УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЫТИЯ КЛАПАНОВ ГЛУБИННОГО ПРОБООТБОРНИКА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к глубинным пробоотборникам, применяемым для отбора проб нефти с целью использования ее свойств в пластовых условиях.
Известно устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника (RU 3638 U1 МПК 7 Е21В 49/08, 2003). Данное устройство содержит каретку с прорезями, в которых расположены шарнирно закрепленные собачки. Каретка установлена подвижно относительно штока и связана тягой с золотниковым клапаном. При спуске глубинного пробоотборника вниз собачки, поджатые пружинами совершают колебательное движение вокруг своих осей, описывая профиль внутренней стенки насосно-компрессорных труб (в дальнейшем НКТ). При подъеме собачки упираются в муфтовый стык НКТ и смещаются вниз относительно штока, увлекая за собой каретку, золотниковый клапан при этом открывается. При поддержании натяжки в течение определенного времени происходит заполнение камеры пробой. При дальнейшем увеличении натяжения срезается штифт, жестко соединяющий каретку и тягу клапана со штоком, после чего снова происходит закрытие клапана под воздействием пружины. Собачки складываются в прорезях каретки. А затем каретка с собачками опускается в корзину, не препятствуя подъему пробоотборника наверх.
Данное устройство имеет следующие недостатки:
- сложность точного удержания на проволоке или кабеле глубинного пробоотборника при открытом клапане;
- использование срезных штифтов увеличивает время подготовки глубинного пробоотборника к работе и стоимость ЗИПа.
Известно устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника (Пробоотборник всасывающий поршневой ВПП-300 Бугульминского опытного завода «Нефтеавтоматика» Руководство по эксплуатации БН.46-06 РЭ 2006 г. - Прототип).
Данное устройство включает корпусные детали 1, 2, 4, 8, 10, 12. В устройстве внутри масляной камеры 12 расположен подвижно поршень 4, связанный телескопическим штоком 5 с форклапаном 7 и обратным клапаном 18. Между балластной (воздушной) камерой 2 и масляной камерой 12 расположен блок гидравлического сопротивления 3 в виде капиллярной трубки метровой длины, причем обратный клапан 18 выполнен в виде конуса и подпружинен слабой пружиной 21, отверстия 6 для впуска пробы, на которых установлен фильтр, всегда открыты. При спуске пробоотборника в скважину масло из масляной камеры 12 начинает перетекать через блок гидравлического сопротивления в нижнюю балластную камеру 2, сразу же, как начинает воздействовать на поршень 4 даже небольшое давление в скважине, что является существенным недостатком данного технического решения.
Кроме того, имеются и другие недостатки:
- под обратный клапан 18, выполненный в виде конуса, во время заполнения могут попасть твердые частицы, что приводит к незакрытию клапана;
- если отобрана проба нефти под высоким давлением, открыть конический обратный клапан для проведения анализа при этом очень сложно;
- блок гидравлического сопротивления выполнен нерегулируемым с очень большим временем срабатывания, поэтому в скважинах с небольшим давлением ждать заполнения приемной камеры приходится ориентировочно 2-3 часа, а в глубоких скважинах с высоким давлением и высокой температурой приемная камера может быть заполнена пробой до того, как пробоотборник будет спущен на заданную глубину;
- отсутствует сигнал заполнения приемной камеры.
- обратный клапан прижимается на закрытие слабой пружиной, что не всегда гарантирует герметичное закрытие клапана.
Задачей предполагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы устройства для закрытия клапанов глубинного пробоотборника при любых давлениях скважины.
Задача решается за счет того, что устройство содержит два клапана, из которых первый клапан выполнен золотниковым с тремя рядами уплотнений и установлен подвижно снаружи жестко закрепленного к корпусу штока, имеющего два ряда радиальных отверстий, и связан телескопическим штоком с поршнем, установленным в масляной камере, каретку с собачками, масляную и балластную (воздушную) камеры, разделенные блоком гидравлического сопротивления для задержки закрытия по времени клапана, а другой золотниковый клапан (форклапан) жестко связан с кареткой и зафиксирован на корпусе от преждевременного открытия с помощью шарикового затвора, а блок гидравлического сопротивления выполнен регулируемым.
На Фиг.1 представлено устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника в целом.
На Фиг.2 - представлена заявляемая часть устройства в укрупненном масштабе.
В целом устройство включает приемную камеру 1, соединенную с балластной камерой 2 с помощью верхнего переходника 3, в котором установлено реле времени 4 с винтом 5, закрепленное гайкой 6. Внутри приемной камеры 1 установлен подвижно поршень 7 и шар 8.
