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 канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно штока, корпус цилиндрической формы.

Корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, каждый из которых оснащен снизу каналами с клапанами.

Корпус дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления, посредством которой соединен с канатной подвеской. Снизу корпус снабжен полым хвостовиком с технологическим пазом на наружной поверхности, а снаружи - верхней и нижней втулками, соединенными между собой с возможностью вращения. Верхняя втулка выполнена с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, а снаружи оснащена пружинными центраторами.

Нижняя втулка оснащена штифтом, взаимодействующим с технологическим пазом. Шток установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым с заглушкой внизу и дроссельным каналом вверху.

Диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном сообщена с внутренним пространством скважины, надпоршневая полость через шток с камерой низкого давления.

Технологический паз выполнен в виде последовательно удлиняемых вниз продольных проточек соединенных фигурным пазом так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно корпуса штифт последовательно перемещается во все более длинную продольную проточку, при этом соответственно последовательно открывая по одному каналу цилиндра сверху вниз.

Внутреннее пространство устройства между корпусом и штоком заполнено антикоррозионной антифрикционной жидкостью.

Предлагаемое устройство обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, кроме того, цилиндры, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качества разделения отобранных проб.

Предложение относится к гидрогеологическим 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 втулкой.

Недостатками данного устройства являются:

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

во вторых, при больших знакопеременных нагрузках пружинные элементы могут поломаться и 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, зависит от плотности скважинной жидкости, что не поддается контролю в процессе отбора проб, 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 повышение качества разделения отобранных проб.

Техническая задача решается предлагаемым устройством для отбора проб из скважины, включающим канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно штока, корпус цилиндрической формы.

Новым является то, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами, и дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления, посредством которой соединен с канатной подвеской, снизу -полым хвостовиком с технологическим пазом на наружной поверхности, а снаружи - верхней и нижней втулками, соединенными между собой с возможностью вращения, при этом верхняя втулка выполнена с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, снаружи оснащена пружинными центраторами, а нижняя втулка оснащена штифтом, взаимодействующим с технологическим пазом, при этом шток установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым с заглушкой внизу и дроссельным каналом вверху, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном сообщена с внутренним пространством скважины, надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем технологический паз выполнен в виде последовательно удлиняемых вниз продольных проточек соединенных фигурным пазом так, что при возвратно-поступательном перемещении втулок относительно корпуса штифт последовательно перемещается во все более длинную продольную проточку, при этом соответственно последовательно открывая верхней втулкой по одному каналу цилиндра сверху вниз.

Новым является также то, что корпус и шток выполнены с возможность заполнения антикоррозионной антифрикционной жидкостью.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображена форма технологического паза, выполненного на наружной поверхности полого хвостовика.

Устройством для отбора проб жидкости из скважины (см. фиг.1), включает канатную подвеску 1, шток 2 с диафрагмами 3, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно штока 2, корпус 4 цилиндрической формы.

Корпус 4 выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров 5, каждый из которых оснащен снизу каналами 6 с клапанами 7.

Например, на фигуре 1 представлено устройство, имеющее три цилиндра 5 верхний, средний и нижний.

Корпус 4 дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления 8, посредством которой соединен с канатной подвеской 1. Снизу корпус 4 снабжен полым хвостовиком 9 с технологическим пазом 10 на наружной поверхности, а снаружи - верхней 11 и нижней 12 втулками, соединенными между собой с возможностью вращения. Верхняя

втулка 11 выполнена с возможностью герметичного перекрытия каналов 6 цилиндров 5 корпуса 4, а снаружи оснащена пружинными центраторами 13.

Нижняя втулка 12 оснащена штифтом 14, взаимодействующим с технологическим пазом 10. Шток 2 установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым с заглушкой 15 внизу и дроссельным каналом 16 вверху.

Диафрагмы 3 выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра 5 корпуса 1. Под поршневая полость 17 каждого цилиндра 5 через канал 6 с клапаном 7 сообщена с внутренним пространством скважины (на фигурах не показано), а над поршневая полость 18 цилиндра 5 сообщена через сквозные отверстия 19 штока 2 и дроссельный канал 16 с камерой низкого давления 8.

