Устройство для определения уровня масла в скважине
DEVICE FOR DETERMINING THE OIL LEVEL IN A WELL

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся, но без ограничений, к области оборудования для исследования нефтяных скважин, в частности, к устройству для определения уровня масла в скважине.
Предпосылки создания изобретения
В скважинных приборах, таких как прибор для вращательного бокового колонкового бурения, гидравлическое масло широко используется в качестве рабочей среды, и объем используемого гидравлического масла относительно большой. Под влиянием изменений температуры и давления окружающей среды объем гидравлического масла значительно изменяется. Для уменьшения влияния давления и температуры в скважине на изменение объема гидравлического масла обычно используется уравновешивающий поршень с целью компенсации, чтобы уменьшить влияние температуры окружающей среды и давления в стволе скважины на систему.
В процессе вращательного колонкового бурения буровое долото вращается с высокой скоростью в условиях высокой температуры и высокого давления в скважине, поэтому требования к технологии механического вращательного динамического уплотнения в скважине являются высокими. Из-за большой разницы давлений между стволом скважины и пластом, а также влияния высокотемпературной окружающей среды и из-за сложной нагрузки на буровое долото часто возникает отказ механического уплотнения. Для технологии механического вращающегося динамического уплотнения небольшая утечка может снизить трение и повысить механический КПД, но чрезмерная утечка приведет к повреждению прибора. В случае слишком быстрой утечки гидравлического масла и слишком большой величины утечки, риск при эксплуатации скважинного прибора для вращательного колонкового бурения чрезвычайно высок, что может привести к повреждению прибора или даже привести к аварии с проникновением скважинного бурового раствора, что приведет практически к полному повреждению прибора.
Краткое описание изобретения
Ниже приводится краткое описание объекта настоящего изобретения, подробно описанного в настоящем раскрытии. Это краткое описание не предназначено для ограничения объема правовой охраны формулы изобретения.
Вариант осуществления настоящего изобретения раскрывает устройство для определения уровня масла в скважине, которое способно определять уровень масла, представляющего собой гидравлическое масло, в скважинном приборе в режиме реального времени, что тем самым позволяет избежать серьезных аварий, вызванных чрезмерной утечкой гидравлического масла.
Вариант осуществления настоящего изобретения раскрывает устройство для определения уровня масла в скважине, содержащее установочный корпус и уравновешивающий цилиндр, установленный на установочном корпусе. Уравновешивающий цилиндр содержит тело цилиндра и подвижный поршень, натяжную пружину поршня, подвижный шток, нажимную пружину подвижного штока, датчик перемещения, ограничивающую конструкцию и зажимную конструкцию, которые установлены в теле цилиндра. Один конец натяжной пружины поршня зафиксирован на одном конце тела цилиндра, а другой конец натяжной пружины поршня соединен с первой стороной подвижного поршня. Первая сторона подвижного поршня дополнительно соединена с одним концом натяжной пружины подвижного штока. Другой конец нажимной пружины подвижного штока соединен с одним концом подвижного штока, и другой конец подвижного штока оснащен датчиком перемещения. Датчик перемещения выполнен с возможностью измерения перемещения подвижного поршня. Другой конец подвижного штока оснащен ограничивающей конструкцией. Первая сторона подвижного поршня соединена с зажимной конструкцией. Подвижный поршень выполнен с возможностью приведения подвижного штока в движение посредством взаимодействия между зажимной конструкцией, ограничивающей конструкцией и нажимной пружиной подвижного штока.
Остальные аспекты станут понятны после прочтения и понимания краткого описания графических материалов и вариантов осуществления настоящего изобретения.
Краткое описание графических материалов
При рассмотрении совместно с графическими материалами со ссылкой на следующее описание можно полнее и лучше понять варианты осуществления настоящего изобретения и можно легко узнать многие сопутствующие преимущества. Однако описанные здесь графические материалы используются для обеспечения понимания вариантов осуществления настоящего изобретения и составляют часть вариантов осуществления настоящего изобретения. Проиллюстрированные варианты осуществления настоящего изобретения и их описание используются для объяснения настоящего изобретения и не представляют собой ограничение в отношении настоящего изобретения, в котором:
фиг. 1 представляет собой принципиальную схему конструкции устройства для определения уровня масла в скважине согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе устройства для определения уровня масла в скважине, показанного на фиг. 1, взятый вдоль линии А-А, согласно некоторым примерным вариантам осуществления;
фиг. 3 представляет собой увеличенный вид конструкции части В, показанной на фиг. 2, согласно некоторым примерным вариантам осуществления;
фиг. 4 представляет собой увеличенный вид конструкции части С, показанной на фиг. 2, согласно некоторым примерным вариантам осуществления;
фиг. 5 представляет собой принципиальную схему конструкции уравновешивающего цилиндра согласно некоторым примерным вариантам осуществления; и
фиг. 6 представляет собой принципиальную схему конструкции фиксирующей втулки согласно некоторым примерным вариантам осуществления.
