Устройство для отбора проб жидкости Советский патент 1983 года по МПК E21B49/02 G01N1/10 

со Изобретение относится к пробоотборникам жидкости и может найти применение при испытании водоносных, нефтяных и других видов разведочных скважин. Известно пробоотборное устройство, используемое в комплекте с труб ным испытателем пластов и устанавливаемое в специальном приборном отсеке И Открывание рабочих полостей устройсэ ва осуществляется путем нажати штоком испытателя на штангу устрой ства. При этом одновременно открываются также отверстия впускного (приемного)клапана испытателя и начикается приток жидкости. Жидкость, проходит через пробоотборник, отверстия впускного клапана, внутренние каналы штока и штанги, атакже через отверстие штуцера в заполненную воздухом полость труб, расположенных между двумя сборками гидравлических испыта елей пластрв.; Ве- личина депрессий и скорость потока в гидравлических каналах испытателя определяются размерами отверстия штуцера. / . . . Извест-но также устройство для от ,бора проб жидкости, раэмещеннре в приборном отсеке трубного испытателя пластов и приводимое в действие от штока испытателя, содержащее кожух с окнами, внутри которого расположены прббоотборные емкости с разделительными пружинами и две вту ки - верхнюю, снабженную штунгой, и нижнюю, снабженную упором, при чем емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой 2 . . . ; Недостатком известного устройства для отбора проб при его испрль. зовании в комплекте с трубным испыт телем пластов является полное перекрытие в процессе работы боковой поверхностью нижней емкости окон байпасного (обводного) канала, обЕ)азованного кожухом и корпусом приборного отсека испытателя, и про.пуск всей Массы жидкости, поступающей в процессе притока в воздушную камеру испытателя через внутренний канал-пробоотббрного устройства Если с точки зрения необходимости активизации и процесса замещения заполнителя в пробоотборных емкостя (масла и воды) скважинкой средой та кая конструкция позволяет ускорить движение жидкости пробоотборные емкости (что особенно важно при малых скоростях притока), то качество работы собственно испытатела пластов низкое. Это связано с - тем, что ci bpoctb движения потока в гидравли вЬкйх каисшах испытателя пластов должна определяться раз мерами отверстия штуцера, т.е. его гидравлическим сопротивлением. В то же время на скорость движения потока влияют и все остальные источники гидравлического сопротивления, находящиеся в общей гидрайлической цепи,в том числе и пробоотборное устройство, с множеством мест сужения, изгиба и дробления струи, т.е. мест с повышенным гидравлическим сопротивлением. Поэтому для максимального уменьшения искажающего влияния привнесенных пробортборными емкостями источников гидравлического сопротивления характер кривой притока необходимо резко уменьшить их долевое участие в общеи сопротивлении гидравлической цепи. Именно позтому полное и постоянное перекрытие окон байпасного канала пробоотборной емкостью, приводящее к резкому снижению общего (суммарно го) пр оходного сечения приборного отсека и тем самым к увеличению его гидравлического сопротивления, является с точки зрения сохранения качества работы соответственно испытателя пластов нежелательным особенно при значительных скоростях притока. Кроме того,.устройство для отбо ра проб при его использовании в комплекте с трубным испытателем плаЬтов характеризуется ненадежностью в работе, так как сложно обеспечить согласованность (от Образца к образцу) длин рабочих ходов штока испытателя и штанги пробоотборного устройства, не имеющих регулировок для компенсации изготовительного разброса размеров. Если,например, длина хода штока превысит длину хода штанги (определяемую как суммй длин ходов клапанов и компенсаторов), произойдет поломка пробоотборного устройства. Если же длина хода шток будет меньше последней, может не произойти открытия клапана, Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и npejit ставительности пробы за счет умень шения гидравлического сопротивление притоку жидкости. УКазазиная цель достигается тем что в устройстве для отбора проб жидкости, размещенном в приборном отсеке трубного испытателя пластов и приводимое в действие от штока ид пытателя, содержащем кожух с окнами внутри которого расположёны пробоотборные емкости с разделительны пружинами, и две втулки - :верхнюю, снабженную штангой, и нижнюю, снабженную упором, причем емкости снаЛ жены компенсаторами давления и подпружинрнными клапанами, снабженными

полым штоком, штуцером и запорной иглой, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами, упруго взаимодействующими с клапанами пробоотборных емкостей и выполненными с боковми прорезями для прохода жидкости, при этом начальные натяжения пружин нажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и разделительной пружин.

