Пробоотборник для испытателя пластов Советский патент 1991 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к испытанию скважин на нефть, газ или воду с использованием пластоиспыгательного оборудования и предназначено для отбора герметизированных проб пластового флюида.

Целью изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей

На фиг. 1-3 показан пробоотборник в исходном положении, общий вид; на фиг,4 - пробоотборник, поперечное сечение; на фиг.5-7 - пробоотборник посте отбора пробы пластового флюида.

Пробоотборник содержит узел управляемого фиксатора А (фиг 1), пробоотборную камеру Б, гидравлический привод В, дожимную газовую камеру Г и отключающий золотниковый клапан Д,

Управляемый фиксатор А включает корпус 1 с конической присоединительной резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней части. В верхней части корпус 1 снабжен уравнительным отверстием 4 и внутренней цилиндрической расточкой, в которой подвижно установлен полый шток 5, снабженный уплотнительным элементом 6. Внутренняя полость штока 5 образует прямоточный полнопроходный канал 7. Шток 5 в верхней части снабжен выступом 8, в средней части - радиальными отверстиями 9 и уплотнительными элементами 10-12, в нижней части - цилиндрическим выступом 13 и уплотнительным элементом 14. В нижнюю часть корпуса 1 герметично ввинчен соединительный переводник 15, в верхней части которого имеется цанговый упор - фиксатор 16. расположенный в полости 17 корпуса 1.

Переводник 15 имеет осевую цилиндрическую расточку по размеру наружного диаметра штока 5 и радиальную кольцевую камеру 18, соединенную вертикальными каналами 19 с верхней частью пробоотборной камеры 20. Средняя часть полого штока 5 с отверстиями 9, уплотнительными элементами 10-12, подвижно установленная против кольцевой камеры 18, образует верхний выпускной золотниковый клапан пробоотборной камеры Б.

Пробоотборная камера Б включает полый цилиндрический корпус 21 с верхней и нижней цилиндрическими резьбами, снабженный внутри шлицевым центратором 22 (фиг.2), верхняя резьба корпуса 21 герметично свинчена с переводником 15 а нижняя резьба герметично свинчена с переводником 23. Последний имеет осевую цилиндрическую расточку по размеру наружного диаметра полого приводного штока 24 и кольцевую камеру 25, соединенную вертикальными каналами 26 с нижней частью полости 20 для отбора пробы. В нижней части переводник 23 снабжен резьбой для присоединения корпуса гидравлического привода В, Полый приводной шток 24 в верхней части снабжен выступом 27 с резьбой и уплотнением 28, в средней части - радиальными каналами 29 и уплотнительными элементами 30-32.

Средняя часть полого штока 24 с отверстиями 29 и уплотнительными элементами 30-32 подвижно установлена в осевой расточке переводника 23 против кольцевой камеры 25 и образует нижний впускной золотниковый клапан пробоотборной камеры Б.

Выступ 13 полого штока 5 и выступ 27 приводного штока 24 соединены между собой цилиндрической полой муфтой 33. Соединительная муфта 33 в верхней части

снабжена кольцевым уступом 34, взаимодействующим с верхним торцом а выступа 13 полого штока 5.

В средней части в боковой стенке соединительная муфта 33 имеет сквозной вер0 тикальный паз 35, в котором свободно перемещается вертикальный палец 36. В нижней части муфта 33 имеет резьбу для соединения с выступом 27 приводного штока 24. Внутри цилиндрической полости муф5 ты 33 подвижно и герметично относительно прямоточного канала 7 и пробоотборной камеры 20 установлен корпус заслонки 37. Корпус 37 подпружинен пружиной 38 и смещен до упора с выступом 27 так. что образу0 ет зазор п между нижним торцом б выступа 13 и верхним торцом в корпуса залонки 37 В боковой стенке корпуса заслонки 37 жестко закреплен палец 36. Внутренняя полость корпуса заслонки 37 выполнена в виде

5 смещенного относительно вертикальной оси прямоугольного канала г. в котором на осях установлена прямоугольная заслонка 40, выполненная в виде пластины. Заслонка 40 снабжена пластинчатой пружиной 41.

