жидкости.

2. Устьевой пробоотборник для добывающей скважины по п. 1, отличающийся тем, что шток с противоположной от электродвигателя стороны оснащен рукояткой для ручного продольного перемещения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране.

3. Устьевой пробоотборник для добывающей скважины по п. 1, отличающийся тем, что шток с противоположной от электродвигателя стороны оснащен магнитно-мягкой соосной насадкой, вставленной в электромагнитный толкатель, корпус которого жестко соединен с корпусом электродвигателя, для автоматического продольного перемещения и входа лопастей-турбулизаторов в напорный трубопровод при открытом шаровом кране при подаче постоянного тока на толкатель.