Устройство для отбора проб жидкости из скважины

Предложение относится к гидрогеологическим исследованиям скважин, а именно к технике отбора проб жидкости из скважин с различных по глубине уровней. Устройство для отбора проб жидкости из скважины включает корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса. Корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами. Корпус дополнительно снизу оснащен технологическим штоком, выполненным полым и заглушенным снизу, внутреннее пространство которого является камерой низкого давления. Технологический шток сверху оснащен обратным клапаном, который установлен герметично и жестко в корпус. Диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса. Подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины. Надпоршневая полость каждого цилиндра гидравлически соединена через шток с камерой низкого давления. На наружных поверхностях корпуса и технологического штока установлен хвостовик, имеющий боковые продольные отверстия и герметично охватывающий корпус. Хвостовик снабжен внутри перегородкой, взаимодействующей с цилиндрической выборкой, выполненной на наружной поверхности технологического штока. Корпус снизу поджат пружиной относительно перегородки хвостовика. Хвостовик сверху герметично соединен с колонной труб и выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса. Снизу хвостовик снабжен пальцем, взаимодействующим с технологическими проточками, выполненной на наружной поверхности цилиндрической выборки технологического штока в виде осевых коротких, а также одной длинной проточек, соединенных так, что при осевом перемещении технологического штока относительно хвостовика смещение пальца направлено последовательно по осевым коротким проточкам в сторону осевой длинной проточки. Предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, а процесс отбора проб контролируется с устья скважины. Цилиндры, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.

Предложение относится к гидрогеологическим и промысловым исследованиям скважин, а именно к технике отбора проб жидкости из скважин с различных по глубине уровней.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №924362, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №16 от 30.04.1982 г.), включающий корпус, приемную камеру, подпружиненные верхний и нижний клапаны, герметичную рабочую камеру, при этом он снабжен двумя поршнями, жестко связанными штоками с клапанами и установленными в рабочей камере, заполненной газом под атмосферным давлением, а приемная камера заполнена сжатым газом, причем нижний поршень имеет канал для сообщения рабочей камеры с внешней средой при верхнем положении поршня и ограничитель рабочего хода поршня, выполненный в виде втулки, закрепленной срезной чекой на штоке.

Недостатки данного устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и технически сложных деталей;

во-вторых, такой конструктивный элемент как чека срезается только под определенным давлением, которое необходимо достичь, в обратном случае пробоотборник не сработает, а это существенно снижает надежность его работы;

в-третьих, большое количество технологически сложных деталей, требующих высокой точности изготовления, ведет к удорожанию конструкции в целом.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №1461899, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №8 от 28.02.1989 г.), содержащий корпус с подвеской и приемной камерой с клапанами, механизм привода клапанов с упором, контактирующий со стенками скважины, и штоком с выступом, подпружиненным относительно корпуса и взаимодействующим с клапанами приемной камеры. Пробоотборник снабжен шариковым замком, выполненным в виде подпружиненной относительно корпуса ступенчатой втулки, внутри которой размещен сепаратор с шариками, жестко закрепленный к верхней части корпуса и к подвеске, причем упор выполнен из эластичного материала в виде полого конуса, обращенного вершиной вниз, последняя закреплена на верхней части ступенчатой втулки, при этом полый конус выполнен с возможностью контакта его внешней поверхности со стенками скважины и выворачивания внутренней поверхности наружу, а шток размещен внутри

сепаратора и установлен с возможностью фиксирования относительно корпуса в нижнем положении при контакте шариков сепаратора с выступом штока и с внутренней поверхностью малого диаметра ступенчатой втулки.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во вторых, при больших знакопеременных нагрузках пружинные элементы могут выйти из строя, в связи с чем, снижается надежность работы пробоотборника в целом;

в-третьих, сборку возможно осуществить только в специализированной мастерской, что вызывает дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для отбора проб жидкости из скважины (авторское свидетельство SU №1698432, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №46 от 15.12.1991 г.), включающее подвешенный на канатной подвеске шток с верхней и нижней диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны диафрагмы с возможностью продольного перемещения при взаимодействии с посыльным грузом, при этом оно снабжено дополнительными диафрагмами, установленными на штоке между верхней и нижней диафрагмами, и дополнительными посыльными грузами, причем корпус подпружинен относительно штока, при этом дополнительные диафрагмы установлены на штоке с возможностью перемещения и фиксации относительно последнего.