0 которая прижимает ее к прогиооположной плоскости прямоугольного канала г корпуса Поверхность заслонки 40 со стороны прямоугольного канала 7 имеет радиальную выборку 42 (фиг 4) в виде полуцилин5 дрической поверхности, радиус которой соответствует радиусу полнопроходного прямоточного канала 7. Заслонка 40 имеет боковые стенки с выступами 43 которые в верхней части взаимодействовать с

0 нижним торцом б выточки выступа 13 в кольцевом зазоре п В нижней части боковые ст емки заслонки 40 имеют срез 44, что обеспечивает их герметичное прилегание к поверхности стенки прямоугольного канала в

5 корпусе 37. Ширина заслонки 40 соответствует ширине прямоугольного паза в корпусе заслонки 37, однако, при этом обеспечивается ее свободное перемещение в прямоугольном канале корпуса зпслонки 37 вокруг

0 опорных осей 39 Для разобщения полости прямоточного канала 7 с полостью пробоотборной камеры 20 корпус заслонки 37 снабжен уплотнительными элементами 45 и 46. Для управления заслонкой 40 в корпусе

5 21 пробоотборной камеры В установлена цилиндрическая втулка 47 с упором У, входящим частично в один из каналов 22 шли- цевого центратора корпуса 21

Гидравлический привод В включает корпус 48, который в вер/МРИ части имеет

резьбу для присоединения к переводник, 23 лробоотборного узла Б и рэдиа Н.ННР о1 верстия 49, которые сообщаются с кольце вой полостью 50 а в нижней утолщенной части вертикальные каналы 51 которые со общают между собой полости 52 гидропро вода Б и полости 53 дожимной камеоы Г и резьбовой ниппель 54 для соединения г корпусом дожимной камеры Г Во г нутрен ней цилиндрической полос)и Б2 корпуса 48 размещен силовой поршень S5 с уплотни тельным элементом 56 Верхняя и нижняя поверхности поршня 55 выполнены так что имеют одинаковую рабочую площадь В верхней части поршня 55 имеете ниппель 57, с помощью которого он жестко и герме тично свинчен с полым штоком 24 В нижней части поршень 55 снабжен полым штоком 58 со ступенчатой наружной поврр нсыью Нижняя часть штока 58 меньшего диаметра подвижно входит в осевую расгочку чипп ля 54 и снабжена уплотнителем 51J Для удержания поршня 55 в крайнем верхнрм положении в полости 52 установлена прпд варительно сжатая силовая пр/жина ьО

Дожимная газовая капера полый корпус 61, снабженный речьпои для свинчивания с ниппелем 54 вер икп/и мы ни каналами 62, резьбовым нип . ь п , м ос-1 вой расточкой л -м- (- снабжена резьбой в кпюр.мо г .,- н. ввинчен поль|й напраьл .ю . Верхняя шпнз 64 i иди t ,- ниппеля 54 и /i.n i „ , . i элементом 65 Вкол.ом ;рО г V газовой камеры у. (анэвлеи k .,- , j делительный поршень 6о Li t

н ы м и элементами о 7 . , i i ь поверхность поршня ьВ eг .

кой которая образует юльцрту i i -i. n,

Отключающий зг ,,, i i т in . содержит цилиндрический плль и к jpn с резьбой для присоединения с ил r(L,,i и радиальными отверстиями 71 о т,- кольцевым уступом 7

Во внутреннее полос1 и корч са 70 ic движно и герметично устпноь IL-H nnpLif вой золотникгпыи лan,jн 73 с iw i и элементами 75 77 унлотн ми В LM n t чг1сти клап: н 73 снабжен пол i- urf/t n L верхняя часть которого ( . ,i т

ДВИЖНО ВХОДИТ В OC Jil Hl РЗСЮЬ , НИг

63 и снабжена уплотнением 7. t- : -. |1 части клапан 73 снаг, кен /;о/к,доннч ш ком 30, который имеет uieciwrp, жо° л1 ние и в аимодейьТгг/ет с шесгипч отверстием кольцевого vciyrid P при свободном вер икалыю гс.пемощ1 i не допускарг поворо.а ujiOKd 8, смио, тельно корпуса 70 В НИЖИРИ ипси Uiro