Описание ссылочных позиций:
1 - установочный корпус, 2 - уравновешивающий цилиндр, 21 - подвижный поршень, 22 - натяжная пружина поршня, 23 - подвижный шток, 231 - кольцевая ступенька, 24 - нажимная пружина подвижного штока, 25 - тело цилиндра, 26 - фиксирующая муфта, 27 - фиксирующая втулка, 271 - радиальный выступ, 3 - датчик перемещения, 31 - фиксирующий конец, 32 - скользящий конец, 33 - фиксирующий шток, 4 - верхняя фиксирующая головка, 5 - нижняя фиксирующая головка, 6 - уплотнительная заглушка, 7 - резьбовое отверстие, 8 - сообщающее отверстие для прохождения масла и провода.
Подробное описание
Графические материалы иллюстрируют варианты осуществления настоящего  изобретения.
Варианты осуществления настоящего изобретения описаны ниже, и примеры вариантов осуществления показаны на сопроводительных графических материалах, на которых идентичные или аналогичные ссылочные позиции по всему тексту обозначают идентичные или аналогичные элементы или элементы, имеющие идентичные или аналогичные функции. Варианты осуществления, описанные ниже со ссылкой на графические материалы, являются примерными и предназначены только для объяснения вариантов осуществления настоящего изобретения, но не могут быть истолкованы в качестве ограничений в отношении вариантов осуществления настоящего изобретения.
При колонковом бурении гидравлический двигатель используется для приведения в движение бурового долота для бурения колонки, что требует большого количества гидравлического масла. В условиях высокой температуры или высокого давления объем гидравлического масла значительно меняется. Во избежание возникновения вышеупомянутой неисправности в скважине заявитель настоящего изобретения в ходе исследования обнаружил, что, если изменение положения уравновешивающего поршня может быть обнаружено в реальном времени, величина утечки и скорость утечки гидравлического масла могут точно определяться, так что можно полностью предотвратить повреждение прибора и можно избежать нежелательных явлений, таких как проникновение скважинного бурового раствора.
Вариант осуществления настоящего изобретения раскрывает устройство для определения уровня масла в скважине. Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, устройство для определения уровня масла в скважине содержит установочный корпус 1 и уравновешивающий цилиндр 2, причем уравновешивающий цилиндр 2 установлен на установочном корпусе 1. Уравновешивающий цилиндр 2 содержит тело 25 цилиндра и подвижный поршень 21, натяжную пружину 22 поршня, подвижный шток 23, нажимную пружину 24 подвижного штока, датчик 3 перемещения, ограничивающую конструкцию и зажимную конструкцию, которые установлены в теле 25 цилиндра. Один конец натяжной пружины 22 поршня зафиксирован на одном конце тела 25 цилиндра, а другой конец натяжной пружины 22 поршня соединен с первой стороной подвижного поршня 21. Первая сторона подвижного поршня 21 дополнительно соединена с одним концом натяжной пружины 24 подвижного штока. Другой конец нажимной пружины 24 подвижного штока соединен с одним концом подвижного штока 23. Другой конец подвижного штока 23 оснащен датчиком 3 перемещения, выполненным с возможностью измерения перемещения подвижного поршня 21. Датчик 3 перемещения выполнен с возможностью измерения перемещения подвижного поршня 21. Другой конец подвижного штока 23 оснащен ограничивающей конструкцией. Первая сторона подвижного поршня 21 дополнительно соединена с зажимной конструкцией. Подвижный поршень 21 приводит подвижный шток 23 в движение посредством взаимодействия зажимной конструкции, ограничивающей конструкции и нажимной пружины 24 подвижного штока.
Устройство для определения уровня масла в скважине, раскрытое в вариантах осуществления настоящего изобретения, определяет уровень масла, представляющего собой гидравлическое масло, в скважинном приборе путем обнаружения перемещения подвижного поршня, причем скважинный прибор заранее поднимается для технического обслуживания, когда уровень масла является ненормальным, что тем самым позволяет избежать серьезных аварий, таких как проникновение скважинного бурового раствора. Кроме того, устройство для определения уровня масла в скважине, раскрытое в вариантах осуществления настоящего изобретения, имеет относительно простую конструкцию, высокую надежность работы и длительный срок службы, что таким образом значительно улучшает практическую применимость устройства для определения уровня масла в скважине.
