Скважинный пробоотборник Советский патент 1980 года по МПК E21B49/02 

1

Изобретение относится к области промысловых геофизических исследований в скважинах, а более конкретно - к приборам, предназначенным для отбора глубинных проб жидкостей в скважинах, герметизации их и выноса на поверхность с целью изучения их свойств (сжимаемость, вязкость, объемный коэффициент, состав и т. д.).

Известны пробоотборники, классифицируемые по признаку заполнения пробой нробоприемной камеры. Они подразделяются на пробоотборники с проточной камерой и пробоотборники, набирающие пробу в камеру без предварительного протока через пее.

Известные пробоотборники с проточной камерой, а их конструкций насчитывается несколько десятков, такие как ПД-ЗМ, ПД-6, ГП-55, ПрИЗ-1, ППГ и другие, имеют общую конструктивную особенность, свойственную этому типу пробоотборников - наличие сквозной пробоотборной камеры с двумя клапанами, закрывающими камеру сверху и снизу, и межклапанного замка 1.

Известен также скважинный пробоотборник, содержащий пробоотборную камеру, верхний и нижний клапаны герметизации пробы, верхнее и нижнее промывочные окна, гидравлическую систему управлення клапанами в виде двух камер, сообщенных между собой через клапан, порщня-мультипликатора и штока, жестко связанного с

5 верхним клапаном 2.

Такие пробоотборники онускаются на заданную глубину с открытыми клапанами, и поток жидкости проходит через камеру. Получение представительной и доброкачественной пробы с помощью такого типа нробоотборннков во многом зависит от гарантии того, что на заданной глубнне происходит полное замещение жидкости, заполняющей пробоотборную камеру.

15 Однако клапана и, как правило, мел клапанный замок или другие вспомогательные конструктивные элементы, находящиеся внутри пробоотборной камеры, затрудняют ее промывку, так как они представляют

20 определенное гидросопротивление, препятствующее восходящему движению отбираемой среды внутрн камеры.

Целью изобретения является повыщение качества пробы за счет улучщения промыв25 ки пробоотборной камеры.

Указанная цель достигается тем, что нижний клапан выполнен в виде пробки, установленной между верхним промывочным окном и верхннм клапаном, выполнен30 ным в виде дифференциального поршня с

продольным и радиальным каналами в верхней части, а поршень-мультипликатор выполнен с продольным каиалом, через который проходит шток, имеюш,ий па верхпей части головку для взаимодействия с поршнем-мультипликатором, причем последний размеш,еп в продольном капале верхпего клапана.

Для удобства проведеппя работ с пробоотборником в нижпем клапаие-иробке размеш,еио устройство для извлечения пробы из иробоотборпой камеры па апалпз.

На фиг. 1 приведена схема пробоотборппка (положение узлов и элементов пробоотборника, предшествуюпдсе отбору пробы из скважины); на фиг. 2 - положеиие узлов и элемептов пробоотборника, соответствуюш.ее началу герметизации иробы; па фиг. 3 - то же, после окончания герметизац,ии иробы.

Пробоотбориик опускается в скважипу па проволоке нлп каротажном кабеле 1 и содержит головку 2, гидравлическую систему, состояш,ую из камер 3 и 4, сообидаюш,ихся между собой через клапаи 5, поршпя-мультпплпкатора 6 и штока 7, ироходяш,его через осевое отверстие 8 поршня 6, верхний клапан-поршень 9 п иижпий клапан-пробку 10 герметизации иробы, пробоотборпую проточиую камеру 11с верхиим 12 п нижним 13 промывочпым окнами, фильтр-колпак 14.

Нижиий клаиаи 10 спабжеп устройством 15 (например, шариковым клапаном) для извлечения пробы из пробоотбориой камеры 11.

Шток 7 нижней своей частью жестко соединен с верхним клапаном-поршнем 9, всрхияя же часть штока имеет утолш,енпую головку 16, взаимодействуюш,ую с поршпем 6.

Верхиий клапан-поршень 9 выиолнеп в виде стакана с радиальными отверстиями 17, во внутрепнюю полость 18 которого помеш,еп поршень 6 с уплотнительпым кольцом 19.

Клапан 10 в верхнем положении удерживается за счет спл трения уплотпптельиого кольца 20, а для герметизации пробы в нижней части клапана имеется уилотнительное кольцо 21. Для передачи гидростатического давления, на поршни 6 и 9 имеется капал 22.

При спуске пробоотборпика в скважину в положении, показанном па фиг. 1, пижпий клапап-пробка 10 подвешепа под поршнем 9 пад верхппм промывочным окном 12 камеры И и первоначально удерживается за счет сил трения уплотнительного кольца 20, а далее, по мере спуска прибора в скважину, прижимается к поршпю 9 с силой, определяемой давлением в скважине PC и площадью поперечного сечения пробки по уплотняемому диаметру Da. При этом внутренняя полость камеры 11 не имеет дополнительных гидросопротивленпй, восходящий поток жидкости свободио проходит через отверстия фильтра-колпака 14, нижнее промывочиое окно 13, внутреннюю полость пробоотбориой камеры 11 п верхнее иромывочпое окно 12, чем обеспечивается хорошая промывка камеры И.