снабжен уплотнением 81 и резьбой 82 к которой привинчен ниппель бурильного замкя 83 снабженный комической резьбой 84 для соединения с другими узлами пласто испытательного оборудования Для удержания клапана 73 в крайнем нижнем положении в полости 85 корпуса 70 установлена предварительно сжатая силовая пружина 86

0Пробоотборник применяется в компановке преимущественно с прямоточным полнопроходным пластоиспы та тельным оборудованием на трубах управление которых осуществляется путем создания давле5 ния нескольких уровней в зэтрубном пространстве скважины

Пробоотборник в типовой компановке устанавливается ниже пластоиспытателя спуском на трубах в скважину и управляется

(1 эатрубным давлением величина которого должна быть больше величины давления котпоым управляется работа клапана пла- г i out пытателя

Перед опусканием пробоотборника в

Ј ( квнжину все его элементы приводят в со- СГОЧНИР показанное на фиг 1 J

Полый шток 5 и выступом 8 зафиксирован против пр рмрщения вдоль вертикальной ее и ц жг vbiM у к ром ID Отверстия 9

Оп Hi Н(- С К ,ЛЬЦ( ки К Г .рОИ 18, ЧТО г nt ,U 1А СМ11-НГ fa ЛНГ ПР ХОДНПГО

i 14 и i / oi ь - corbop И.11.1

(i L , 1Ж d

. i - i, ч i ij4L, (ч т пере

1i .|Г, н lf м J Ч , |лЯ

г .Ис-5 -i,it .,, I Ot M ,U НЫ С

/ ,1ц -о/ н т | .1 L ч о (.ч/ ивэег со

n i г IP ri MHCdpOTuKu О J- ) l 7 С НИЖ

i MI. i i ГС трСч. бг , нсп камрру

V ot ..i и 3 зтг, i (азотсг/)

i ; .ц соотвеготьус. им ,

У+ U i эемогг гидртстлти гкого дазлония в

т ч н нл глубииь1 KOI P4I-H. госпу ка Пор1 Н Sri пмд дгпспнн м усилия пружинь 60

ii .., газовой каг/f ре 5 находится в

i HL 1 1.еГ1хнем полич ении В Дожимной

i-,( и f под деисты ем дает- ия гзза р

i if i. 51 и оЗ коюрь сообщаю гея межI. собс и госргдстьпм i 51 порI см jf Ноле / 1.1СЯ R крайнем нижнем

( Г п i I/

Monnjt/нь 73 клзпшг Д находится в ,) пнем пожнем плло/к-. нии его отверстия ,. -мещены с отр«рс си м,. 1 и сооб1цают С уСную полость i. i JMH 85 и 09

. мс|ч ci.ycKj пробоитбп чика в скван идргх татичиЧ кое .-ь бурового

j. bwO з.попнянз дгто загруо -,ое проР ix,i «о ь ((чВс)жин1 ее и ц- емч позр,стает

и воздействует через отверстия 49 гидропривода В на верхнюю поверхность поршня 55. Одновременно под действием этого давления буровой раствор через отверстия 71 и канал 74 клапана Д попадает в полость 85, Пройдя отверстие 51, буровой раствор входит в полость 69, воздействует на поршень 66, который под действием затрубного давления постепенно перемещается вверх и сжимает газ в дожимной камере. Давление в полостях 53 и 52, которые сообщаются через отверстия 51 на протяжении всего спуска пробоотборника в скважину, остается равным гидростатическому давлению в затрубном пространстве скважины. Благо- даря этому поршень 55 с одинаковыми по величине площадями сверху и снизу на протяжении всего спуска пробоотборника в скважину остается уравновешенным. После достижения заданной глубины спуска оборудования производится установка па- кера и пакеровка скважины.

