Пробоотборник пластового флюида
RESERVOIR FLUID SAMPLER

Изобретение относится к гидрогеологическим исследованиям скважин и предназначено для отбора глубинных проб жидкости в скважинах.
Известен пробоотборник (патент RU2199009, МПК Е21В 49/00, опубл. 20.02.2003 г.), включающий систему дистанционного управления процессами расфиксации, притока пластовой жидкости, восстановления давления в подпакерной или межпакерной зоне и последующей автоматической расфиксации.
Недостатком известного пробоотборника являются наличие резиновых элементов, которые осуществляют расфиксацию пробоотборника в скважине и имеют малый ресурс вследствие быстрого износа материала. Количество проб ограничено – за один спуск можно получить только одну пробу флюида, что ограничивает функциональные возможности пробоотборника.
Известен пробоотборник пластового флюида (патент RU2371577, МПК Е21В49/08, опубл. 27.10.2009 г.), включающий клапан отбора и хранения пробы пластовой жидкости, электродвигатель с насосом и с фильтром, первый распределитель с обратным клапаном с предохранительным клапаном и вторым распределителем, первый, второй, третий и четвертый датчики давления, первый, второй и третий гидроцилиндры, штоковые полости которых соединены с третьим распределителем и гидроаккумулятором.
Недостатком известного решения является произвольная уборка штоков первого, второго и третьего гидроцилиндра при работе клапана отбора и хранения пробы пластовой жидкости, отсутствие клапанов, которые управляют процессом отбора и хранения пробы пластовой жидкости, а также то, что в случае малых расходов рабочей жидкости, поступающей от насоса, первый, второй и третий распределители работают с низкой надежностью, так как имеют гидравлическое управление.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пробоотборник пластового флюида (патент RU2465457, МПК Е21В49/08, опубл. 27.10.2012 г.), содержащий клапан отбора и хранения пробы пластовой жидкости, электродвигатель, насос, первый распределитель с обратным клапаном и с фильтром, предохранительный клапан со вторым распределителем, который подключен к баку, первый, второй, третий и четвертый датчики давления, первый, второй и третий гидравлический цилиндр, сливная полость которых связана с третьим распределителем и гидроаккумулятором, с пятым датчиком давления. В состав пробоотборника также входит система регулирования скорости отбора проб пластовой жидкости, которая включает в себя камеры хранения с обратными клапанами, гидравлический цилиндр с пропорциональным регулятором расхода.
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие клапанов, которые управляют процессом отбора и хранения пробы пластовой жидкости, а также то, что в случае малых расходов рабочей жидкости, поступающей от насоса, третий распределитель работает с низкой надежностью, так как имеет гидравлическое управление.
Задача изобретения – повышение надёжности работы пробоотборника пластового флюида и расширение функциональных возможностей.
Технический результат –  повышение надежности устройства.               Поставленная задача решается,  а технический результат достигается пробоотборником пластового флюида, включающим систему отбора пробы флюида с клапаном отбора и хранения пробы пластовой жидкости, логическую электрогидравлическую систему для фиксации и расфиксации пробоотборника, в состав которой входит первый электродвигатель, который подсоединен к первому насосу, связанному с первым распределителем через первый обратный клапан, с первым фильтром, с первым предохранительным клапаном, связанным с баком, причем напорный порт первого распределителя связан также со вторым распределителем и клапаном отбора и хранения пробы пластовой жидкости, причем первый распределитель подключен к поршневым полостям первого, второго и третьего гидроцилиндров, штоковые полости которых подсоединены к третьему распределителю, к гидроаккумулятору и датчикам, а второй распределитель подключен к сливной полости третьего гидроцилиндра через второй обратный клапан, отличающийся тем, что пробоотборник содержит второй и третий фильтры первого бака, при этом датчики выполнены в виде первого датчика давления масла, второго датчика давления масла, первого датчика давления пластовой жидкости, датчика температуры пластовой жидкости, и связаны с первым и вторым клапанами прокачивающего модуля, включающего дополнительно четвертый распределитель, напорная полость которого связана через третий обратный клапан с пятым распределителем, а сливная полость четвертого распределителя связана с пятым распределителем с помощью четвертого обратного клапана, причем напорный порт второго распределителя связан с напорным портом трехпозиционного распределителя, а сливной порт через пятый обратный клапан и второй обратный клапан связан со сливным портом трехпозиционного распределителя, первый порт которого связан клапаном первой камеры хранения, а второй порт связан с клапаном второй камеры хранения, флюидные каналы которых связаны с датчиком влажности и датчиком удельного сопротивления, а поршневые полости связаны с шестым и седьмым обратными клапанами, при этом датчик удельного сопротивления связан со вторым датчиком давления пластовой жидкости, который связан с прокачивающим модулем, шток которого связан с датчиком перемещения, а масляные порты прокачивающего модуля связаны с пятым распределителем, напорная полость которого связана с третьим датчиком давления масла, а сливная полость с четвертым фильтром, причем третий датчик давления масла связан с пятым фильтром через восьмой обратный клапан и через второй предохранительный клапан, сливная полость которого связана с шестым фильтром и со вторым насосом, который связан со вторым электродвигателем и с четвертым датчиком давления масла, полость которого связана с уравнительным клапаном, причем все распределители выполнены с электромагнитным управлением и пружинно возвратным механизмом.