При достижении заданного интервала отбора пробы верхпий клапан-поршень 9 выталкивает нижний клапан-пробку 10, которая иод действием силы собственного веса оиускается в посадочное гнездо нижнего промывочиого окна 13 и герметизирует его своим уплотнительпым кольцом 20.

Управление работой клапанов 9, 10 ироизводится переключением клапана о путем подачп сигпала по кабелю 1 с наземной панели управления (при дистапциоппом управлепии) или автоматически с помощью различпого типа реле (при автономном управленпи), а их надельная работа при спуске пробоотборника в скважииу и извлечении его из нее обеспечивается взаимодействием верхнего клапана 9 с элементами гидравлической системы и соответствующим их

конструктивным исполнением. Первоначально камера 3 гидравлической системы заполнена маслом частично, камера 4 - полностью, клапан 5 закрыт (см. фпг. 1). Давление в камере 3 близко к атмосферпому, давление в камере (Рм) определяется давлепием среды в скважине PC, проникающей через отверстия в корпусе пробоотборника, и соотношеннем эффективных площадей иоршпя 6, действующих па ппх с одной

стороны давления РМ в камере 4, а с другой - давления скважипной среды PC.

Состояние клапапа-поршня 9 определяется соотношением сил, действующих на пего сверху и снизу;

P,,.Dl + P,(,Dl

где D2 - диаметр штока 7;

D-j, - уплотняемые диаметры верхней части клапана-поршня 9;

что нриводит к устойчивому удержанию его в верхнем положении.

При открытии клапана 5 (см. фпг. 2) в заданном интервале отбора пробы масло из камеры 4 под действием перепада давлений

вытесняется в камеру 3. Поршень 6, перемещаясь вверх до упора в головку штока 7, выводит унлотнительное кольцо 21 из внутренней полости поршня 9, чем обеспечивается разгерметизация нолостн 18. При этом

эффективное значение площади верхпей части поршня 9, на которую действует давление в скважине PC, увеличивается, что нриводит к перемещению его вниз.

Условием перемещения поршня 9 вниз в

данном положепии является выполнение неравенства:

+ 01.

Перемещаясь далее вниз, клапан-поршень 9 сжимает столб жидкости отобранной пробы, находящейся в камере между клапанами 9 п 10, одповременно прн этом увлекая за собой поршень 6 до упора через посредство взар модействия его со штоком 7.

Сжатие пробы, находящейся между клапанами 9 и 10, прнводит к перемещению клаиана-пробки 10 в посадочном месте окна 13, что обеспечивает необходимую герметизацию отобранной иробы. В то же время перемещение поршня 6 вниз приводит к отсасыванию из камеры 3 в камеру 4. После закрытия клапана 5 по окончании процесса герметизации иробы (см. фиг. 3) но сигналу с панели управлен 1Я ли автоматически масло, полностью занолинвшее камеру 4, образует гидразлнческий затвор, который препятствзет взаимному перемещению поршня 6 и штока 7 при подъеме пробоотборника из скважины на поверхность.

Таким образом, конструктивное иснользование нижнего клапана пробоотборпой камеры в виде пробки, свободно пол.вешенной над верхним промывочным окном нробоотборной камеры нод верхним клапаном, позволяет улучшить промывку пробоотборной камеры, что гарантирует отбор представительной качественной пробы в заданном интервале ее отбора и приводит к сннжению количества спуско-подъемных операций пробоотборника в скважину, что дает значительный экономический эффект.

Формула изобретения

I. Скважинный пробоотборник, содержапи1Й пробоотборную камеру, верхний и

клапаны герметизации пробы, верхнее м ннжнее промывочные окпа, гидравлическую систему управления клапанами в виде двзх камер, сообщенных между собой

через клапан, поршня-мз тьтипликатора и штока, жестко связанного с верхним клапапом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества отбираемой пробы за счет улучшения промывки пробоотбориой

камеры, нижннй кланан пыиолиен -в виде пробки, установленной между верхним нромывочным oKiiOM и верх);им клапаном, вынолненным в виде дифференциального поршня с продольным и радикальными каналами в верхней части, а поршеиь-мультпиликатор выпо:1иеи с продольным каналом, через который нроходит шток, нмеюощй на верхней части головку для взанмодействия с поршнем-мультнпликатором, причем носледпий размещен в продольном канале верхнего кланлна.

.2. Пробоотбор.шк по п. 1, отличаюН1 и и с я тем, что в ннжнсм кланане размещено устройство для нзвлечення пробы из

пробоотборпой камеры.

Источинкп информации, прпнятые во внпманпе прп экепертпзе

1. Мамупа В. Н. п др. Глубинные пробоотборннкн, нх прпмеиенне. М., Гостоптехнздат, 1961, с. 37-69.

2. Мамуна В. Н. i- др. Глубинные пробо-отборннки и их применение. М., Гостотехиздат, 1961, с. 58-60 (прототпп).

t3

77

i

10:r

/

т

fu,1

:.

Фиг. i

it lif