Устройство для последовательного замера уровня жидкости и определения положения забоя скважины Советский патент 1985 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к нефтяной промьашленности, а более конкретно к исследованию скважин. Известны устройства для замера уровня жидкости в скважине и определения положения забоя скважины,, содержащие пустотелые баллоны и гирьки, спускаемые в скважину поочередно , а также желонки - гирьки для последовательного замера уровня жидкости и забоя скважины; для спуска в скважину на необходимую глубину применяется устройство, имеющее механизм упоров в виде пшипса ij . Однако известным устройствам свойственны низкие надежность, точность и производительность измерений . Известно устройство для замера глубины подвески глубинного насоса и забоя скважины, содержащее трос гирьку и поворотные упоры, при это гирька выполнена пустотелой, в канале которой установлен механизм раздвижения и фиксации поворотных упоров, имеющий втулку с клиновым ножом и пружиной 2J . Это устройство имеет сложную конструкцию, характеризуется наличием большого числа функционально взаимосвязанных узлов и сопряженных деталей. Устройство предназначено только для одноразового использования (для повторного исполь зования его необходимо поднимать на дневную поверхность и производить перезарядку устройства, а при самой перезарядке устройства необходимо каждый раз его разбират и собирать. В связи с этим низкая производительность работ по исследованию скважин, В таком устройстве детали (козырьки и упоры), вступающие и пере мещающиеся за пределами корпуса работают в сложных скважинных усло виях, зачастую наличие солей, парафина, песка, и т.д. приводит к торможению, заклиниванию (заеданию и т.п. этих деталей и не позволяет в необходимых случаях снабжать уст ройство фильтрами. Конструкция устройства не предназначена для замера уровня жидкости , каждый вид замера производи ся несколькими исходными или вновь образующимися во время работы кон092структивными узлами, что усложняет конструкцию устройства, снижает его надежность и точность замеров. Кроме того, конструктивное выполнение устройства не позволяет разместить его узлы и детали в пространстве, ограниченном существующими размерами скважин. Известно также устройство для замера уровня жидкости, глубины подвески глубинного насоса и забоя скважины, содержащее корпус, упоры, втулку с фиксирующим конусом, наконечник, поплавок с калиброванным отверстием и раздвижными захватами, соединенными с наконечником и с помощью тяг с поплавком З, Указанное устройство имеет также сложную конструкцию, в которую заложено большое количество функционально взаимосвязанных узлов и сопряженных деталей, работающих при этом в условиях механического трения; конструкция устройства предусматривает выполнение продольных окон больше чем на половине длины его корпуса (это снижает прочность и жесткость корпуса и самого устройства особенно в сложных скважинных условиях, непосредственно в которых работают фактически все узлы устройства). Кроме того, при наличии в откачиваемой жидкости различных примесей: солей, парафина, песка и т.д, в устройстве еще более вероятно торможение, заклинивание (зае оданиеу и т,д, не только детапеи, выступающих и перемещающихся за пределами корпуса (козырька, упоров, захватов , выступов-наконечников, но и всех других деталей, расположенных внутри корпуса; наличие в устройстве деталей, выступающих и перемещающихся за пределами корпуса, не позволяет в необходимых случаях, снабжать устройство фильтрами, Каждый вид замеров (уровня жидкости, глубины подвески насоса и забоя скважины) производится несколькими исходными или вновь образующимися во время работы конструктивными узлами, причем появляется необходимость перезарядки устройства на дневной поверхности после одноразового проведения замеров и необходимость при этом 3 каждый раз снова разбирать и соби рать его,При этом в случае исследования наклонных или криволинейных скважин устройство ложится на стенку скважины, в связи с чем перемещение выступающих за пределы корпуса устройства козырька, упоро и выступов-наконечников затруднительное или вовсе невозможное. Все это значительно снижает надежность и точностъ замеров устройства, производительность работ по их проведению, усложняет конструкцию устройства, технологию из готовления в условиях серийного производства, а также его обслуживание и ремонт. Наиболее близким по технической сущности и достигаемой цели (проготипом) является устройство для последовательного замера уровня жидкости и определения положения забоя скЬажины, содержащее трос, корпус с системой рычагов, гирьку и баллон, концентрично расположенный в корпусе и выполненньй с продольным осевым каналом, через кото рый гирька соединена с тросом и системой рычагов, соединяющих при помощи тяги баллон с гирькой, при этом система рычагов снабжена крюч ком, имеющим скос со стороны канала и соединенным с противоположной стороны с пружиной 4. Данное устройство характеризуется сложностью конструкции, нали чием большого числа функционально взаимосвязанных узлов и сопряженных деталей, работающих при наличии механического трения. При этом кинематика устройства, и преж де всего одностороннее эксцентричное расположение системы рычагов и крючка с пружиной, способствуют образованию в устройстве боковых составляющих усилий, которые приводят к перекосам и заклиниваниям (заеданиям) деталей (напри-, мер, тяга, соединенная с нижней частью пустотелого баллона, ввиду своего одностороннего и эксцеитрич ного расположения, перекашивает эт баллон, в результате не обеспечива ется нормальная работа устройства. Наличие в устройстве удлиненног пустотелого баплоиа с внутренним продольным осевым каналом для трос а также упомянутых узлов значитель 94 но усложняет его конструкцию и технологию изготовления в целом, а при размещении всех узлов значительно увеличивает габариты устройства, в связи с чем его нельзя применять для замера уровня жидкости через подъемные насосно-компрессорные трубы для вставных скважинных штанговых насосов . Упомянутое, а также наличие в устройстве гирьки как таковой, подвешенной на тросе, способствует болтанке устройства при его работе, т.е. имеет место несбалансированная работа, что недопустимо в замерных устройствах. Указанное устройство характеризуется также ненадежностью автоматического сцепления гирьки с баллоном для повторного отбивания уровня жидкости при помощи крючка со скосом, особенно в наклонных, криволинейных скважинах и осложненных скважинных условиях, например при наличии примесей (солей, парафина, песка и т.д. способствующих несрабатыванию, проскакиванию, заклиниванию (заеданию) крючкаi кроме того, при спуске-подъеме устройства на тросе оно обязаттельно ударяется о стенки скважины, что приводит к соскакиванию крючка со шляпки гирьки или захвату ее крючком в непредусмотренные моменты проведения замеров. Это обуславливает низкую производительность работ по исследованию скважин в связи с возможными отказами устройства и необходимостью производить его дополнительные с пуски-подъемы. Кроме того, известное устройство имеет тяжелый низ из-за насьш;енности последнего деталями, а следовательно, и большую инерционную массу, т.е. устройство проскакивает замеряемый уровень жидкости и останавливается значительно ниже него, в результате этот уровень не замеряется. Все описанные недостатки снижают точность замеров, производительнбсть работ по их проведению, надежность устройства, усложняют его конструкцию, технологию изготовления в условиях серийного производства, а также обслуживание и ремонт. Цель изобретения - повышение точости измерения и надежности раоты.