На фиг.1 показано -устройство, помещенное в сборе с кожухом в приборный отсек трубного испытателя ппасг тов, общий вид на фиг.2 - пробоотборная емкость, разрез; на фиг.З и 4 - устройство в рабочих положениях при пониженной и повышенной . скоростях притока среды, соответ-, : ственно,

Устройство фиг.1) содержит кожух 1, имеющий в верхней и-нижней частях окна 2 и 3 для прохода жидкости, в который поочередно вставлены пробоотборныё ёмкости 4 и разделительные пруЖины 5 с таким расчетом, чтобы каждая емкость 4 была взвешена мезкду двумя пружинами 5. В нижней части кожуха закреплена втулка 6 с упором 7 для ограни.чения продольного перемещения емкостей, в верхней части - втулка 8 со штангой 9 для передачи нажимного усилия от штока .10 испытателя к устройству. Устройство в сборе размещено в приборном отсеке 11 испытателя. , . / Пробоотборная емкость 4 (фиг.2) состоит из корпусной трубы 12с размещенными внутри донными втулками 13 и 14, предохраняемыми от выпадения гайками 15 и 16. Донные втулки выполнены в виде поршней, причем донная втулка 13 может продольно перемещаться в незначительной по длине проточке корпусной трубы и играет роль компенсатора давления, а донная втулка 14 имее1г возможность продольного перемещени вдоль всей полости трубы 10 (при . снятой гайке 17) и играет роль разделительного поршня при переводе пробы.

Донные втулки 13 и 14 оборудованы унифицированными клапанными уЗ лами. Клапан выполнен в виде коль-г ца 18 и прикрепленного к нему полого штока 19 с боковыми отверстиями 20. Внутри штока 19 установлен штуцер 21 с запорной иглой 22. В кольце 18 выполнена канавка 23 с уплотнительным кольцом и каналами 24 для отвода жидкости. Кольцо 18 поджато пружиной 25 к донной втулке 13 На штоке 19 установлен сетчатый фильтр 26. Наружное отверстие.канала штуцера 21 закрыто защитным колпачком 27. Все места цилиндрических сопряжений узлов и деталей уплотнены кольцевыми эластичными уплотнениями. Кроме того, к пробоотборной емкости придаются переводной стакан 28 и транспортные крышки 29. (на фиг.2 показаны пунктиром).

Отличительной- особенностью конструкции устройства является (фиг-.l) снабжение упора 7 и штанги 9 подвижными нажимными элементами соответственно 30 и 31 с прорезями 32 и 33 и пружинами 34 и 35, так что взаимодействие штанги 9 и упора 7 с клапанами крайних емкосте происходит не непосредственно, а через подпружиненные нажимные элементы. Кроме того, начальные нажимные усилия пружин 34 и 35 выбираны одинаковыми по величине и заведомо превышающими суммарное усилие сжатия пружин 25 и 5, а общий рабочий ход пробоотборных емкостей (являющийся суммой ходов клапанов 18 и компенсатора втулки 19) выбрано заведомо меньшим по сравнению с рабочим ходом штока 10 испытателя.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском в скважину рабочую полость каждой пробоотборной емкости 4 (фиг.2) заполняют нейтралной жидкостью, например водой или маслом (с целью предохранения клапанов от произвольного открывания под действием давления наружной среды и загрязнения внутренних элементов устройства буровым раствором). Заполнение может производиться либо путем закачки жидкости через штуцер 21, либо путем ее непосредственного залива при вынутой втулке 13. После окончания наполнения втулки 1 (компенсатор давления) должна занимать в посадочной проточке корпуса 12 среднее положение, благодаря чему она сохраняет подвижность как при воздействии наружного давления, так и при температурном приращении объема заполнителя, что позволяет уравнивать внутреннее давление с наружным.

