УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ГЛУБИННЫХ ПРОБ ИЗ СКВАЖИНЫ

Настоящая полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для оценки пласта, через который проходит ствол скважины, а именно, для исследования глубинных проб из скважин.
Необходимость получения проб пластовой текучей среды из ствола скважины для химического и физического анализа осознается нефтяными компаниями в течение длительного времени. Пробы пластовой текучей среды обычно отбирают на как можно более ранней стадии эксплуатации продуктивного пласта для анализа на поверхности, а более конкретно, в специализированных лабораториях. Информация, которая обеспечивается таким анализом, имеет жизненно важное значение при планировании и разработке углеводородных коллекторов, а также при оценивании приемистости и отдачи продуктивного пласта.
В процессе получения проб текучей среды из подземного пласта могут возникать различные проблемы. Текучая среда вокруг ствола скважины, из которой получают пробы, обычно содержит загрязнители, такие как фильтрат бурового раствора, используемого при бурении скважины. Это материал часто загрязняет чистую или «первичную» текучую среду, содержащуюся в подземном пласте, когда его извлекают из среды, в результате чего текучая среда, как правило, непригодна для выборочного контроля и/или оценивания углеводородной текучей среды. Когда текучую среду извлекают в скважинный прибор, загрязнители, являющиеся результатом процесса бурения и/или окружающие ствол скважины, иногда попадают в пробоотборник вместе с текучей средой из окружающего пласта.
Для выполнения обоснованного анализа пласта предпочтительно иметь отобранную текучую среду достаточной чистоты, чтобы она адекватно представляла текучую среду, содержащуюся в пласте. Предпочтительно, чтобы текучая среда имела минимальную степень загрязнения для достаточного или приемлемого представления посредством него данного пласта при выборочном контроле и/или оценивании. Поскольку текучую среду отбирают через ствол скважины, глинистую корку, цемент и/или другие слои, то во время отбора проб трудно исключить загрязнение пробы текучей среды при протекании из пласта в скважинный прибор. Поэтому задача заключается в получении проб чистой текучей среды при небольшом загрязнении или отсутствии его.
В связи с тем, что поджатие водой снизу более легких углеводородов является универсальным способом добычи нефти и газа, степень обводнения на мелких и средних месторождениях носит тотальный характер. Таким образом, в глубинной пробе при проведении базовых исследований в скважинах с учетом не регулярности работы скважины имеет место быть глубинным отборам, при которых в приемной камере пробоотборника более 50% воды. Такая проба абсолютно не кондиционна. Поэтому в последнее время активно используется рекомбинация, которая не дает однозначности интерпретации полученных результатов лабораторных исследований. Большая порция примеси существенно искажает результаты лабораторного анализа.
Например, в патенте США №6301959 описан зонд для отбора проб с двумя гидравлическими линиями для извлечения пластовых текучих сред из двух интервалов в стволе скважины. Скважинные текучие среды извлекаются в защитную зону отдельно от текучих сред, извлекаемых в зону зонда. С помощью этого зонда удается уменьшать загрязнения пластовых текучих сред, всасываемых в скважинный инструмент. Узел зонда, предназначенный для применения со скважинным инструментом, расположенным в стволе скважины, окруженном слоем загрязненной текучей среды, и проходящим в подземном пласте, имеющем природную текучую среду, расположенную вне слоя загрязненной текучей среды, при этом узел зонда содержит корпус зонда, выполненный с возможностью выдвижения из скважинного инструмента, пакер, расположенный на корпусе зонда, содержащий дистальную поверхность, приспособленную для введения в плотный контакт с участком ствола скважины, и имеющий внешний диаметр и внутренний диаметр, при этом внутренний диаметр ограничен каналом, проходящим через пакер, и пакер дополнительно снабжен одним или несколькими каналами, выполненными в дистальной поверхности и расположенными с возможностью ограничения кольцевого прочистного заборника между внутренним и внешним диаметрами, множеством распорок, расположенных в одном или нескольких каналах и оперативно соединенных, ограничивая гибкое распорное кольцо, и по меньшей мере, один перепускной канал, проходящий через пакер, для пропускания одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций между одним или более каналами и первым впускным отверстием в корпусе зонда, сообщающимся посредством текучей среды со скважинным инструментом, пробоотборную трубку, плотно установленную в канале, проходящем через пакер, для пропускания природной текучей среды ко второму впускному отверстию в корпусе зонда, сообщающемуся посредством текучей среды со скважинным инструментом.