Недостатками конструкции являются:

- во-первых, необходимость постоянного контроля жесткости пружины, прочностные характеристики которой со временем изменяются, кроме того, вес груза, который сбрасывается с устья скважины на устройство по канатной подвеске зависит от плотности скважинной жидкости, что не поддается контролю в процессе отбора проб; кроме того, проводимые операции по отбору проб происходят бесконтрольно. В следствии выше отмеченных факторов снижается надежность работы устройства в целом;

- во-вторых, если хотя бы одно из уплотнений дополнительной диафрагмы не герметично, то пробы перемешиваются, в связи с чем, снижается качество отобранных проб.

Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства независимо от внешних факторов и с контролем проводимых операций, а также повышение качества разделения отобранных проб.

Техническая задача решается предлагаемым устройством для отбора проб жидкости из скважины, включающим корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, и пружину.

Новым является то, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые снабжены снизу каналами с клапанами, и дополнительно снизу оснащен технологическим штоком, выполненным полым и заглушенным снизу, внутреннее пространство которого является камерой низкого давления, при этом технологический шток сверху оснащен обратным клапаном, который установлен герметично и жестко в корпус, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем на наружных поверхностях корпуса и технологического штока установлен хвостовик, имеющий боковые продольные отверстия и герметично охватывающий корпус, при этом хвостовик снабжен внутри перегородкой, взаимодействующей с цилиндрической выборкой, выполненной на наружной поверхности технологического штока в транспортном положении, а корпус снизу поджат пружиной относительно перегородки хвостовика, при этом хвостовик сверху герметично соединен с колонной труб и выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, причем снизу хвостовик снабжен пальцем, взаимодействующим с технологическими проточками, выполненными на наружной поверхности цилиндрической выборки технологического штока в виде осевых коротких и одной длинной проточек, соединенных так, что при осевом перемещении технологического штока относительно хвостовика смещение пальца направлено последовательно в сторону осевой длинной проточки.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображена развертка технологических проточек.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины включает корпус 1 (см. фиг.1) цилиндрической формы, шток 2 с диафрагмами 3, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1.

Корпус 1 выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров 4, которые оснащены снизу каналами 5 с клапанами 6.

Корпус 1 дополнительно снизу оснащен технологическим штоком 7, выполненным полым и заглушенным снизу, внутреннее пространство которого является камерой низкого давления 8. Технологический шток 7 зафиксирован к корпусу 1 снизу жестко.

Технологический шток 7 сверху оснащен обратным клапаном 9, который установлен герметично и жестко в корпус 1.

Диафрагмы 3 выполнены в виде кольцевых поршней 10, установленных внизу каждого цилиндра 4 корпуса 1. Подпоршневая полость 11 каждого цилиндра 4 через канал 5 с клапаном 6 выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины (на фиг.1 и 2 не показано).

Надпоршневая полость 12 каждого цилиндра 4 гидравлически соединена через шток 2 с камерой низкого давления 8.

На наружных поверхностях корпуса 1 и технологического штока 7 установлен хвостовик 13, имеющий боковые продольные отверстия 14 и герметично охватывающий корпус 1.

Хвостовик 13 снабжен внутри перегородкой 15, взаимодействующей с цилиндрической выборкой 16, выполненной на наружной поверхности технологического штока 7.

