УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ СКВАЖИННОЙ ПРОДУКЦИИ
DEVICE FOR SAMPLING WELL PRODUCT

Изобретение относится к нефтяной промышленности и относится к устройствам по отбору проб для определения состава продукции нефтедобывающих скважинах по нефти и попутной воде. Рекомендуемая область применения изобретения - нефтедобывающие высокообводненные скважины, продукция которых имеет тенденцию к гравитационному разделению на воду и нефть.
Обводненность скважинной продукции на нефтяных месторождениях или содержание нефти и воды в добываемой скважинной жидкости является важнейшим информационным параметром в нефтедобывающих предприятиях. Существует несколько методик и технологий по определению обводненности скважинной нефти, основным из которых является отбор устьевых проб скважинной жидкости объемом 0,4-1,5 литра и определение в лабораторных условиях в такой пробе доли нефти и воды. При гравитационном разделении скважиной продукции перед пробоотборной точкой на прослои с различным содержанием нефти и воды существует вероятность несоответствия отобранной пробы составу скважинной продукции, транспортируемой по выкидной линии (ВЛ) устья скважины.
Известны два решения обозначенной проблемы. Можно добиться гомогенности скважинной продукции в ВЛ перед штатным устьевым пробоотборником согласно требованию пункта 2.13.1.4 ГОСТ 2517-85 «Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб (Изд-во стандартов, 2001. - 25 с.).
3
Второе направление - это определение обводненности добываемой нефти путем отбора объемной пробы скважинной продукции - когда вся скважинная продукция направляется в емкость объемом 1-6 м. В дальнейшем содержание такой пробы значительного объема анализируется двумя способами.
Способ первый. Еще при отборе скважинной жидкости в емкость в падающую струю добавляют деэмульгатор для ускорения разделения в емкости нефти и воды. Через достаточно продолжительное время (от нескольких часов до суток) оценивают толщину слоя нефти над водой одним из приемлемых способов, например, по данным источников:
- патент РФ на изобретение №2267765 Устройство для определения толщины слоя нефти над водой. - Опубл. 10.01.2006. - Бюл. 1;
- патент РФ на изобретение №2452933 Пробоотборник для определения толщины слоя нефти над водой. - Опубл. 10.06.2012. Бюл. 16.
- книга Эксплуатация месторождений нефти в осложненных условиях / И.А. Галикеев, В.А. Насыров, А.М. Насыров. - Ижевск: ООО «Парацельс Принт», 2015. - 354 с. (страница 341).
Недостаток этих технических решений проявляется в том, что для оценки состава объемной пробы необходимо время. Персонал должен приходить на скважину, уходить и вновь приходить для получения результата, поэтому имеются повышенные транспортные расходы.
Способ второй. Сразу после отбора объемной пробы и ее полной дегазации в течение нескольких минут отбирают представительную пробу для изучения в лабораторных условиях путем спуска сквозь всю толщу жидкости в емкости цилиндрической отсекающей трубки. В днище емкости имеется гнездо-отверстие с закрытым вентилем (задвижкой), к которому и закрепляется трубка с вырезанной пробой из общего состава емкости. Данная технология описана в статье Чудина В.И. «Об отборе образцовой пробы из потока продукции скважины» / Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. - 2003. - №12. - С. 11-16. По данному способу нет необходимости выжидать несколько часов для достижения расслоения отобранной жидкости на нефть и воду. В статье нет технического описания узла соединения цилиндрической трубки с отверстием в днище емкости. Без решения этого вопроса будет невозможным герметизация внутреннего пространства трубки от внешней среды.
В книге авторов Васильевский В.Н., Петров А.И. «Оператор по исследованию скважин» (Учебник для рабочих. - М.: Недра, 1983. - 310 с.) на стр. 104 описан способ отсечения жидкости из мерника скважины, основанный на том, что трубка входит в сырую глину, и тем самым обеспечивается герметизация пробы от окружающей жидкости. Способ трудоемок, требует наличия глины и не исключает разгерметизации соединения.
Технической задачей при составлении изобретения стала необходимость создания узла соединения отсекающей трубки с отверстием в днище емкости объемной пробы продукции нефтяной скважины. К такому устройству предъявляются следующие требования:
- наличие узла не должно влиять на компонентный состав жидкости в емкости при его отборе и кратковременном хранении;
- соединение отсекающей трубки с днищем должно быть выполнено с внешней стороны трубки, простым и легким в исполнении;
- должна обеспечиваться герметичность соединения.
Поставленная техническая задача по сути устройства, состоящего из вертикальной тонкостенной отсекающей трубки и узла герметизации нижнего отверстия трубки в соответствующем приемном гнезде днища емкости для сбора скважинной продукции, решена тем, что нижняя часть отсекающей трубки снабжена со своей внешней стороны ободком, кромка которого по периметру имеет закругленный профиль, приемное отверстие в днище емкости соответствует внешнему диаметру трубки, днище емкости снабжено вокруг отверстия герметизирующим кольцом из маслостойкой резины, по периметру резинового кольца на высоту, превышающую высоту налива жидкости в емкость, расположены направляющие стержни для удобного и вертикального спуска отсекающей трубки сквозь набранную в емкость жидкость, причем в верхней части направляющих стержней расположена внутренняя резьба с крупным шагом. В верхней части отсекающей трубки расположена ответная внешняя резьба с аналогичным шагом для осуществления соединения трубки и днища емкости и прижатия закругленной кромки ободка трубки к резиновому кольцу. Верхняя часть трубка снабжена поворотным штурвалом для вращения трубки вокруг своей оси и проведения спуска и подъема трубки из емкости.