Известен скважинный инструмент для отбора проб пластовой текучей среды (пат. РФ 2373393), содержащий зонд для извлечения пластовой текучей среды из подземного пласта в скважинный прибор, основную выкидную линию, проходящую от зонда, для прохождения пластовой текучей среды из зонда в скважинный прибор, по меньшей мере, одну камеру пробоотборника, в рабочем состоянии соединенную с основной выкидной линией для сбора пластовой текучей среды и содержащую загрязненную часть и чистую часть пластовой текучей среды, и отводящую выкидную линию, в рабочем состоянии соединенную с камерой пробоотборника для избирательного удаления из камеры пробоотборника загрязненной части или чистой части пластовой текучей среды, обеспечивая удаление загрязнения из пластовой текучей среды. Инструмент дополнительно содержит сепаратор текучей среды, который представляет собой емкость, заполненную слоями гальки, химикатов, катализатора, активатора, деэмульгатора.
Известная система создавалась для разведки неосвоенных пластов (пропластков) скважин, выработавших свой ресурс.Обладая высокой эффективностью по исследованию, очистке пластового флюида и отбору глубинных проб, система обладает габаритами, позволяющими работать только в эксплуатационной колонне (диаметр прибора более 100 мм). Кроме того, высокая степень механизации системы требует высокого потребления энергии (питание по каротажному кабелю трехфазным напряжением, мощность несколько киловатт).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели относится глубинный пробоотборник (пат. РФ 2344290), обладающий управляемым режимом отбора глубинной пробы с пониженным энергопотреблением и системой сейсмической связи по корпусу пробоотборника. Устройство состоит из цилиндрического корпуса, в котором размещены пробоприемная камера всасывающего типа с разделительным поршнем, балластная камера, модуль управления и интерфейса обмена информацией. В цилиндрический корпус между пробоприемной и балластной камерами, герметично от внешней среды, введены последовательно подключенные, следующие от пробоприемной камеры, неуправляемый настраиваемый редуктор давления жидкости и 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, а также для связи с персональной вычислительной машиной. Недостатком данного устройства состоит в отсутствии механизации для очистки пластовой жидкости.
Цель настоящей полезной модели: 1.создание устройства, работающего в скважинных условиях при высоких степенях обводненности добывающей скважины, позволяющее получать пробу без загрязнений текучей среды примесями, 2. производить отбор проб без остановки процесса добычи скважинными насосами, создающими дополнительную водно-нефтяную дисперсию, находясь в лифтовых трубах, что накладывает ограничение по диаметру прибора не более 38 мм, 3. создание устройства, имеющего низкое энергопотребление.
Поставленная цель достигается за счет использования устройства для отбора глубинных проб из скважины, состоящее из корпуса пробоотборника, в котором размещены камера пробоотборника всасывающего типа с разделительным поршнем, состоящая из масляной и приемной камер, балластная камера, регулятор давления, гидравлическое реле, модуль управления и интерфейса обмена информацией. Устройство дополнительно оснащено разделителем сред, внутри которого установлен винтовой шнек и сепарирующий барабан, накопителем, установленным сверху на барабане, анализатором, установленным между сепарирующем барабаном и накопителем на торце полого вала, внутри которого уложены электрические провода анализатора, и на валу установлен токосъемник анализатора, при этом в устройстве в рабочем состоянии, образуется кольцевое пространство между внутренней поверхностью лифтовой трубы и внешней поверхностью корпуса пробоотборника с как минимум двумя отверстиями для входа и выхода, разнесенными между собой по длине корпуса и соединенными между собой.
На рис 1 показан общий вид устройства, которое состоит из: 1 - выходное отверстие, 2 - отводящий трубопровод, 3 - корпус пробоотборника, 4 - накопитель, 5 - сепарирующий барабан, 6 - винтовой шнек, 7 - входное отверстие, 8 - электродвигатель, 9 - токосъемник, 10 - модуль управления двигателем и обработки информации анализатора, 11 - модуль автономного питания, 12 - сейсмический передатчик, 13 - гидравлическое реле, 14 - масляная камера пробоотборника, 15 - обратный клапан, 16 - модуль питания, 17 - модуль управления отбором глубинной пробы, 18 - сейсмический приемник, 19 - приемная камера пробоотборника, 20 - измеритель уровня отбора, 21 - балластная камера, 22 - регулятор давления, 23 - опорная втулка, 24 - разделительный поршень, 25 - камера накопителя, 26 - анализатор, 27 - электрические проводники, 28 - полый вал, 29 - лифтовая труба, 30 - кольцевое пространство, 31 - корпус разделителя сред, 32 - пластовый флюид.