Корпус 1 снизу поджат пружиной 17 относительно перегородки 15 хвостовика 13, Хвостовик 13 сверху герметично соединен с колонной труб 18 и выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов 5 цилиндров 4 корпуса 1. Снизу хвостовик 13 снабжен пальцем 19, взаимодействующим с технологическими проточками 20 (см. фиг.1 и 2), выполненной на наружной поверхности цилиндрической выборки 16 технологического штока 7 в виде нескольких осевых коротких 21 (например из двух: 21, 21"), а также одной длинной 22 проточек (см. фиг.2), соединенных так, что при осевом перемещении технологического штока 7 относительно хвостовика 13 смещение пальца 19 направлено последовательно по осевым коротким 21-21" - в сторону осевой длинной проточки 22.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях устройства исключаются уплотнительными кольцами 23, 24, 25 (см. фиг.1).

Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.

Для примера рассмотрим устройство для отбора проб жидкости из скважины с тремя цилиндрами 4 (поскольку на наружной поверхности цилиндрической выборки 16 технологического штока 7 выполнены две осевые короткие и одна длинная проточки).

Нижний, средний и верхний цилиндры 4 (см. фиг.1) заполняются поочередно с разных интервалов скважины и соответствуют объему надпоршневой полости 12 каждого из цилиндров 4.

На устье скважины устройство устанавливают в транспортное положение, при этом палец 19 (см. фиг.2) размещают в нижней части осевой короткой проточки 21, при этом надпоршневые полости 12 (см. фиг.1) цилиндров 4 и внутреннее пространство штока

2 заполняют антифрикционной жидкостью. Затем устройство на колонне труб 18 спускают в скважину.

В процессе спуска устройства в скважину, находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх через пространство между внутренними стенками скважины (на фиг.1 и 2 не показано) и устройством. В случае необходимости можно извлечь устройство из скважины после спуска без отбора проб жидкости.

Отбор проб жидкости из скважины можно вести как сверху вниз, так и снизу вверх. Рассмотрим случай отбора жидкости из скважины с различных по глубине уровней сверху вниз.

Спуск устройства приостанавливают в самом верхнем интервале отбора пробы, но при этом устройство должно быть погружено под уровень жидкости в скважине как минимум на 10 метров для гарантированного срабатывания клапана 6 для доступа жидкости сквозь канал 5 в подпоршневую полость 12 цилиндра 4.

Далее заполняют колонну труб 18 технологической жидкостью, после чего с устья скважины посредством насосного агрегата (на фигурах 1 и 2 не показано) создают в колонне труб 18 гидравлическое давление. Гидравлическое давление воздействует на корпус 1 сверху, вызывая сжатие пружины 17, при этом цилиндрическая выборка 16 технологического штока 7 выходит из взаимодействия с перегородкой 15 хвостовика 13, остающегося в неподвижном положении. Происходит перемещение вниз корпуса 1 совместно с жестко соединенным с ним технологическим штоком 7. В этот момент палец 19 (см. фиг.2) перемещается из нижней части осевой короткой проточки 21 в верхнюю ее часть, и нижний цилиндр 4 (см. фиг.1) оказывается напротив боковых продольных отверстий 14 хвостовика 13.

Рост давления на индикаторе веса (на фиг.1 и 2 не показано), установленного на устье скважины, свидетельствует о том, что палец 18 уперся в верхнюю часть осевой короткой проточки 21 (см. фиг.2).

За счет перепада давления Р внутри и снаружи нижнего цилиндра 4 (см. фиг.1) клапан 6 открывается и находящаяся в скважине проба жидкости по каналу 5 начинает поступать в под поршневую полость 11 нижнего цилиндра 4 с заданного интервала отбора проб.

По мере поступления проб жидкости внутрь нижнего цилиндра 4, диафрагма 3, выполненная в виде поршня 10, поднимается вверх, вытесняя антифрикционную жидкость соответствующего объема из надпоршневой полости 12 нижнего цилиндра 4 сквозь сквозные отверстия 26 штока 2 через обратный клапан 9 в камеру низкого давления 8.

