УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ГЛУБИННОЙ ПРОБЫ В КАМЕРУ ПРОБООТБОРНИКА

Устройство предназначено для использования в нефтегазовой промышленности, в частности для отбора глубинных проб добываемого продукта на различных стадиях разработки месторождений углеводородного сырья.
Для отбора кондиционной глубинной пробы необходимо вызвать приток из пласта. Для этого исследуемый интервал герметизируют от внутрискважинного пространства и создают в нем депрессию давления с помощью насоса или другим известным способом. Поскольку пластовое давление может быть меньше давления в скважине (например, при освоении скважины, задавленной раствором глушения), то без принятия специальных мер по герметизации камеры пробоотборника при снятии герметизации с исследуемого интервала, происходит проникновении под большим давлением части скважинной жидкости в приемную камеру пробоотборника. Это неминуемо приводит к порче глубинной пробы.
Известно устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника (пат. РФ на ПМ №3638). 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 отбора глубинных проб из скважины (пат. РФ №2344290), в котором в качестве устройства управления подачей глубинной пробы используют гидрореле, управляемое электрическим током, поступающим из модуля управления и интерфейса обмена информацией, использующего упругие механические колебания, возбуждаемые на корпусе устройства, и помехоустойчивое кодирование информации для управления работой устройства. С 2008 г в России выпускается глубинный пробоотборник СИМСП20 ВМ с электрически экономным управляемым процессом отбора глубинных проб согласно данному патенту.
Известен глубинный пробоотборник (пат РФ 2360109), в котором забор проб осуществляется в пробоприемную камеру с помощью клапанного узла, являющегося устройством управления подачей глубинной пробы.
Известен глубинный пробоотборник, содержащий модуль гидропривода, включающий электромагнитный клапан (пат РФ 69150). При поступлении управляющей команды либо по таймеру, либо по геофизическому кабелю с поверхности электронный модуль включает электромагнитный клапан, который расположен в поршне модуля гидропривода.
Перечисленные устройства обладают общим недостатком, заключающимся в не герметичности приемной камеры пробоотборника под действием давления окружающей среды, превышающего давление глубинной пробы.
Наиболее близким техническим решением является устройство для закрытия клапанов пробоотборника (пат РФ №107276). Устройство содержит два клапана, телескопический шток, каретку с собачками, масляную и балластную (воздушную) камеры, разделенные блоком гидравлического сопротивления для задержки закрытия по времени клапана, отличающееся тем, 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, а второй золотниковый клапан (форклапан) жестко связан с кареткой и зафиксирован на корпусе от преждевременного открытия с помощью шарикового затвора, а блок гидравлического сопротивления выполнен регулируемым. В данном устройстве сначала срабатывает механически управляемый посредством «каретки с собачками» второй золотниковый клапан (форклапан), а затем через некоторое время закрывается первый золотниковый клапан, управляемый гидравлически. Таким образом «каретка с собачками» запускает в работу весь пробоотборник.
Устройство обеспечивает доступ глубинной пробы лишь только в требуемый для этого момент (конкретно на первой же муфте при подъеме) и больше никогда. Недостатком данного устройства является излишняя механизация (выступающие рычаги) и дублирование узлов используемого для этого прототипа, то есть устройство содержит две масляные камеры, две балластные камеры и два гидравлических сопротивления.
Цель данной полезной модели состоит в упрощении механизма подачи глубинной пробы и надежного закупоривания приемной камеры пробоотборника, в том числе при величине давлении окружающей среды большим, чем давление в камере.
Поставленная цель достигается за счет использования устройства управления подачей глубинной пробы в камеру пробоотборника (13), содержащее два клапана (2 и 8) с механизмом управления, масляную камеру устройства (10), в которой установлен поршень (9). Механизм управления обоими клапанами состоит из гидравлического реле (11) и гидравлического усилителя (3), которым оснащен один из клапанов (2), установленный коаксиально в поршень (9), находящийся в масляной камере (10), а другой клапан (8) установлен на поршне (9). Масляная камера устройства (10) дополнительно оснащена гидравлической линией (4), соединенной с камерой пробоотборника.
При разработке устройства основное усилие было направлено на максимизацию использования управляемого режима истечения жидкости в балластную камеру при использовании гидравлической связи масляной камеры устройства обеспечения подачи глубинной пробы в камеру пробоотборника с масляной камерой пробоотборника. Это дает одинаковое давление в обоих камерах равное давлению окружающей среды и не приводит при открытии приемной камеры пробоотборника к гидравлическим ударам. Кроме того, при общей сборке в масляную камеру пробоотборника может быть не долита балластная жидкость (в разумных пределах) или уменьшения ее объема вследствие непродолжительно охлаждения (заправка маслом при комнатной температуре, а транспортировка при отрицательных температурах).