Указанная цель достигается тем, что устройство для последовательного замера уровня жидкости и определения положения забоя скважяны,, содержащее корпус с отверстиями и трос, снабжено расположенным внутри корпуса обратным клапаном. вьтолненным в виде подпружиненного затворного элемента, взаимодействующего с тросом,

На фиг, изображена схема предлагаемого устройства, общий вид; на фиг. 2 - его обратный клапан.

Устройство содержит две концевых патрубка: верхний 1 и нижний 2, соединенные между собой обратным клапаном 3 например,, на резьбе, выполненной тв нижней части вернего 1 и в верхней части нижнего 2 патрубков, а также в верхней и нижней части клапана. К верхней части верхнего I и нижней части нижнего 2 патрубков присоединены, например, на резьбе верхний 4 и нижний 5 наконечники, в которых соответственно выполнены сквозные отверстиям верхнее 6 и нижнее 7,

Обратный клапан 3 содержит корпус 8, по оси которого установлен затворный элемент 9, выполненный., например в виде двухступенчатого ц линдpa с коническим наконечником. Затворный элемент 9 своей верней цилиндрической ступенью малого диаметра установлен с ходовой посадкой в осевом отверстии крышкр 10 клапана, а коническим наконечником плотно прилсимается при,помощи возвратной пружины 11 к сквоз,ному отверстию 12, вьтолненному в нижней части корпуса клапана. При этом конусный наконечник для обеспечения герметичности сопряжения притирается к посадочному месту сквозного отверстия 2,

Установленная на затворный элемент 9 возвратная пружина I1 своим верхним концом упирается в нижний торец крышки 10 клапана, а нижним концом - в верхний торец конусного наконечника затворного элемента 9,

Крьшзка 10, присоединенная, например, на резьбе.к корпусу 8 клапана, ограничивает подъем затворного элемента 9 в момент открытия сквозного отверстия 12.

В крышке 10 выполнено два или более отверстий 13 для прохода через них скважинной жидкости из полости нижнего патрубка 2 в полость верхнего патрубка I при открытом сквозном отверстии 12.

Затворный элемент 9 в верхней части своей верхней цилиндрической ступени малого диаметра имеет поперечное сквозное отверстие, через

которое свободно пропущена дужка 14,

К дужке 14 прикреплен трос 15, который пропущен через верхнее сквозное отверстие 6 верхнего патрубка Iv Дужка 14 предназначена для снятия боковых усилий, действующих на затворный элемент 9 от веса троса при его ослаблении.

В верхней части нижнего патрубка 2 выполнены сквозные отверстия 16, сообщающие полость этого патрубка со скважинной средой.

Размеры и/или материалы устройства подобраны с возможностью обеспечения плавучести устройства при закрытом клапане 3, При этом используются известные в гидравлик,е и гидромеханике условия плавучести.

Устройство работает следующим образом.

На тросе 15, прикрепленном через ,дуж1;у 14 к верхней части затворного элемента 9, устройство с помощ Ю; например, аппарата .Яковлева, снабженного индикатором веса и счетчиком оборотов барабана лебедки, с:,пускается в исследуемую скважину.

Под де,йствием веса устройства пружина I сжимае,тся затворным элекентом 9, в результате чего до дост,ижения уровня жидкости сквозное отверстие 12 открыто, а трос ,15 находится в натянутом состоянии.

