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.
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 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
Задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства независимо от внешних факторов и повышение качества разделения отобранных проб.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для отбора проб жидкости из скважины, включающим канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы с возможностью продольного перемещения.
Новым является то, что шток снаружи сверху оснащен упором, а между упором и верхней диафрагмой на его наружной поверхности выполнены кольцевые выборки, которые по количеству и расстоянию между собой равны количеству диафрагм и расстоянию между диафрагмами, при этом корпус снизу снабжен сквозными продольными пазами, а вверху оснащен отверстиями, которые снаружи перекрыты подпружиненной вверх втулкой, выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз и оснащенной вверху по внутренней поверхности кольцевой проточкой, причем в отверстия корпуса установлены шарики, взаимодействующие в транспортном положении с кольцевыми выборками штока и внутренней поверхностью втулки, а в рабочем с наружной поверхностью штока и кольцевой проточкой втулки, при этом сверху корпуса установлена цилиндрическая камера со ступенчатой технологической проточкой снаружи, соединенная сверху с канатной подвеской, под которой выполнены технологические отверстия, а снизу - со штоком с возможностью, ограниченного перемещения вверх благодаря упору штока, причем снаружи цилиндрической камеры установлен стакан с пружинными центраторами и штифтом, взаимодействующим со ступенчатой технологической проточкой, при этом стакан выполнен с возможностью взаимодействия с втулкой в рабочем положении, а шток оснащен каналом, сообщающим внутренние полости корпуса и цилиндрической камеры, причем ступенчатая технологическая проточка выполнена в виде последовательно направленных вниз и соединенных между собой продольных и фигурных пазов, так что при возвратно-поступательном перемещении стакана относительно цилиндрической камеры штифт выполнен с возможностью последовательного перемещения в более нижний продольный паз, при этом перемещение штифта в каждом продольном пазу вниз соответствует рабочему положению устройства, начиная со второго продольного паза, причем количество продольных пазов ступенчатой технологической проточки как минимум на одну больше, чем количество диафрагм.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображена ступенчатая технологическая проточка, выполненная на наружной поверхности цилиндрической камеры.
Устройство для отбора проб жидкости из скважины (см. фиг.1) состоит из канатной подвески 1, штока 2 с диафрагмами 3, выполненными в виде пробок, корпус 4 цилиндрической формы, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы 3 с возможностью продольного перемещения.
Шток 2 снаружи сверху оснащен упором 5. Между упором 5 и верхней диафрагмой 3 на наружной поверхности штока 2, выполнены кольцевые выборки 6, которые по количеству и расстоянию между собой равны количеству диафрагм 3 и расстоянию между диафрагмами 3. Корпус 4 снизу снабжен сквозными продольными пазами 7, а вверху оснащен отверстиями 8, которые снаружи перекрыты подпружиненной вверх посредством пружины 9 втулкой 10, которая выполнена с возможностью ограниченного перемещения вниз и оснащена вверху по внутренней поверхности кольцевой проточкой 11, при этом пружина снизу уперта в расширенную часть 12 корпуса 4.
В отверстия 8 корпуса 4 установлены шарики 13, взаимодействующие в транспортном положении с кольцевыми выборками 6 штока 2 и внутренней поверхностью втулки 10. В рабочем положении шарики 13 взаимодействуют с наружной поверхностью штока 2 и кольцевой проточкой 11 втулки 10.
Вверху корпуса 1 установлена цилиндрическая камера 14 со ступенчатой технологической проточкой 15 снаружи, соединенная сверху с канатной подвеской 1, под которой выполнены технологические отверстия 16, а снизу - со штоком 2 с возможностью ограниченного перемещения вверх благодаря упору 5 штока 2.
Снаружи цилиндрической камеры 14 установлен стакан 17 с пружинными центраторами 18 и штифтом 19, взаимодействующим со ступенчатой технологической проточкой 15, при этом стакан 17 выполнен с возможностью взаимодействия с втулкой 10 в рабочем положении, а шток 2 оснащен каналом 20, сообщающим внутренние полости корпуса 4 и цилиндрической камеры 14.
Ступенчатая технологическая проточка 15 (см. фиг.2) выполнена в виде последовательно направленных вниз и соединенных между собой продольных 21; 21'; 21"; 21'" и фигурных пазов 22; 22'; 22"; 22'", так что при возвратно-поступательном перемещении стакана 17 относительно цилиндрической камеры 14 штифт 19 имеет возможностью последовательного перемещения в более нижний продольный паз 21; 21'; 21"; 21'", при этом перемещение штифта 19 в каждом продольном пазу вниз 21; 21'; 21"; 21'" соответствует рабочему положению устройства, начиная со второго продольного паза 21'.
Количество продольных пазов 21-21'-21"-21"' ступенчатой технологической проточки 15 как минимум на одну больше, чем количество диафрагм 3.
Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях деталей исключаются уплотнительными элементами 23.
Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.
Для примера, рассмотрим устройство для отбора проб жидкости из скважины с тремя камерами нижней, средней и верхней, каждая из которых образуется в процессе работы устройства и соответствует объему между ближайшими диафрагмами 3 внутри корпуса 4.
На устье скважины (на фигурах не показано) устройство устанавливают в транспортное положение - штифт 19 размещают в фигурном пазе 22 ступенчатой технологической проточки 15 (см. фигуру 2). Затем устройство посредством канатной подвески 1 (см. фиг.1) на канате 24 спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) для отбора проб жидкости. В процессе спуска пружинные центраторы 18 стакана 17 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.