Заполненные пробоотборныё емкости 4 (фиг.1) поочередно располагают в кожухе и перемещают разделительными пружинами 5. В нерабочем состоянии пробоотборныё емкости 4 не соприкасаются между собой, а их клапаны закрыты. Окна же 2 и 3 кожуха 1 - находятся в открытом состоянии. После завинчивания втулок 6 и 8 устройство помещают в приборный отсек 11 трубного испытателя пластов.

В процессе спуска трубного испытателя скважинная среда проходит мимо пробоотборных емкостей по обводному каналу, образованному окнами 2 и 3 и полостью между кожухом 1 и трубой приборного отсека испытате ля. При этом пружины 5 играют роль амортизаторов, предохраняющих пробоотборные емкости 4 от динамических нагрузок. При достижения трубным испытателем пластов забоя скважины в момент открытия впускного клапана гидравлического испытателя происходит наж тие (фиг.З) штоком 10 на штангу 9 устройства. При этом усилие нажима передается всей цепочке пробоотборника емкостей 4, которые, сближаясь между собой и сжимая пружины 5, пер мещаются в крайнее нижнее положение до встречи с упором 7. Так как при этом пробоотборные емкости контактируют между собой, а также со штан гой 9 и упором 7, при помощи фильтров 26 (которые передают усилие нажатия штокам 19, клапанам 18 и пружинам 25), происходит одновремен ное открытие всех клапанов 18. Перемещающаяся вследствие начала притока: жидкость проходит через от- верстие улора 7, фильтр 26 нижней емкости, полость штока 19 и его окна 20, коническую щель открытого клапана 18 в полость корпусной трубы 12, а затем через аналогичные каналы в последующие, прибороотборные емкости. На выходе поток проходит через полость штанги 9 и попадает So входной канал штока 10 испытателя. Так как нижняя часть корпуса нижней пробоотборной емкост (фиг.З) перекрывает входные окна 3 обводного канала, создается дополнительный перепад давления, способствующий активному движению сред через пробоотборные емкости и более полному замещению скважинной среды заполнителя. При обратном ходе штока 10 испытателя пробоотборные емкости 4 возвращаются под действием пружин 5 (играющих на данном этапе роль возвратных) во йзвешенное состояние, как показано на фиг.1, и подпружиненные клапаны 18 закрываются, отсекая пробу. После извлечения пробоотборных емкостей из трубного испытателя пла тов при необходимости длительного транспортирования или хранения пробы полости штоков 19 (фиг.2) дополнительно герметизируются при помощи транспортировочных крышек 29. Для перевода пробы в исследовательскую аппаратуру отвинчивают гай ку 17 и о;с(евают на наружную резьбу трубы ,12 переводной стакан 28, связанный при цомОщи штуцера с источником jE aв Ieйий. При подаче, давления донная втулка 14, играющая роль разделительного поршня, перемещается, вытесняя пробу через- предварительно открытый верхний штуцер 21. Отличительной особенностью в работе устройства является то, что в процессе перемещения штока 10 штанга 9 и упор 7 взаимодействуют с клапанами пробоотборных емкостей не жестко (как в прототипе), а мягко, при помощи подпружиненных нажимных элементов. Однако благодаря тому, что начальные нажимные усилия пружин 34 и 35 превышают по величине суммарное усилие сжатия пружин 25 (клапанов) и 5 (разделительных), открытие клапанов происходит сразу же после соприкосновения штанги и упора с клапанами и клапанов между собой, т.