При достижении замеряемого уровня скважинной жидкости устройство в связи с малостью размера нижнего сквозного отверстия 7 (которое может быть откалибровано не сразу погрузится в жидкость. При этом происходит ослабление натяжения троса 15, а возвратная пружина 11 освобождается от сжимающей ее. весовой нагрузки и, перемещая затворный элемент 9 вниз, герметично перекрывает конусным конечником сквозное отверстие 12, разобщая тем самым полость нижнего патрубка 2 от полости верхнего патрубка 1, Погружение устройства в жидкост скважины происходит до тех пор, по ка через отверстия 16 не вытеснитс воздух, находившийся в полости ниж него патрубка 2, сама полость не сообщится через упомянутые отверстия со скважинной средой, а устро ство не погрузится до уровня этих отверстий или несколько выше него при обеспечении плавучести устройст После заполнения нижнего патруб 2 сквяжинной жидкостью устройство благодаря наличию верхнего патрубк 1, выполняющего функцию поплавка, перестает погружаться в эту жидкость, и устройство стабильно нахо дится на плаву в вертикальном поло жении вследствие его плавучести. В результате при достижении уро ня жидкости в скважине ив процесс дальнейшего погружения устройства жидкость происходит резкое ослабление натяжения троса 15, которое фиксируется на дневной поверхности как момент касания уровня жидкости с соответствующим отсчетом глубины по счетчику оборотов барабана л бедки . В случае необходимости повторного замера достаточно на один-два метра приподнять устройство над предварительно замеренным уровнем жидкости, затем заново повторить описанный процесс замера уровня жидкости в исследуемой скважине. Для проведения следующего замера - определения положения забоя скважины - необходимо плавно выбрать на лебедку прослабленный трос 15 и на 0,2-0,3 м (по счетчику обо ротов барабана) приподнять устройство, одновременно следя за показа ниями индикатора веса (которые долж ны увеличиваться). Затам медленно спускают устройство в скважину, по стоянно следя затем, чтобы трос 15 бып в натянутом состоянии. При плавном выбирании на лебедку прослабленного троса 15 и при упомянутом незначительном приподнятии устройства затворный Элемент 9 перемещается вверх, сжимая пружину I1 и открывая тем самым сквозное отверстие 12, в результате скважинная жидкость (при дальнейшем медленном опускании устройства) заполняет внутреннюю полость верхнего патрубка I, и потяжелевшее уст98 гирька ройство, как гирька опускается до забоя скважины, При достижении забоя скважины фиксируется еще одно ослабление натяжения троса 15, в результате которого по счетчику производят отсчет положения забоя скважины. Использование предлагаемого устройства позволяет получить по сравнению с известными устройствами значительное сокращение в его конструкции числа функционально взаимосвязанных узлов и сопряженных деталей; в исходном состоянии в устройстве отсутствует гирька как таковая, она создается в процессе работы, в результате устройство имеет в исходном положении небольшую инерционную массу; что позволяет точно измерять уровень скважиыной жидкости, так как не происходит проскакивания устройства через упомянутый уровень. Отсутствие в предлагаемом устройстве деталей, перемещающихся за пределами его корпуса в зоне откачиваемой жидкости, позволяет устранить отрицательное влияние наработу устройства различных примесей: солей, парафина, песка и т.д,, тем более, что в этом устройстве отверстия, сообщающие его внутреннюю полость со скважинной средой, можйо при необходимост } снабжать фильтрами. В устройстве на два вида замеров (уровня жидкости и положения забоя скважины) предусмотрен один рабочий орган - обратный клапан, что упрощает конструкцию устройства и повышает его надежность, это способствует тому,что возможно изготовлениеэтого устройства с самыми минимальными наружными размерами, позволякхцими применять его для всех типоразмеров скважин и вставных скважинных штаиговых насосов. Простое конструктивное исполнение предлагаемого устройства обу славливает реальность его освоения как в серийном изготовлении,так и в исследовании скважин; в разобранном иа три части (два патрубка и клапан) виде его можно свободно разместить, например, в чемодане; конструкция устройства значительно упрощает его сборку - разборку, обслуживание и ремонт (последние работы сводятся фактически только к ремонту или замене одного клапана).

Гидравлический принцип всего цикла предлагаемого устройства более надежен, чем механический принцип работы известных устройств за счет устранения сил трения в сопряженных деталях; в устройстве используется в качестве дарового рабочего агента скважинная жидкость, которая к тому же подключается к работе уже непосредственно в скважине, что позволяет также исключить большое число конструктивных элементов в устройстве (и, прежде всего, гирьку).

Все перечисленные преимущества способствуют, в итоге, повышению точности замеров, производительности работ по исследованию скважин, надежности устройства, упрощению его конструкции, технологии изготовления в условиях серийного производства, а также обслуживания и ремонта.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ЗАМЕРА УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И .ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ, содержащее корпус с отверстиями и трос, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы, .оно снабжено расположенным внутри корпуса обратным клапаном, выполненным в виде подпружиненного затворного элемента, взаимодействукицего с тросом. (Л