ПРИЕМНАЯ КАМЕРА ГЛУБИННОГО ПРОБООТБОРНИКА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И ДОННОГО ОСАДКА
RECEIVING CHAMBER OF DOWNHOLE SAMPLER FOR SAMPLING OF HIGH-VISCOSITY OIL AND BOTTOM DEPOSIT

Изобретение относится к устройствам для отбора проб высоковязкой нефти с различного уровня и донных осадков в скважинах и может быть использовано в нефтяной промышленности.
Все известные технические решения устройств для отбора проб в скважине содержат балластную и приемную камеры, имеют механизмы, управляющие открытием (закрытием) входного запорного клапана, а также гидро- или пневмосопротивления для торможения пластовой жидкости, отбираемой в приемную камеру, чтобы сохранить однофазное состояние глубинной пробы. Для всех их характерны общие недостатки.
Известно устройство для управления закрытием запорных клапанов приемной камеры пробоотборника (патент РФ №82763), включающее силовой рычажный механизм, состоящий из корпуса, внутри которого помещена поджатая пружиной обойма, соединенная шариковым замком со штоком и приводимая в движение двумя подпружиненными сухарями, и соединенный с ним с помощью резьбы механизм управления клапанами, состоящий из корпуса с размещенными в нем стаканом, втулкой и плунжером с уплотнительными кольцами и тарировочными штифтами. К корпусу механизма управления клапанами присоединен с помощью резьбы переходник в виде втулки, имеющей продольные прорези, в которые входит присоединенная к торцу плунжера траверса с закрепленной на ней муфтой, фиксирующей сухари силового рычажного механизма в удерживающем от срабатывания состоянии.
Данное устройство представляет собой сложную конструкцию с множеством деталей. Кроме того, отсутствует процесс контроля за подготовкой устройства (срезание тарировочных штифтов) и процесс закрытия запорных клапанов приемной камеры пробоотборника связан с положением пробоотборника относительно стыка насосно-компрессорной трубы, а не с глубиной отбора. Последнее сильно ставит под вопрос кондиционность пробы.
Известно клапанное устройство приемной камеры пробоотборника, состоящее из седла и клапана из ферромагнитного материала, при этом седло снабжено системой постоянных магнитов, а клапан имеет вставки из ферромагнитного материала с точкой Кюри, равной температуре нефти в месте отбора проб (патент РФ №2334101).
Недостатком известного устройства является слабое усилие прижатия обратного клапана после окончания отбора пробы, которое усиливается лишь при подъеме оборудования за счет выхода из температуры, близкой к точке Кюри и разнице давления в камере и снаружи. Это может вызвать уменьшение давления в приемной камере и, как следствие, разгазирование пробы. Кроме того, отсутствует контроль открытого состояния клапана.
В известных устройствах используют подпружиненные конические обратные клапаны. Давление в приемной камере получается меньше на величину усилия пружины, отнесенную к площади перекрытия обратного клапана. Этого можно избежать применяя пружину со слабым усилием, но ввиду наличия механических примесей (частички породы) может возникнуть неплотное закрытие обратного клапана и, как следствие, частичное разгазирование пробы с потерей ее кондиционности.
Известна приемная камера пробоотборника (патент РФ №2078205), выбранная нами в качестве прототипа, включающая приемную камеру, которая представляет собой герметичную емкость, состоящую из калиброванного цилиндра, на один конец которого навинчивается по штатной резьбе корпус клапанов, герметизированный по рабочей поверхности цилиндра посредством резинового кольца; а на другой конец навинчивается по штатной резьбе опорная втулка. Между корпусом клапанов и опорной втулкой перемещается разделительный поршень. В процессе отбора пробы в корпус клапанов устанавливается запорный клапан. Разделительный поршень снабжен уплотнительным устройством, состоящим из пластмассовой манжеты, которая без зазора контактирует с конической поверхностью резьбового прижима и поверхностью калиброванного цилиндра, В канавке конической поверхности прижима установлено резиновое кольцо, которое является силовым элементом, обеспечивающим постоянное контактное давление герметизации между манжетой и рабочей поверхностью цилиндра. Сама камера заполнена маслом
Недостатком этого устройства при отборе проб является невысокое проходное отверстие для отбираемого флюида и подпружиненный обратный клапан. Последнее как ухудшает проход пробы при приеме, так и слабо закрывает камеру после отбора, оставляя возможность полного закрытия лишь при достаточном подъеме от места отбора, силами гидростатического давления.
Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение проходного зазора для запорного клапана камеры, что способствует улучшению надежности его закрытия, возможности контроля открытого состояния клапана. При этом сохранится возможность совершать несколько отборов пробы одновременно.
Поставленная задача решается за счет использования предложенной приемной камера пробоотборника всасывающего типа, включающей герметичную емкость, состоящую из калиброванного цилиндра, на одном конце которого закреплен корпус запорного клапана, а на другом конце - опорная втулка, установленный между ними разделительный поршень. В корпусе запорного клапана установлен гидроусилитель с проходным каналом, а запорный клапан выполнен с герметичным осевым каналом и снабжен поршнем и транзитной трубкой.
Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежом, где: 1 - фонарь, 2 - гидроусилитель, 3 - запорный клапан, 4 - корпус клапана, 5 - разделительный поршень, 6 - балластная жидкость, 7 - калиброванный цилиндр, 8 - опорная втулка, 9 - балластная камера, 10 - проходной канал гидроусилителя, 11 - осевой канал запорного клапана, 12 - поршень запорного клапана, 13 - транзитная трубка запорного клапана.
Устройство работает следующим образом. На чертеже показана приемная камера в положении, готовом к отбору пробы. На разделительный поршень 5 оказывается гидростатическое давление внешней среды, проходящее через входное отверстие в корпусе запорного клапана 4. Величина входного отверстия и сечения между запорным клапаном 3 и корпусом запорного клапана 4 достаточны для прохождения высоковязких жидкостей или донных осадков.
В таблице приводятся сравнительные параметры усилий прохождения вязкой жидкости через запорный клапан прототипов и предлагаемого устройства при одинаковых внешних диаметрах оборудования, равным 38 мм.
Из таблицы видно существенное преимущество предлагаемой приемной камеры в том, что гидросопротивление потоку отбираемого флюида сведено к значению, близкому к нулю, так как проходное сечение в корпусе клапана в 5 раз больше по сравнению с аналогом, описанным в патенте РФ №2078205. Кроме того, в процессе отбора по сравнению с последним патентом нет усилий прижатия запорного клапана. Устройство по патенту РФ №2334101 не создает помех прохождению флюида в процессе отбора пробы, но и не обеспечивает усилия прижатия запорного клапана в момент окончания отбора пробы. По сравнению с известными устройствами приемной камеры в предлагаемом варианте по окончании процесса прохождения пробы в приемную камеру запорный клапан надежно ее закрывает с усилием на несколько порядков больше, чем у аналогов, предупреждая утечки пробы при подъеме на поверхность.
Давление ниже разделительного поршня 5 воздействует на балластную жидкость 6 и проникает через транзитную трубку 13 по осевому каналу 11 запорного клапана 3 в его нижнюю часть, оказывая прямое усилие вверх на запорный клапан 3 через поршень 12 и дополнительное с помощью гидроусилителя 2, препятствуя закрытию запорного клапана 3. Давление балластной жидкости 6 контролируется механизмом, расположенным (как вариант изделие СИМСП20ВМ - патент РФ №2344290) в балластной камере 9. В процессе отбора пробы происходит понижение давления балластной жидкости 6, ее истекание в балластную камеру и перемещение разделительного поршня 5 вверх до упора в опорную втулку 8. Разделительный поршень 5 свободно перемещается по транзитной трубке 13 запорного клапана 3, не нарушая герметичности осевого канала 11 запорного клапана 3. При падении давления в процессе отбора запорный клапан 3 не закрывается благодаря гидроусилителю 2, который компенсирует с запасом величину падения давления. По завершении процесса отбора давление балластной жидкости становится близким к нулю, гидроусилитель 2 прекращает работать и поршень 12 запорного клапана 3 с усилием, пропорциональным его площади и гидростатическому давлению в точке отбора, закрывает запорный клапан 3.
Такое выполнение конструкции позволило иметь давление балластной жидкости внутри приемной камеры с обеих сторон запорного клапана 3 благодаря осевому каналу запорного клапана 11 и проходному каналу гидроусилителя 10, что позволяет подключать последовательно несколько приемных камер. При необходимости типового отбора проб, набранное количество подготовленных камер собирают в единую компоновку, причем первую камеру герметизируют фонарем 1, а последнюю подключают к балластной камере 9.