Поступление жидкости в подпоршневую полость 11 нижнего цилиндра 4 закончится тогда, когда поршень 10 упрется в верхний торец нижнего цилиндра 4 и герметично, посредством уплотнительных колец 23 и 24, перекроет сквозные отверстия 26 штока 2, при этом обратный клапан 9 и клапан 6 нижнего цилиндра 4 закрываются.

Из практического опыта достаточно 1-2 минут для заполнения цилиндра 4, причем, чем глубже под уровнем жидкости в скважине находится устройство, тем больше перепад давления Р и тем меньше времени требуется для заполнения цилиндра 4.

Давление в колонне труб 19 сбрасывают, в результате чего под действием возвратной силы пружины 17, корпус 1 совместно с технологическим штоком 7 возвращаются обратно, а палец 19 (см. фиг.2) перемещается уже в нижнюю часть осевой короткой проточки 21" технологических проточек 20, при этом цилиндрическая выборка 16 (см. фиг.1) технологического штока 7 вступает во взаимодействие с перегородкой 15 хвостовика 13.

Для отбора пробы жидкости со следующего нижележащего интервала скважины доспускают устройство вниз до заданного интервалов путем наращивания колонны труб 18. Доливают колонну труб 18 технологической жидкостью и создают гидравлическое давление в колонне труб 18, вызывающее перемещение корпуса 1 совместно с технологическим штоком 7 сжимая пружину 17, при этом палец 19 (см. фиг.2) перемещается из нижней части осевой короткой проточки 21" в верхнюю ее часть. Далее, аналогично происходит заполнение среднего цилиндра 4, после заполнения которого давление сбрасывают, а корпус 1 с технологическим штоком под действием возвратной силы пружины 17 возвращаются обратно (см. фиг.1), а палец 19 перемещается в нижнюю часть осевой длинной проточки 22 технологических проточек 20 (см. фиг.2).

Последовательность и технология заполнения верхнего цилиндра, аналогична заполнению нижнего и верхнего цилиндров 4, при этом палец 19 сначала перемещается из нижней части осевого длинного проточки 22 в ее верхнюю часть, а после заполнения верхнего цилиндра 4. вновь возвращается в нижнюю часть осевой длинной проточки 22 технологических проточек 20. Далее устройство извлекают на поверхность.

Пробы жидкости из нижнего и среднего цилиндров не попадают в верхний цилиндр и не перемешиваются между собой благодаря их герметичному разделению посредством уплотнительных элементов 23, 24, 25.

Предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, а процесс отбора проб контролируется с устья скважины. Цилиндры, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.

Устройство для отбора проб из скважины, включающее корпус цилиндрической формы, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, и пружину, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые снабжены снизу каналами с клапанами, и дополнительно снизу оснащен технологическим штоком, выполненным полым и заглушенным снизу, внутреннее пространство которого является камерой низкого давления, при этом технологический шток сверху оснащен обратным клапаном, который установлен герметично и жестко в корпус, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном выполнена с возможностью сообщения с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем на наружных поверхностях корпуса и технологического штока установлен хвостовик, имеющий боковые продольные отверстия и герметично охватывающий корпус, при этом хвостовик снабжен внутри перегородкой, взаимодействующей с цилиндрической выборкой, выполненной на наружной поверхности технологического штока в транспортном положении, а корпус снизу поджат пружиной относительно перегородки хвостовика, при этом хвостовик сверху герметично соединен с колонной труб и выполнен с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, причем снизу хвостовик снабжен пальцем, взаимодействующим с технологическими проточками, выполненными на наружной поверхности цилиндрической выборки технологического штока в виде осевых коротких и одной длинной проточек, соединенных так, что при осевом перемещении технологического штока относительно хвостовика смещение пальца направлено последовательно в сторону осевой длинной проточки.