В некоторых примерных вариантах осуществления рабочий процесс устройства для определения уровня масла в скважине выглядит следующим образом: как показано на фиг. 2, левая сторона подвижного поршня 21 находится в сообщении со скважинным буровым раствором, а правая сторона подвижного поршня 21 находится в сообщении с резервуаром для гидравлического масла внутри скважинного прибора, который находится в исходном состоянии до ввода масла. Когда резервуар для гидравлического масла полностью заполняется маслом (т.е. правая сторона подвижного поршня 21 заполняется гидравлическим маслом), подвижный поршень 21 перемещается влево, и натяжная пружина 22 поршня растягивается; в то время как внутренняя нажимная пружина 24 подвижного штока из-за своего исходного состояния, которое является сжатым, будет упираться в подвижный шток 23 вправо (т.е. нажимная пружина 24 подвижного штока прижимается к подвижному штоку 23, а подвижный шток 23 не двигается относительно тела 25 цилиндра). После того как подвижный поршень 21 перемещается влево на определенное расстояние (расстояние устанавливается как S1, затем положение подвижного поршня устанавливается как L1), подвижный поршень 21 и подвижный шток 23 соединяются ограничивающей конструкцией, так что подвижный шток 23 и подвижный поршень 21 синхронно перемещаются влево. Предельное расстояние (конечная точка) движения влево подвижного поршня 21 и подвижного штока 23 достигается, когда подвижный поршень 21 упирается в левую концевую часть уравновешивающего цилиндра 2 (например, в нижнюю фиксирующую головку 5). Расстояние между положением, в котором подвижный поршень 21 и подвижный шток 23 начинают двигаться вместе, и самым левым крайним положением, достигаемым подвижным поршнем и подвижным штоком, устанавливается как S2, а положение подвижного поршня в это время устанавливается как L2. Поскольку подвижный шток 23 оснащен надлежащими компонентами датчика 3 перемещения, расстояние (т.е. S2), на которое подвижный шток 23 перемещается вместе с подвижным поршнем 21, может быть определено, а максимальное расстояние, на которое подвижный поршень 21 фактически перемещается, составляет S1+S2. При фактическом колонковом бурении, после того как внутренний резервуар для масла полностью заполняется маслом, необходимо продолжить ввод масла, так что расстояние, на которое подвижный поршень 21 перемещается влево от исходного состояния, будет больше, чем S1, и меньше, чем S1+S2, чтобы гарантировать, что давление гидравлического масла в приборе превышает давление пластового бурового раствора.
В некоторых примерных вариантах осуществления диапазон измерения датчика 3 перемещения может быть выбран так, чтобы быть меньше, чем S1+S2. Когда объем гидравлического масла в резервуаре для масла уменьшается, подвижный поршень 21 перемещается вправо, и датчик 3 перемещения все еще может определять положение подвижного поршня 21. Если объем гидравлического масла в резервуаре для масла продолжает уменьшаться, когда подвижный поршень 21 справа перемещается вправо от положения L1 (то есть перемещение подвижного поршня 21 из положения в исходном состоянии влево меньше, чем S1), датчик 3 перемещения не может продолжать обнаруживать изменение перемещения подвижного поршня 21 (датчик 3 перемещения может обнаруживать только S2, но не может обнаруживать S1). В это время гидравлического масла в резервуаре для гидравлического масла прибора становится недостаточно, и он не может продолжать работу. Необходимо отключить прибор и поднять его из устья скважины, чтобы избежать серьезного повреждения прибора из-за того, что возникает проникновение скважинного бурового раствора, вызванное попаданием бурового раствора в резервуар для масла прибора. Расстояние перемещения S1+S2 подвижного поршня 21 может превышать максимальный диапазон измерения датчика 3 перемещения. Однако при фактической эксплуатации следует обращать внимание на то, чтобы внутреннее давление в резервуаре для гидравлического масла не было чрезмерно высоким, что приводит к тому, что подвижный поршень перемещается в крайнее положение, что в дальнейшем приводит к тому факту, что, когда гидравлическое масло внутри резервуара для масла расширяется, подвижный поршень не может продолжать движение, и увеличение объема, вызванное расширением масла, не может быть компенсировано, что приводит к чрезмерно высокому внутреннему давлению в резервуаре для гидравлического масла и повреждению скважинного прибора.