Под действием сжимающей нагрузки золотниковый клапан Д переключается, его элементы занимают положение, показан- ное на фиг.7. Отверстия 71 и каналы 74 разобщаются, в результате чего действие гидростатического давления затрубного пространства в полостях 85 и 69 прекращается, давление в дожимной камере Г. поло стях 53 и 52 стабилизируемся, движении поршня 66 прекращается.

Далее в затрубном пространстве скважины создают давление первого у ровня, т.е. такое давление, которое необходимо для открытия клапана пластоиспытателя. Одновременно, первый уровень давления воздействует и на гидропривод В пробоотборника. Это давление теперь действует только через отверстия 49, полость 50 на верхнюю поверхность поршня 55 выводит его из равновесия и стремится сместить его вниз. Однако смещение поршня 55 не происходит, так как его движение сдерживает цанговый упор - фиксатор 16, в торец которого упирается выступ 8, связанный с поршнем 55 через полые штоки 5 и 24. Упругость цангового упора 16 рассчитана так, что усилие, развиваемого поршнем 55 под действием величины первого уровня давления в затрубном пространстве, не является для него критическим, и он не срабатывает, в результате чего поршень 55 гидропривода остается в неподвижном со- стоянии. Под действием давления первого уровня открывается клапан пластоиспьпа- теля, и пластовый флюид начинает поступать в прямоточный канал компановки пластоиспытательного оборудования. Это

состояние в скважине соответствует первому открытому периоду испытания

При поступлении пластового флюида в прямоточный канал пробоотборника он встречает на своем пути в канале заслонку 40, которая является значительным гидравлическим сопротивлением. Благодаря наличию заслонки 40 пластовый флюид под действием пластового давления поступает в полость 20 пробоотборной камеры Б через нижние отверстия 29, 26 и 25. каналы 22 шлицевого центратора и выходит снова в прямоточный канал 7 через верхние отверстия 19, 18 и 9. В результате принудительного движения пластового флюида через пробоотборную камеру в ней происходит полное замещение бурового раствора, который попал туда в процессе спуска пробоотборника в скважину, что обеспечивает высокое качество пластовой пробы.

Для очистки и замещения жидкости в полости под заслонкой 40 в ее дне имеется дренажное отверстие 44а. через которое пластовый флюид проходит частично,

После завершения первого открытого периода испытания объекта давление в затрубном пространстве снижают до исходного, в результате чего клапан пласто- испытателя закрывается наступает первый закрытый период испытания В дальнейшем согласно плану работ может быть несколько закрытых и открытых периодов испытания, которые на состояние элементов пробоотборника не влияют. Однако, в каждом открытом периоде в пробоотборной камере происходит последовательное полное замещение пластового флюида, что приближает состав пробы к пластовым условиям.

Для взятия пробы в затрубном пространстве скважины создается давление второго уровня, при котором создается такое усилие на поршне 55 гидропривода В, которое является критическим для цангового упора 16. Последний раскрывается (ради- апьно расходятся лапы цанги) полый шток 5 и 24, соединенный муфтой 33 под действием усилия на поршне 55 смещался вниз на величину хода С (фиг.5).

При этом кольцевые камеры 18 и 25 отсекаются от полнопроходного прямоточного канапа 7, герметизируются отверстия 9 и 29 соответственно на штока- 5 и 24 и проба, находящаяся в пробоотборнпи камере 20, оказывается изолироранной Кроме этого, за счет движения муфты 3 нж-з вместе с корпусом заслонки 37 последний когда ход штоков 5 и 24 и муфты 33 дппшает величины С-П (фиг.1, 5), остзнарлшыгмсч упором, в результате чего прекращай ч движение корпуса заслонки 37 и самом ллслонки 40.

Далее за счет остаточного ходя П пружина 38 сжимается и нижний торец выступа 13 взаимодействуя с выступами 43 заслонки 40, устанавливает ее в вертикальное положение (фиг.5), открывая в корпусе заслонки 37 прямоточный полнопроходный канал равный по площади сечению канала 7

Для удержания элементов пробоотборника в состоянии после отбора пробы (фиг 5 и 6) используются особенности конструкции цангового упора 16, который после отсекания пробы в пробоотборной камере выполняет функции фиксатора. Это достигается тем, что цанговые окончания 16 снабжены внутренними кромками, которые взаимодействуя с верхней кромкой упора 8, захватывают последний в конце хода С. в результате этого положение элементов пробоотборника после взятия пробы оказывается фиксированным до извлечения его из скважины.

