Скважинный пробоотборник Советский патент 1982 года по МПК E21B49/08 

Изобретение относится к нефтяной промышленности,а частности к исследованию скважин.

Известен скважинный пробоотборник ., содержащий корпус, часовой механизм, фрикцион, пробоотборную камеру и два клапана l.

Однако пробоотборником ПД-3 м отбор глубинных проб нефти из обводненных скважин невозможен, так как вместе с нефтью извлекается и вода.

Известен скважинный пробоотборник, содержащий корпус, пробоотборную камеру с клапанным устройством, гид равлическое реле времени и трубу, расположенную коаксиально с корпусом пробоотборника и удерживаемую шариковым замком. Он предназначен для отбора пробы одной фазы из многофазного потока 2.

Однако этому пробоотборнику свойственны существенные недостатки: сложность конструкции, наличие большого числа взаимосвязанных узлов, функционально сопряженных Деталей и связанная с этим недостаточная надежность этого устройства, работаюS щего на больших глубинах. Кроме того, в процессе его работы при перемещении коаксиально расположенной трубы под действием собственного веса часто происходит самоторможение, в результате чего отбор пробы затрудняется. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является скважинный пробоотборник, содержащий корпус, пробоотборную камеру, клапанный

15 механизм и гидравлическое реле времени, трубу, расположенную коаксиально с корпусом пробоотборника и удерживаемую шариковым замком, а также размещенную на корпусе пружину, вза20имодействующую с коаксиально расположенной трубойГз.