В случае необходимости можно извлечь устройство из скважины после спуска без отбора проб жидкости, при этом штифт 19 переместится из фигурного паза 21 в первый продольный паз 20.
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.
Устройство спускают в скважину в самый верхний интервал отбора пробы жидкости, после этого устройство посредством каната 23 с устья скважины приподнимают вверх примерно на 0,5 метр и опускают.
В результате устройство, за исключением деталей 17, 18, 19, находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 18 с внутренней стенкой скважины, совершает возвратно-поступательное перемещение, а штифт 19 перемещается по ступенчатой технологической проточке 15 из фигурного паза 22 (см. фиг.2) через первый продольный паз 21 в фигурный паз 22'.
Для отбора пробы жидкости из скважины устройство вновь начинают поднимать вверх штифт 19 перемещается из фигурного паза 22' вниз, в продольный паз 21', при этом цилиндрическая камера 14 (см. фиг.1) и корпус 4, благодаря упору 5 штока 2, который тянет корпус 4, перемещаются вверх относительно, находящегося в неподвижном состоянии благодаря контакту пружинных центраторов 18 с внутренней стенкой скважины, стакана 17, при этом шарики 13 опускаются на нижнюю кромку кольцевой выборки 6.
При подъеме устройства, находящаяся в устройстве выше диафрагм 3 между корпусом 4 и штоком 2 скважинная жидкость с целью исключения «поршневания» при подъеме штока 2 через его канал 20 и технологические отверстия 16 цилиндрической камеры 14 вытесняется во внутренне пространство скважины (на фигурах не показано).
Устройство продолжают поднимать, и в определенный момент, втулка 10 вступает в контакт с нижним торцом стакана 17, сжимая пружину 9, при этом втулка 10 смещается вниз, а ее кольцевая проточка 11 устанавливается напротив отверстий 8, из которых нижняя кромка кольцевой выборки 6 штока 2 выдавливает шарики 13 в кольцевую проточку 11 втулки 10.
При дальнейшем подъеме цилиндрическая камера 14 поднимается вместе со штоком 2, благодаря упору 5, а корпус 4 остается на месте, при этом происходит отбор пробы жидкости в верхнюю камеру, образующуюся между самой верхней и второй сверху диафрагмами 3 внутри корпуса 4, при этом в процессе подъема штока 2 пружина 9 находится в сжатом состоянии из-за упора втулки 10 в нижний торец стакана 17, а шарики 13 взаимодействуют с кольцевой проточкой 11 втулки 10, которая стремится вернуть шарики 13 обратно внутрь. Как только вторая сверху диафрагма 3 окажется в корпусе 4, то вторая сверху кольцевая выборка 6 окажется напротив отверстий 8, в которую кольцевой проточкой 11 втулки 10 выдавливаются шарики 13. Весь процесс подъема составляет примерно 1,5 метра.
Для отбора пробы жидкости со следующего нижележащего интервала скважины устройство посредством каната 24 с устья скважины опускают вниз до заданного интервала, при этом штифт 19 перемещается по ступенчатой технологической проточке 15 (см. фиг.2) из продольного паза 21' в фигурный паз 22", причем цилиндрическая камера 14 со штоком 2 и корпусом 4 опускаются вниз, а детали 17, 18, 19, находятся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 18 с внутренней стенкой скважины, причем пружина 9, находящаяся в сжатом состоянии разжимается, а втулка 10, расположенная на наружной поверхности корпуса 4, выходит из контакта с нижним торцом стакана 17 и опускается в первоначальное положение (см. фиг.1).
Достигнув заданного нижележащего интервала скважины, из которого необходимо отобрать пробу жидкости, устройство поднимают вверх примерно на 1,5 метра.
В результате устройство, за исключением деталей 17, 18, 19, находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 18 с внутренней стенкой скважины, поднимается вверх, а штифт 19 (см. фиг.2) перемещается по ступенчатой технологической проточке 15 из фигурного паза 22" в продольный паз 21".
Последовательность и технология заполнения средней камеры устройства, аналогична заполнению верхней камеры, причем проба жидкости из средней камеры не попадает в верхнюю камеру, благодаря герметичному разделению камер посредством уплотнительных элементов 23 (см. фиг.1).
Для отбора пробы жидкости со следующего нижнего интервала скважины, из которого необходимо отобрать пробу жидкости, устройство посредством каната 24 с устья скважины опускают вниз, при этом штифт 19 (см. фиг.2) перемещается по ступенчатой технологической проточке 15 из продольного паза 21" в фигурный паз 22'".
Достигнув заданного интервала отбора проб жидкости из скважины, устройство приподнимают примерно на 1,5 метра вверх.
В результате устройство, за исключением деталей 17, 18, 19 (см. фиг.1), находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 18с внутренней стенкой скважины, поднимается вверх, а штифт 19 (см. фиг.2) перемещается по ступенчатой технологической проточке 15 из фигурного паза 22'" в продольный паз 21"'.
Последовательность и технология заполнения нижней камеры устройства, аналогична заполнению верхней и средней камер, образуемых корпусом 4 (см. фиг.1) и ближайшими диафрагмами 3, причем пробы жидкости из верхней, средней и нижней камер благодаря герметичному разделению камер посредством уплотнительных элементов 23 не перемешиваются между собой.
Предлагаемый пробоотборник обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, кроме того, камеры, образуемые соседними диафрагмами, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.