На рис 1 показан пробоотборник в транспортировочном положении к месту отбора глубинной пробы требуемого продукта. По сути часть устройства, находящаяся ниже корпуса 3 является самостоятельной (в части питания, но синхронизированной по алгоритму работы с модулем управления отбором глубинной пробы 17) с модулем автономного питания 11. Следует понимать, что существует разнообразие вариантов информационного обмена, включением в работу, вхождение в режим «сна» и это не является предметом обсуждения в описываемом патенте. Ниже будет рассмотрен лишь один из вариантов, при котором модуль управления отбором глубинной пробы 17 и модуль управления двигателем и обработки информации анализатора 10 начинают свою работу по индивидуальному таймеру.
Модуль управления двигателем и обработки информации анализатора 10 согласно заданному времени включения по индивидуальному таймеру подает питание на двигатель 8, обрабатывает информацию с анализатора 26, через токосъемник 9 переданную по проводникам 27, уложенным в осевой полости вала 28 электродвигателя 8.
Модуль управления двигателем и обработки информации анализатора 10 с помощью сейсмического передатчика 12 посылает ее по корпусу разделителя сред 31, корпусу пробоотборника 3 через сейсмический приемник 18 в модуль управления отбором глубинной пробы 17. Одно из отличий предлагаемого решения от прототипов состоит в образовании замкнутого контура циркуляции (как показано на рис 2): входное отверстие 7, винтовой шнек 6, сепарационный барабан 5, выходное отверстие 1, кольцевое пространство 30, образованное внутренней поверхностью лифтовой трубы 29 и корпусом разделителя сред 31. Это позволяет эффективно вовлекать с помощью винтового шнека 6, проходящих мимо корпуса разделителя сред 31 неоднородные порции пластового флюида (эмульсия, дисперсия) в процесс слияния с помощью сепарационного барабана 5 и отделения пластового флюида 32 от воды в камере накопителя 25. Причем порции жидкости, включающие пластовый флюид, вышедшие из выходного отверстия 1, проходя по кольцевому пространству 30, могут быть повторно вовлечены через входное отверстие 7. Постепенно камера 25 накопителя 4 наполняется пластовьм флюидом, причем величина его объема посредством измерения анализатором 26, через токосъемник 9 посланную по проводникам 27, уложенным в осевой полости вала 28 электродвигателя 8, принятым в модуле управления двигателем и обработки информации анализатора 10, посылается с помощью сейсмического передатчика 12 по корпусу разделителя сред 31, корпусу пробоотборника 3 через сейсмический приемник 18 в модуль управления отбором глубинной пробы 17. Если в камере накопителя 25 собралось достаточно пластового флюида, то модуль управления отбором глубинной пробы 17 кратковременно подает напряжение из модуля питания 16 на гидравлическое реле 13, производя перепускание части балластной жидкости из масляной камеры 14 пробоотборника через регулятор давления 22 и гидравлическое реле 13 в балластную камеру 21 таким образом производя частичный отбор очищенной глубинной пробы из камеры 25 накопителя 4 посредством отводящего трубопровода 2 через обратный клапан 15 в приемную камеру пробоотборника 19. Данная процедура повторяется несколько раз до тех пор, пока показания измерителя уровня отбора 20 не укажут на полное перетекание балластной жидкости (и/или величина давления в масляной камере не упадет до нуля из-за прибытия разделительного поршня 24 к опорной втулке 23) и как следствие произойдет полное заполнение приемной камеры пробоотборника 19. После этого модуль управления отбором глубинной пробы 17 и модуль управления двигателем и обработки информации анализатора 10 переводятся в режим «сна» (пониженного энергопотребления).
Накопитель 4 работает с возможностью избирательного удаления из него порции глубинной пробы посредством отводящего трубопровода 2 в приемную камеру пробоотборника 19, по мере заполнения накопителя глубинной пробой на основании измерений анализатора 26.