На рис.1 представлен общий вид устройства (А), общий вид глубинного пробоотборника для использования заявленного устройства (Б).
Устройство состоит из: 1 - отверстие второго клапана, 2 - второй клапан, 3 - гидравлический усилитель, 4 - гидравлическая линия, 5 - отверстие первого клапана,6 - корпус, 7 - входное отверстие устройства, 8 - первый клапан, 9 - поршень, 10 - масляная камера устройства, 11 - гидравлическое реле, 12 - масляная камера пробоотборника, 13 - приемная камера пробоотборника, 14 - разделительный поршень, 15 - модуль электроники, 16 - измеритель уровня отбора, 17 - балластная камера, 18 - регулятор давления, 19 - опорная втулка, 20 - обратный клапан приемной камеры пробоотборника.
Управление устройством осуществляется открытием гидравлического реле (11), на который подается электрическое питание из модуля электроники (15). Это приводит к истеканию балластной жидкости в балластную камеру (17) через регулятор давления (18) и гидравлическое реле (11) и как следствие к падению давления в масляной камере пробоотборника (12) и в масляной камере устройства (10), за счет гидравлической линии (4) с масляной камерой пробоотборника (12). Измеритель уровня отбора (16), установленный в балластной камере (17), показывает количество прибывшей балластной жидкости из масляной камеры пробоотборника (12) и позволяет косвенно судить о количестве принятой глубинной пробы.
Второй клапан (2) жестко связан с поршнем (9) и представляет монолитную конструкцию. Первый клапан (8), жестко связан с гидравлическим усилителем (3) давления и представляет собой монолитную конструкцию. Гидравлический усилитель (3) используют для ликвидации возможности преждевременного закрытия золотникового клапана, чтобы колебания величины давления в гидравлической системе, содержащей балластную жидкость, не помешали полному заполнению приемной части камеры пробоотборника. Оба клапана управляются гидравлически (с помощью гидравлического реле (14), а чтобы был приоритет в движении клапанов введен гидравлический усилитель (7) и гидравлическая линия (4).
Запуск в работу пробоотборника осуществляется по сигналу с каротажного кабеля или по таймеру от автономного источника пробоотборника. При этом контролируется давление масла в масляных камерах с помощью гидравлической линии (4). То есть пробоотборник не надо перемещать вверх в скважине, чтобы инициировать процесс отбора глубинной пробы, а запрограммировать по времени на поверхности и жестко установить в трубу. Это особенно важно, когда в лифтовой трубе уже установлено оборудование (например, инжекторный насос), через которое надо ниже опустить пробоотборник, висящий на проволоке и т.д.
Устройство работает следующим образом. На рис.2 показано устройство при спуске в скважину к исследуемому интервалу. Первый клапан (8) под действием усилителя давления находится в верхнем по отношению к поршню (9), положению, что обеспечивает сообщение между отверстием первого клапана (5) и отверстием второго клапана (1). Положение поршня (9) в процессе транспортировки к исследуемому интервалу скважины может меняться вверх и вниз так, что давление в масляной камере устройства (10) равно давлению масляной камеры пробоотборника (12) посредством 4 гидравлического сообщения через гидравлическую линию (4) и равно давлению окружающей среды. При этом гидравлическое реле (11) закрыто и уплотнение второго клапана (2) находится в зацеплении с корпусом (6), обеспечивая закрытое состояние второго клапана (2).
На рис 3 показано начало отбора глубинной пробы, при этом положение первого клапана (8) относительно поршня (9) не меняется из-за действия гидравлического усилителя (3). А поршень (9) смещается вниз из-за открытия гидравлического реле (11) и истечения балластной жидкости в балластную камеру (17). При этом второе уплотнение второго клапана (2) выходит из зацепления с корпусом (6), обеспечивая прохождение глубинной пробы в отверстие клапана (5) через обратный клапан (20) и далее в приемную камеру пробоотборника (13).
На рис 4 показано окончание процесса отбора глубинной пробы. Истечение балластной жидкости из масляной камеры (10) и масляной камеры пробоотборника (12) приводит к падению величины давления балластной жидкости так, что даже усиленное гидравлическим усилителем результирующая величина меньше давления окружающей пробоотборник среды. Это приводит в движение вниз гидравлический усилитель (3), увлекающий за собой первый клапан (8), который перекрывает отверстие первого клапана (5), разрывая сообщение с входным отверстием устройства (7). Гидравлическая линия (4) также смещается вниз, закрепленным на ней обратный клапан (20) перекрывает вход в приемную камеру пробоотборника (13).