Заявляемая часть устройства подсоединена к пробоотборной камере 1 с помощью нижнего переходника 9. К нижнему переходнику 9 жестко подсоединен шток 11 с двумя рядами радиальных отверстий «е», «д», на котором снаружи установлен подвижно первый золотниковый клапан 12, имеющий три ряда уплотнений «ж». Золотниковый клапан 12 связан телескопическим штоком 27 с поршнем 25, установленном в масляной камере «в». Масляная камера «в» и балластная (воздушная) камера «г» разделены блоком гидравлического сопротивления 26, причем блок гидравлического сопротивления выполнен регулируемым. Второй золотниковый клапан 21, являющийся впускным (форклапаном) включает в себя несколько деталей. Он состоит из корзины 13 с колпачком 14, жестко связанной на резьбе со штоком 15 и зафиксированной винтом 16. В каретке 17 выполнены продольные прорези, в которых расположены и шарнирно закреплены собачки 18. Собачки 18 под воздействием пружин 19 стремятся расшириться с увеличением диаметра, но это перемещение ограничено кольцом 20. Каретка 17 установлена подвижно относительно штока 15 и жестко связана с внешним золотниковым клапаном (форклапаном) 21, зафиксированным от преждевременного открытия на корпусе 22 с помощью шарикового затвора 23. На корпусе 24 выполнен уступ «а», ограничивающий ход клапана 21. В корпусе 24 имеются радиальные отверстия «б», сообщающие приемную камеру 1 с внешним пространством и перекрытые изначально золотниковым клапаном (форклапаном) 21.
Работа глубинного пробоотборника
Перед спуском в скважину приемная камера заполняется машинным маслом, а балластная камера 2 и балластная камера «г» остаются заполненными воздухом при атмосферном давлении. Золотниковый клапан 12 находится в крайнем верхнем (открытом) положении. Глубинный пробоотборник на тросе или проволоке спускают внутрь насосно-компрессорных труб (НКТ) на заданную глубину для отбора пробы нефти.
При этом шарнирно установленные в каретке 17 собачки 18 под действием пружин 19 постоянно прижимаются к внутренним стенкам НКТ. При спуске пробоотборника на заданную глубину, где должна быть отобрана проба, начинают его подъем. При подъеме собачки 18 упираются в муфтовый стык НКТ. На устье скважины будет зафиксирована визуально или прибором кратковременная небольшая натяжка проволоки, что будет свидетельствовать о начале заполнения приемной камеры 1. При этом собачки 18 смещаются вниз относительно штока 15, увлекая за собой каретку 17 и связанный с ней золотниковый форклапан 21, затем собачки 18 снимаются с муфтового стыка НКТ, складываясь в прорезях каретки 17 и уходят в корзину 13, отверстия «б» открываются и через них нефть начинает поступать в глубинный пробоотборник. Происходит заполнение приемной камеры 1 через центральные отверстия и радиальные отверстия «д» и «е», выполненные в штоке 11. По мере заполнения приемной камеры 1 пробой нефти, поршень 7 смещается вверх до упора в торец верхнего переходника 3, вытесняя при этом с сопротивлением машинное масло в балластную камеру 2 через реле времени 4. Одновременно с этим под давлением нефти поршень 25 перемещается вниз, вытесняет масло из масляной камеры «в» через блок гидравлического сопротивления 26 в балластную камеру «г» и увлекает за собой посредством телескопического штока 27 золотниковый клапан 12 вниз, в сторону закрытия последнего. Реле времени 4 и блок гидравлического сопротивления 26 настроены таким образом, что время закрытия золотникового клапана 12 будет кратно (в 3-5 раз) больше, чем время заполнения приемной камеры 1, что гарантирует стопроцентное заполнение приемной камеры представительной пробой нефти. Глубинный пробоотборник с отобранной пробой нефти извлекается на поверхность уже с закрытым золотниковым клапаном 12, который перекрывает отверстие «е», то есть проба в приемной камере 1 остается закрытой. Глубинный пробоотборник отправляется в лабораторию для исследования. В лаборатории от пробоотборника отсоединяется балластная камера 2 с деталями и вся нижняя часть, включая корпус 24 и гайку 28 вместе со штоком 27. Оставшаяся после этого приемная камера с подсоединенным к штоку 11 штуцером устанавливается в исследовательскую установку, температура и давление в которой доводятся до пластовых условий и проводятся все необходимые исследования отобранной пробы нефти по существующей технологии.
Решением технической задачи является конструктивное выполнение устройства, содержащего два клапана, из которых первый, закрывающий пробу в приемной камере выполнен золотниковым с тремя рядами уплотнений и установлен снаружи жестко закрепленного к корпусу штока с двумя рядами радиальных отверстий, что позволяет существенно облегчить управление этим клапаном при отборе и анализе пробы в лабораторных условиях. Причем, блок гидравлического сопротивления для задержки времени закрытия первого золотникового клапана выполнен регулируемым, что позволяет сократить затраты времени на отбор пробы при небольших давлениях в скважине.
Второй золотниковый клапан (форклапан) жестко связан с кареткой, зафиксирован на корпусе от преждевременного открытия с помощью шарикового затвора, что обеспечивает открытие форклапана только в момент зацепления собачек, установленных на каретке, за стыки труб при подъеме пробооотборника. Тем самым исключается несанкционированное открытие форклапана даже в очень глубоких скважинах.
В настоящее время проведены стендовые испытания и опытный образец подготовлен к испытаниям в скважне. Внедрение предполагается во второй половине 2011 г.