В некоторых примерных вариантах осуществления, как показано на фиг. 2-4, зажимная конструкция содержит фиксирующую муфту 26 и фиксирующую втулку 27. Один конец фиксирующей муфты 26 соединен с первой стороной подвижного поршня 21, а другой конец фиксирующей муфты 26 дополнительно соединен с фиксирующей втулкой 27. Фиксирующая втулка 27 взаимодействует с ограничивающей конструкцией.
В некоторых примерных вариантах осуществления фиксирующая муфта 26 охватывает снаружи подвижный шток 23 и нажимную пружину 24 подвижного штока, а натяжная пружина 22 поршня охватывает снаружи фиксирующую муфту 26.
В некоторых примерных вариантах осуществления как фиксирующая муфта 26, так и фиксирующая втулка 27 охватывают снаружи подвижный шток 23. Ограничивающая конструкция представляет собой кольцевую ступеньку. Фиксирующая втулка 27 оснащена выступом в соответствующем положении, и фиксирующая втулка 27 приводит подвижный шток 23 в движение, упираясь выступом в кольцевую ступеньку. Конструкция фиксирующей втулки показана на фиг. 6.
В некоторых примерных вариантах осуществления подвижный поршень 21 соединен с фиксирующей муфтой 26. Фиксирующая муфта 26 расположена между натяжной пружиной 22 поршня и нажимной пружиной 24 подвижного штока. Фиксирующая втулка 27 предусмотрена на конце фиксирующей муфты 26. Один конец фиксирующей втулки 27, удаленный от фиксирующей муфты 26, оснащен множеством радиальных выступов. Ограничивающая конструкция в среднем положении подвижного штока 23 предусмотрена в виде кольцевой ступеньки. Когда фиксирующая втулка 27 перемещается в среднее положение подвижного штока 23, радиальные выступы упираются в кольцевую ступеньку, тем самым заставляя фиксирующую втулку 27 приводить подвижный шток 23 в совместное движение. После того как подвижный поршень 21 приводит фиксирующую муфту 26 и фиксирующую втулку 27 в движение влево на расстояние S1, коническая поверхность фиксирующей втулки 27 контактирует с конической поверхностью подвижного штока 23, так что подвижный шток 23 перемещается влево вместе с подвижным поршнем 21. Конец фиксирующей втулки 27 рядом с верхней фиксирующей головкой 4 дополнительно оснащен фаской (направляющей поверхностью), которая помогает фиксирующей втулке входить в часть в виде паза верхней фиксирующей головки 4.
В некоторых примерных вариантах осуществления, как показано на фиг. 3 и фиг. 5, верхняя фиксирующая головка 4 смонтирована на одном конце тела 25 цилиндра, оснащенном подвижным штоком 23, и верхняя фиксирующая головка 4 выполнена с возможностью закрывания одного конца тела 25 цилиндра.
В некоторых примерных вариантах осуществления, как показано на фиг. 3 и фиг. 5, другой конец тела 25 цилиндра, удаленный от верхней фиксирующей головки 4, оснащен нижней фиксирующей головкой 5, выполненной с возможностью закрывания другого конца тела 25 цилиндра.
В некоторых примерных вариантах осуществления верхняя фиксирующая головка 4 и нижняя фиксирующая головка 5 соответственно выполнены с возможностью закрывания двух сторон уравновешивающего цилиндра 2. Как верхняя фиксирующая головка 4, так и нижняя фиксирующая головка 5 оснащены резьбовыми отверстиями 7. Уравновешивающий цилиндр 2 смонтирован на установочном корпусе 1 за счет прохождения винтов через резьбовые отверстия 7, что удобно для разборки и технического обслуживания.
В некоторых примерных вариантах осуществления нижняя фиксирующая головка 5 оснащена сквозным отверстием для введения внешнего бурового раствора в полость на левой стороне подвижного поршня 21 в уравновешивающем цилиндре 2.
В некоторых примерных вариантах осуществления другой конец уравновешивающего цилиндра 2 оснащен сообщающим отверстием 8 для прохождения масла и провода, предназначенным для соединения с резервуаром для масла и введения гидравлического масла в полость на правой стороне подвижного поршня 21.
В некоторых примерных вариантах осуществления, как показано на фиг. 2 и фиг. 3, верхняя фиксирующая головка 4 оснащена фиксирующим концом 31 датчика 3 перемещения. Один конец подвижного штока 23 рядом с верхней фиксирующей головкой 4 оснащен скользящим концом 32 датчика 3 перемещения.