Технологический паз 10 выполнен в виде последовательно удлиняемых вниз продольных проточек 20; 20'; 20"; 20'", соединенных фигурными пазами 21; 21'; 21"; 21'" так, что при возвратно-поступательном перемещении нижней втулки 12 относительно корпуса 4 штифт 14 последовательно перемещается во все более длинную продольную проточку 20 - 20' - 20" - 20'", при этом соответственно последовательно открывая по одному каналу 6 цилиндра 5 сверху вниз.

Надпоршневые полости 18 цилиндров 5 между корпусом 4 и штоком 2 заполнены антикоррозионной антифрикционной жидкостью 22.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях деталей исключаются уплотнительными кольцами 23,24,25.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.

На устье скважины (на фигурах не показано) устройство устанавливают в транспортное положение - штифт 14 размещают в фигурный паз 21 технологического паза 10 (см. фигуру 2). Затем устройство посредством канатной подвески 1 (см. фигуру 1) на канате 26 спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) для отбора проб жидкости. В процессе спуска пружинные центраторы 13 верхней втулки 11 постоянно находятся в контакте с внутренней стенкой скважины, а находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх через пространство между внутренними стенками скважины и устройством.

Минимальный уровень погружения устройства под уровень жидкости в скважине (на фигурах не показано) для срабатывания клапана 7 цилиндра 5 должен быть более высоты столба антикоррозионной антифрикционной жидкости в устройстве, причем отбор проб можно проводить как сверху вниз, так и снизу вверх. В случае необходимости можно извлечь устройство из скважины после спуска без отбора проб жидкости. Например, рассмотрим случай отбора проб жидкости из скважины снизу вверх. Спустив устройство в

скважину в самый нижний интервал отбора пробы жидкости устройство посредством каната 26 с устья скважины приподнимают вверх примерно на 0,5 метр и опускают.

В результате устройство совершает осевое возвратно-поступательное перемещение, а нижняя втулка 12 со штифтом 14 совершает вращательное движение относительно, находящихся в неподвижном положении верхней втулки 11 и пружинного центратора 13 благодаря контакту последнего с внутренней стенкой скважины, при этом штифт 14 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 корпуса 4 из фигурного паза 21 через самую короткую осевую продольную проточку 20 в фигурный паз 21'.

Для начала отборы пробы жидкости приподнимают устройство примерно на 1 метр и в процессе подъема штифт 14 перемещается из фигурного паза 21' вниз в осевую продольную проточку 20', которая на 0,5 метра длиннее по сравнению с осевой продольной проточкой 20, при этом корпус 4 смещается вверх относительно верхней 11 и нижней 12 втулок, открывая доступ к клапану 7 верхнего цилиндра 5.

За счет перепада давления Р внутри и снаружи верхнего цилиндра 5 клапан 7 открывается в этот момент, находящаяся в скважине проба жидкости по каналу 6 начинает поступать в под поршневую полость 17 верхнего цилиндра 5, с заданного интервала отбора проб жидкости.

По мере поступление проб жидкости внутрь верхнего цилиндра 5 диафрагма 3, выполненная в виде кольцевого поршня поднимается вверх, вытесняя из над поршневой полости 18 верхнего цилиндра 5 антикоррозионной антифрикционной жидкостью 22, которая благодаря сообщению надпоршневой полости 18 цилиндра 5 посредством сквозных отверстий 19 и внутреннее пространство заглушенного снизу заглушкой 15 штока 2, а также дроссельного канала 16 перетекает в камеру низкого давления 8. Дроссельный канал 16 регулирует скорость заполнения подпоршневой полости 17 цилиндра 5 пробой жидкости с требуемой глубины скважины.

Поступление жидкости в подпоршневую полость 17 верхнего цилиндра 5 прекратится тогда, когда диафрагма 3 упрется в верхний торец 27 цилиндра 5 и герметично посредством уплотнительных колец 24 и 25 перекроет сквозное отверстие 19 штока 2.

Для отбора пробы жидкости со следующего верхнего интервала скважины устройство посредством каната 26 с устья скважины поднимают до заданного интервала, после чего опускают устройство на 1 метр, а затем приподнимают на 1,5 метра.