е. еще до начала процесса сжатия пружин 34 и 35, и открытое состояние пробоотборных емкостей сотхраняется в процессе всего дальнейшего хода штока 10 (в процессе которого и начинаются сжиматься пружины 34 и 35). Так как по мере нагружения пружины 34 усилием штоков нижний нажимной элемент 32 продольно перемещается (утапливается), одновременно с ним, продольно перемещаются уже открытые пробоотборные емкости. Следовательно, в отличие от прототипа, у которого открытие клапанов наступает в одном конкретном месте, определяемом положением жестко закрепленного упора, и после которого пробоотборные ем кости сохраняют неподвижность, в предложенном устройстве имеется определенная зона подвижности емкостей, в пределах которой клапаны сохраняют открытое состояние. Если указанную зону предусмотрительно расположить таким образом, чтобы в процессе движения штока 10 в момен открытия клапанов корпус 12 нижней пробоотборной емкости 4 занимал положение, показаиное из фиг.4, при котором иижнее окно 3 кожуха 1 открыто, а в конце хода штока положе ие, показанное на фиг.З, при котоом окно 3 закрыто, нижняя пробооторная емкость приобретает свойста регулирующего органа, позволяющего втоматически менять расход среды ерез байпасный (обводиой) канал в ависимости от скорости притока пласовой жидкости. При незначительной корости притока (при незначительом расходе среды через открытую робоотборную емкость) на донную асть пробоотборной емкости дейстует незначительный перепс1д давления, оторый не в состоянии достаточно овлиять на степень сжатия пружин 5 и eNjKocTb 4 и практически остается на месте (перекрывая окно 3 в байпасный канал). При увеличении , скорости притока (фиг.4) давление на емкость возрастает, пружина 35 сжимается и байпасный канал частично (или полностью) открывается. При этом поток разветвляется на две части и часть его ycтpe 4ляeтcя в обход центральному потоку, проходя через прорези 32 в нажимной втулке 30, окна 3 в кожухе 1, обводной канал 2, отверстия во втулке 8 и прорези 33. Таким образом, происходит как бы увеличение проходного сечения приборного отсека в зависимости от скорости притока и уменьшение оказываемого им гидравлического сопротивления. Следовательно, долевое участие привнесенных пробоотборными емкостями источников гидравлического сопротивления в общей (с испытателем пластов) гидравлической цепи уменьш ется и нейтрализуется их искажающее влияние на характер регистрируемой кривой притока. Заведомо более длинны ход штока 10 обеспечивает от крытие клапанов при любом изготовительском (в рамках допусков) разбросе размеров устройства, в то время как подпружиненный нажимной элемент 31 ограничивает максимально возможное усилие нажатия штока 10 усилием сжатия пружины, и предохраняет этим пробоотборное устройство от разрушения. Предложенное устройство позволяет получать более достоверные данные о гидродинамических характеристиках разведываемого пласта и более правильно оценивать его перспективность для разработки, тем более, что существующая базовая модель известного пробоотборного устройства склонна к занижению характеристик исследуемого пласта, из-за повышенного гидравлического сопротивления пробоотборника емкостей притоку скважинной среды. Повьююние же нгщежности работы комплекта в целом позволяет избежать повторных спусков испытательного инструмента в скважину и сэконо1мить многие сотни рублей.

/ --fitn

4 г

Tf

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ, размещенное в приборном отсеке трубного испытателя пластов и приводимое в действие от штока испытателя, содержащее кожух с окнами, внутри которого расположены пробоотборные емкости с разделительными пружинами, и две втулки верхнюю, снабженную штангой, и нижнюю, снабженную упором, причем емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности р.аботы устройства и представительности пробы за счет уменьшения гидравлического сопротивления притоку жидкости, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами, упруго взаимодействующими с клапанами пробоотборных емкостей с 5S и выполненными с боковыми прорезями для прохода жидкости, при этом на(Л чальные натяжения пружин нажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и разделительной пружин.