Однако этот пробоотборник имеет сложную конструкцию, е которую заложено большое количество взаимосвязан ных узлов и функционально сопряженны деталей и, прежде всего, коаксиально расположенной трубы, перемещающейся зоне отбора пробы в сложных скважинных условиях, при наличии движущейся под большим давлением газожидкостной смеси, а зачастую песка и парафина, которые приводят к заклиниванию (заеданию) коаксиальной трубы. Кроме того, в случае отбора пробы в наклон ных скважинах пробоотборник ложится на стенку скважины, в связи с чем перемещение коаксиально расположенной трубы затрудняется. Цель изобретения - упрощение конс рукции и повышение надежности в рабо те пробоотборника. Указанная цель достигается тем, что клапанный механизм выполнен в ви де нижнего подпружиненного клапана с штоком, имеющим утолщение на верхнем конце и ограничитель перемещения в средней части и верхнего золотникового клапана, жестко соединенного с поршнем гидравлического реле време ни и имеющего шток с цанговыми элеме тами, охватывающими утолщение штока нижнего клапана, причем пробоотборная камера заполнена водой. Такое выполнение позволяет обеспечить гарантированный отбор проб чистой нефти (путем гравитационной замены воды в пробоотборной камере нефтью) из скважин, продукция которых содержит большое количество воды и с любой заданной глубинь. Кроме тог это позволяет значительно упростить конструкцию и повысить надежность работы. На фиг. 1 изображена схема скважи ного пробоотборника, общий вид; на фиг. 2 - разрез Д-Д на фиг. 1. Пробоотборник содержит корпус 1, пробоотборную камеру 2, заполненную ВОД9Й, гидравлическое реле времени включающее камеру 3 и заполненную ма лом камеру . Последние две камеры сообщаются между собой через гидравлическое сопротивление (капилляр) 5. Камера k ограничена снизу уплотненным поршнем 6. Полость 7 под поршнем 6 сообщается с внешней скважинной средой через отверстие 8 в корпусе 1. Поршень 6 в своей нижней час ти снабжен жестко связанным с ним клапанным механизмом, включающим шток 9, который пропущен через уплот ненный разделитель 10 в пробоотборную камеру 2. Шток 9 образующий с разделителем 10 золотниковый клапан в сопряжении с разделителем 10 имеет диаметральную проточку 11, образующую зазор между этими деталями . Шток 9 в своей нижней части снабжен диском 12, имеющим в нижней части несколько цанговых элементов 13, на конце которых выполнены вогнутые внутрь выступы . Клапанный механизм включает также нижний клапан,сообщающий пробоотборную камеру 2 с скважиной средой и выполненным в виде конусного седла 15 и уплотненного затворного элемента,- конической пробки 16. Верхний торец затворного элемента жестко соединен с штоком 17, имеющим в верхней части утолщение 18 в виде сферы. Наружный диаметр утолщения больше внутреннего размера упомянутых выступов . В исходном положении утолщение 18 введено внутрь- цанговых элементов 13 с возможностью выхода из них при заданном усилии. В нижней части пробоотборной камеры 2 предусмотрен ограничитель 19 выполненный в виде диаметральной перегородки. Между ограничителем 19 и затворным элементом 16 на штоке 17 выполнен ограничитель перемещения в виде буртика 20 и установлена возвратная пружина 21. Устройство работает следующим образом. Пробоотборник помещается в лубрикатор, открывается задвижка. Поршень 6 испытывает давление скважинной жидкости, поступающей из отверстия 8 в корпусе 1, и под действием этого давления перемещается вверх, вытесняя масло из камеры в камеру 3 через гидравлическое сопротивление (капилляр) 5. Одновременно через зазор в месте сопряжения диаметральной проточки 11 на штоке 9 с отверстием разделителя 10 избыток расширяющейся от увеличения температуры воды в пробоотборной камере 2 вытекает из нее в полость 7, сообщенную со скважинной средой. Сначала движение поршня 6 будет холостым. Время холостого хода поршня регулируется путем замены гидравлического сопротивления (капилляра) 5 в зависимости от глубины скважины и должно обеспечить возможность спуска пробоотборника до забоя(или нужного интервала) при закрытом клапане Это достигается за счет равенства хода поршня 6 ходу цанговых элементов 13 от исходного положения до момента зацепления выступов 1 4 с утолщением 18 штока 17. Через заданное время, по достижению пробоотборником необходимой глубины, утолщение 18 штока 17 входит в зацепление с выступами и одновременно шток 9 своим широким сечением перекрывает отверстие разделителя 10, так что при дальнейшем движении штока это отверстие закрыто В результате поршень 6 с помощью обр зовавшегося зацепления утолщения 18 с выступами I тянет шток 17 вверх, жестко связанная с штоком пробка 1б открывает клапан, гидравлически сооб щая внутреннюю полость пробоотборной камеры 2, заполненную водой, с скважинной средой. Капли нефти, которые содержатся в продукции обводненной скважины, попадая в область клапаниого отверстия, всплывают во внутрен ней полости пробоотборной камеры 2 и в течение определенного времени, зависящего от разности удельных веtoB нефти и воды, а также гидравлических сопротивлений в пробоотборник происходит гравитационная замена воды нефтью. Как показали многочисленные опыты, для наихудших условий время полной гравитационной замены в предлагаемом пробоотборнике составляет не более 20 мин. Время хода зацепленных цанговых элементов 13 и штока 17 с утолщением 18, в течение которого клапан остает ся открытым, соответствует времени хода буртика 20 штока 17 до упора в ограничитель 19, и должно быть нес колько большим времени полной гравитационной замены воды нефтью. После того как этот буртик 20 упрется в ограничитель 19, цанговые элементы 13, жестко связанные через шток 9 с поршнем 6, будут продолжать движение вверх. В результате утолщения 18 шток 17 выходит из зацепления с выступами 1 и под воздействием разжатия возвратной пружины 21 седло 15 клапанного механизма закрывается уплотненной конусной пробкой 16. Таким образом проба чистой нефти будет отобрана. Использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить гарантированный отбор проб чистой нефти из обводненных скважин с любой заданной глубины, расширить диапазон областей применения пробоотборника, в том числе и в осложненных условиях (в наклонных скважинах,скважинах,в продукции которых содержатся различные механичес-кие и химические примеси :песок,парафин соли и т.д.), повысить надежность работы пробоотборника и существенно упростить его конструкцию. Формула изобретения Скважинный пробоотборник, содержащий корпус, пробоотборную камеру, клапанный механизм и гидравлическое реле кремени, отличающийс я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности в работе, клапанный мехаыизм выполнен в виде нижнего подпружиненного клапа на с штоком, имеющим утрлщение на верхнем конце и ограничитель перемещения в средней части, и верхнего золотникового клапана, жестко соединенного с порнлнем гидравлического реле времени и имеющего шток с цанговыми элементами, охватывающими утолщение штока нижнего клапана, причем пробоотборная камера заполнена водой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мамуна В.Н. и др. Глубинные пробоотборники и их применение. М., Гостоптехиздат, 1961, с.. 2.Авторское свидетельство СССР № 2ni+75, кл. Е 21 В +9/02, 19б5. 3.Авторское свидетельство СССР № 233577, кл. Е 21 В 49/02, 1967 (прототип ).