В результате устройство совершает осевое возвратно-поступательное перемещение, а нижняя втулка 12 со штифтом 14 совершает вращательное движение относительно, находящихся в неподвижном положении верхней втулки 11 и пружинного центратора 13

благодаря контакту последнего с внутренней стенкой скважины, при этом штифт 14 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 корпуса 4 из осевой продольной проточки 20' через фигурный паз 21" в осевую продольную проточку 20", которая длиннее на 0,5 метра сравнительно с осевой продольной проточкой 20', при этом корпус 4 поднимается вверх относительно верхней 11 и нижней 12 втулок, открывая доступ к клапану 7 среднего цилиндра 5.

Последовательность и технология заполнения среднего цилиндра 5 аналогична заполнению верхнего цилиндра 5, причем жидкость в верхний цилиндр 5 в процессе заполнения среднего цилиндра 5 не поступает, поскольку клапан 7 верхнего цилиндра 5 закрыт, а его подпоршневая полость 17 заполнена пробой жидкости из нижнего интервала скважины.

Для отбора пробы жидкости со следующего верхнего интервала скважины устройство посредством каната 26 с устья скважины поднимают до заданного интервала, после чего опускают устройство на 1,5 метр, а затем приподнимают на 2 метра.

В результате устройство совершает осевое возвратно-поступательное перемещение, а нижняя втулка 12 со штифтом 14 совершает вращательное движение относительно, находящихся в неподвижном положении верхней втулки 11 и пружинного центратора 13 благодаря контакту последнего с внутренней стенкой скважины, при этом штифт 14 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 корпуса 4 из осевой продольной проточки 20" через фигурный паз 21'" в осевую продольную проточку 20"', которая на 0,5 метра длиннее относительно осевой продольной проточки 20", а корпус 4 поднимается еще выше относительно верхней 11 и нижней 12 втулок открывая доступ к клапану 7 нижнего цилиндра 5, при этом нижний торец 28 втулки 11 взаимодействует с кольцевой выборкой 29, выполненной на нижнем конце полого хвостовика 9.

Последовательность и технология заполнения нижнего цилиндра 5 аналогична заполнению верхнего и среднего цилиндров 5, причем жидкость в верхний и средний цилиндры 5 в процессе заполнения нижнего цилиндра 5 не поступает, поскольку клапана 7 верхнего и среднего цилиндров 5 закрыты, а их подпоршневые полости 17 заполнены пробой жидкости из нижних интервалов скважины.

Предлагаемое устройство обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, кроме того, цилиндры в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.

1. Устройство для отбора проб из скважины, включающее канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно штока, корпус цилиндрической формы, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде последовательно установленных друг над другом цилиндров, которые оснащены снизу каналами с клапанами, и дополнительно оснащен сверху камерой низкого давления, посредством которой соединен с канатной подвеской, снизу - полым хвостовиком с технологическим пазом на наружной поверхности, а снаружи - верхней и нижней втулками, соединенными между собой с возможностью вращения, при этом верхняя втулка выполнена с возможностью герметичного перекрытия каналов цилиндров корпуса, снаружи оснащена пружинными центраторами, а нижняя втулка оснащена штифтом, взаимодействующим с технологическим пазом, при этом шток установлен герметично и жестко в корпус и выполнен полым с заглушкой внизу и дроссельным каналом вверху, причем диафрагмы выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра корпуса, при этом подпоршневая полость каждого цилиндра через канал с клапаном сообщена с внутренним пространством скважины, надпоршневая полость - через шток с камерой низкого давления, причем технологический паз выполнен в виде последовательно удлиняемых вниз продольных проточек, соединенных фигурным пазом так, что при возвратно-поступательном перемещении втулок относительно корпуса штифт последовательно перемещается во все более длинную продольную проточку, при этом соответственно последовательно открывая верхней втулкой по одному каналу цилиндра сверху вниз.

2. Устройство для отбора проб из скважины по п.1, отличающееся тем, что корпус и шток выполнены с возможность заполнения антикоррозионной антифрикционной жидкостью.



 

Наверх