Схема устройства и взаимное отношение составных частей заявляемого устройства приведены на фиг. 1, где 1 - отсекающая трубка, 2 - ободок трубки, 3 - кромка ободка с закругленным профилем, 4 - резиновое герметизирующее кольцо, 5 - внешняя соединительная резьба на трубке, 6 - ответная внутренняя соединительная резьба на направляющих стержнях, 7 - направляющие стержни, 8 - шаровой вентиль, 9 - поворотный штурвал, 10 - емкость сбора скважинной продукции, 11 - кольцо жесткости стержней, 12 - максимально возможный уровень жидкости в емкости.
На фиг. 2 приведен разрез по горизонтальной плоскости А-А, содержащий элементы 1, 2 и 7.
Направляющие стержни 7 выполнены в виде полосообразных пластин, расположенных по окружности и соосно отверстию в днище емкости 10. Для придания неподвижности в верхней части стержни 7 объединены кольцом жесткости 11.
Устройство эксплуатируется следующим образом. В емкость 10 подают продукцию нефтедобывающей скважины до тех пор, пока уровень жидкости 12 не приблизится до верхних - закругленных частей направляющих стержней 7. Не дожидаясь гравитационного разделения скважинной продукции в емкости на нефть и воду, начинают отбор пробы для последующего анализа в аналитической лаборатории. Трубку 1 поднимают за штурвал 9 и плавно опускают в пространство между направляющими стержнями 7. Отсекающую трубку опускают по направляющим стержням до момента соприкосновения двух частей резьбовой пары, то есть элементов 5 и 6. Путем поворота корпуса 1 вдоль своей оси на несколько полных оборотов (1 оборот - 360°) трубка 1 вводится в резьбовое соединение пары 5-6, тем самым происходят два события:
- отсекающая трубка жестко крепится к направляющим стержням и днищу емкости 10;
- происходит герметизация внутреннего пространства трубки 1 от остальной жидкости, находящейся в емкости благодаря торцевой герметизации путем прижатия закругленной кромки 3 ободка 2 к кольцу 4.
В отсекающей трубке будет находиться жидкостной состав, аналогичный отобранной в емкость скважинной жидкости, поэтому такая отсеченная проба будет объективно характеризовать обводненность продукции скважины. Находящаяся в трубке жидкость сливается в тару путем открытия шарового вентиля 8, и в дальнейшем ее состав определяется в лабораторных условиях.
Существенными отличиями в заявленном техническом решении, на наш взгляд, являются следующие элементы.
1. Внутренняя резьба 6 резьбовой пары 5-6 зафиксирована на направляющих стержнях 7, которые расположены дискретно и равномерно вокруг отверстия в днище емкости 10. Благодаря этим разрывам скважинная продукция в емкости будет находиться в каждой плоскости (на каждом горизонтальном уровне) в равномерно распределенном состоянии. Это будет гарантировать объективность отсеченной пробы в трубке 1 составу жидкости в емкости 10.
2. Торцевое уплотнение пары «ободок 2 - резиновое кольцо 4» дополнено кромкой 3 с закругленным профилем. Такая кромка выполняет три важные функции:
- при наличии случайных механических примесей на резиновом кольце при повороте трубки 1 и ободка 2 произойдет плавное вытеснение примесей за пределы кромки 3, что приведет к более качественному соприкосновению поверхностей;
- кромка 3 плотно прижмется к кольцу 4 при меньшей вертикальной силе и приложенному поворотному моменту сил к штурвалу 9;
- закругленная форма кромки 3 не изрежет резиновое кольцо 4, тем самым обеспечит длительную эксплуатацию этой торцевой пары.
3. Наличие штурвала 9 обеспечит плавное движение трубки 1 по направляющим стержням 7, легкое и плавное соединение резьбовой пары 5-6 и торцевого уплотнения пары 3-4.
4. Преднамеренное отдаление резьбовой пары 5-6 от узла герметизации обеспечивает два положительных эффекта:
- при спуске отсекающей трубки 1 сквозь толщу жидкости в емкости исчезает эффект парусности от внешней резьбы 5 (эффект выдавливания объема воды, находящейся ниже резьбы 5, на периферию при движении трубки вниз);
- повышается люфт кромки 3 ободка 2, то есть появляется возможность незначительного перемещения кромки 3 по горизонтальной плоскости резинового кольца 4, вследствие чего при каждом прижатии кромки 3 к кольцу 4 будет каждый раз сминаться новый кольцевой участок поверхности резинового кольца; это обеспечит более длительный срок службы резинового кольца 4.
Устройство для отбора проб дает возможность нефтяникам отбирать объемную пробу скважинной продукции и оценивать ее состав за короткий период времени, не дожидаясь гравитационного разделения на нефть и воду. В отличие от прототипа предложено техническое решение по герметизации жидкости в отсекающей трубке от окружающей среды, одновременно повышена представительность отсеченной в трубке пробы жидкости и увеличен срок эксплуатации устройства.