После выполнения операции отбор пробы давление в затрубном пространстве снижается до исходного. В скважине, в связи с тем, что в пробоотборнике открыт полнопроходный канал, возможно проведение геофизических исследований (спуск приборов, перфораторов, зонда и тп ). а также проведение геолого-техничег.г ил мероприятий по интенсификации притока Возможно также и дальнейшее проведение испытании на приток.

После завершения планя испылчия производится подьем оборудования из по иерхность. В результате появления р,к яги- вающих нагрузок, отключающий клапан восстанавливает свое положение элементов как показано на фиг 3. При этом полость затрубного давления скважины соединяется через отверстия 71 и 74 с полостями 85 и 69. По мере подъема оборудования на поверхность величина гидростатического давления, воздействующая на оборудование, снижается, следовательно, снижается и давление в дожимной камере Г При подъеме оборудования на поверхность величина это- го давления достигает исходной, т.е 15-20 % от максимального в скважине

Формула изобретения

1. Пробоотборник для испытателя пластов, содеражщий пробоотборную камеру с впускным и выпускным золотниковыми клапанами, размещенными в корпусе с центральным каналом и установленным в нем пригодным штоком с полнопроходным каналом, гидравлический привод и дожимную газовую камеру, сообщенную с эатрубным пространством, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных и технологических возможностей, он снабжен

соединительной муфтой, установленной телескопически на приводном штоке между золотниковыми клапанами, и узлом гидравлического сопротивления, выполненным в виде заслонки, шарнирно закрепленной в

проходном канале корпуса заслонки и подпружиненной относительно него, причем корпус заслонки размещен внутри соединительной муфты с возможностью ограниченного осевого перемещения и подпружинен

относительно нее, а заслонка установлена с возможностью взаимодействия с приводным штоком в крайнем нижнем питожении последнего

2. Пробоотборник по п. 1,отличающий с я тем, что проходной канал корпуса заслонки выполнен прямоугольного сечения, а заслонка выполнена в виде желоба прямоугольного наружного сечения с полуцилиндрическим проходным сечением, продольная ось которого смещена относительно продольной оси пробоотборника.

2 гпф

#

СП

Изобретение относится к испытанию скважин на нефть или воду с использованием пластоиспытательного оборудования и предназначено для отбора герметизированных проб пластового флюида. Цель - расширение функциональных и технологических возможностей. Пробоотборник содержит пробоотборную камеру, размещенную в корпусе с впускным и выпускными золотниковыми клапанами. На приводном штрке телескопически установлена соединительная муфт.а, внутри которой размещен корпус с шарнирно закрепленной в нем заслонкой, подпружиненной относительно последнего, представляющей собой гидравлическое сопротивление в наклонном положении. Проходной канал корпуса заслонки выполнен прямоугольного сечения, а сама заслонка выполнена в виде желоба прямоугольного наружного профиля с полуцилиндрическим проходным сечением, продольная ось которого смещена относительно продольной оси пробоотборника. Пробоотборник содержит узел гидравлического гривода и дожим- ную камеру При взятии пробы плэстовою флюида в затрубном пространств скважины создается давление, необходимое для раскрытия цангового упора. Штоки, соединенные муфтой, смещаются вниз под действием усилия на поршне. Одновременно смещается вниз и корпус заслонки до упора, пружина сжимается, и выступ одного из штоков, взаимодействуя с выступом заслонки, переводит ее из наклонного в вертикальное положение. При этом в корпусе заслонки открывается полнопроходный канал для спуска приборов, необходимых для проведения геофизических исследований в скважине. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. i i i , iL. О CA CO -с о 00

80LCC91

80LCL91

Zh

Ј ЗПф

Фиг. 7