В некоторых примерных вариантах осуществления фиксирующий конец 31 датчика 3 перемещения дополнительно соединен с фиксирующим штоком 33, причем фиксирующий шток 33 проходит через скользящий конец 32 датчика 3 перемещения, подвижный шток 23 и нажимную пружину 24 подвижного штока. Расположение датчика 3 перемещения позволяет датчику перемещения измерять перемещение подвижного штока 23 и дополнительно измерять перемещение подвижного поршня 21, чтобы определить уровень масла, представляющего собой гидравлическое масло, в приборе, тем самым предотвращая возникновение нежелательных случаев, таких как проникновение скважинного бурового раствора.
В некоторых примерных вариантах осуществления уплотнительная заглушка 6 установлена с другой стороны подвижного поршня 21, а подвижный поршень 21 и уплотнительная заглушка 6 разделяют тело 25 цилиндра на две отдельные полости. Как показано на фиг. 2, когда уплотнительная заглушка 6 установлена на подвижном поршне для разделения тела 25 цилиндра на две отдельные полости, все из натяжной пружины 22 поршня, подвижного штока 23, нажимной пружины 24 подвижного штока и датчика 3 перемещения и т.п.находятся в полости справа. Уплотнительная заглушка 6 может быть выполнена в форме уплотнения, представляющего собой большую уплотнительную заглушку в сочетании с небольшой уплотнительной заглушкой.
В некоторых примерных вариантах осуществления устройство для определения уровня масла в скважине встроено в колонну скважинного прибора, причем его нижняя часть может быть соединена с коротким патрубком гидравлического управления, а его верхняя часть может быть соединена с сообщающим коротким патрубком управления. На верхней фиксирующей головке 4, нижней фиксирующей головке 5 и уплотнительной заглушке 6 предусмотрены уплотнительные кольца для повышения уплотняющих характеристик устройства. Верхняя фиксирующая головка 4 дополнительно оснащена сообщающим отверстием 8 для прохождения масла и провода для обеспечения того, чтобы масло могло попадать в полость справа от резервуара для масла, а провод датчика 3 перемещения мог быть выведен наружу и т.д. Кольцо для предотвращения попадания бурового раствора дополнительно предусмотрено на окружности левой стороны подвижного поршня 21 в контакте с телом 25 цилиндра, чтобы гарантировать, что буровой раствор не попадет в полость справа через сочленение между подвижным поршнем 21 и телом 25 цилиндра, когда подвижный поршень 21 перемещается влево. Подвижный шток 23 перемещается внутри фиксирующей втулки 27. Гидравлическое масло может присутствовать с обеих сторон фиксирующей втулки 27. Кроме того, поскольку площадь контакта между фиксирующей втулкой 27 и подвижным штоком 23 относительно небольшая, сопротивление перемещению меньше, и перемещение является гибким.
В некоторых примерных вариантах осуществления техническое обслуживание устройства для определения уровня масла в скважине является удобным. При выполнении технического обслуживания уравновешивающего цилиндра 2 перемещение провода практически не требуется. С помощью крепежных винтов уравновешивающий цилиндр 2 может быть отсоединен непосредственно от установочного корпуса 1 для отдельного технического обслуживания, что очень удобно.
В некоторых примерных вариантах осуществления при техническом обслуживании уравновешивающего цилиндра 2 отдельно от установочного корпуса 1 фиксирующий конец 31 датчика 3 перемещения фиксируется на верхней фиксирующей головке 4 уравновешивающего цилиндра 2. Отсоединив сначала технологическую заглушку на верхней фиксирующей головке 4, фиксирующий конец 31 датчика 3 перемещения можно быстро отсоединить без отсоединения подвижного поршня 21 и натяжной пружины 22 поршня, что таким образом позволяет избежать случая, при котором сначала требуется отсоединение натяжной пружины 22 поршня и подвижного поршня 21, что может повредить фиксирующий конец 31 датчика 3 перемещения.
В некоторых примерных вариантах осуществления устройство для определения уровня масла в скважине, описанное в вариантах осуществления настоящего изобретения, может определять скорость утечки гидравлического масла в соответствии со скоростью перемещения подвижного поршня 21. В соответствии с разными скоростями движения подвижного поршня 21 в разных положениях определяется положение утечки, таким образом, практическая применимость устройства для определения уровня масла в скважине значительно улучшается.
Вышеупомянутые варианты осуществления используются только для иллюстрации настоящего изобретения, но не ограничивают объем правовой охраны настоящего изобретения. Объем правовой охраны настоящего изобретения определяется формулой изобретения. В соответствии с технологией, широко известной в данной области техники, и техническими решениями, описанными в настоящем изобретении, можно вывести или представить множество вариантов, и все эти варианты также следует истолковывать как подпадающие под объем правовой охраны настоящего изобретения.