Повышение надёжности пробоотборника достигается использованием первого, второго, третьего, четвертого, пятого распределителей и трехпозиционного распределителя, которые управляются электромагнитами и, в отличие от прототипа, их быстродействие не зависит от подачи первого насоса. Для надежной фиксации пробоотборника в стволе скважины во время отбора пробы предусмотрены восемь обратных клапанов, для надежной работы всех распределителей предусмотрены шесть фильтров.
Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема пробоотборника пластового флюида.
На схеме обозначено:
1. первый электродвигатель
2. первый насос
3. первый распределитель
4. первый обратный клапан
5. первый фильтр
6. первый предохранительный клапан
7. второй фильтр
8. бак
9. третий фильтр
10.  второй распределитель
11.  клапан отбора пробы
12.  первый цилиндр
13. третий распределитель
14. аккумулятор
15. второй цилиндр
16.  первый  датчик давления масла
17.  второй датчик давления масла
18.  третий цилиндр
19.  первый датчик давления пластовой жидкости
20.  второй датчик давления пластовой жидкости,
21.  датчик влажности
22. датчик температуры
23. датчик удельного сопротивления
24.  первый  клапан прокачивающего модуля
25. второй клапан прокачивающего модуля
26.  прокачивающий модуль
27.  четвертый распределитель
28. третий обратный клапан
29. трехпозиционный распределитель
30.  четвертый обратный клапан
31. пятый обратный клапан
32. клапан первой камеры
33. первая камера
34. клапан второй камеры
35. вторая камера
36. шестой обратный клапан первой камеры
37. седьмой обратный клапан второй камеры
38. второй обратный клапан
39. датчик перемещения
40. пятый распределитель
41. третий датчик давления масла
42.  четвертый фильтр
43. восьмой обратный клапан
44.  второй насос
45. пятый фильтр
46. второй предохранительный клапан
47. шестой фильтр
48.  четвертый датчик давления масла
49.  уравнительный клапан
50.  второй электродвигатель
Пробоотборник пластового флюида содержит первый электродвигатель 1, который подсоединён к первому насосу 2. Первый насос 2 подключён к первому распределителю 3 через первый обратный клапан 4, к первому фильтру 5, к первому предохранительному клапану 6 и ко второму фильтру 7, который подключен к баку 8 и к третьему фильтру 9. Первый насос 2 связан через первый фильтр 5 и вспомогательную напорную магистраль со вторым распределителем 10 клапана отбора пробы 11. Первый распределитель 3 подключен к первому цилиндру 12, который подключен к третьему распределителю 13 и аккумулятору 14, а также ко второму цилиндру 15 с первым 16 и вторым 17 датчикам давления масла и к третьему цилиндру 18. Клапан отбора пробы 11 связан с первым 19 и вторым 20 датчиками давления пластовой жидкости, с датчиком влажности 21, датчиком температуры 22 и датчиком удельного сопротивления 23. Второй датчик давления пластовой жидкости 20 связан с первым 24 и со вторым 25 клапанами прокачивающего модуля 26. Первый 24 и второй 25 клапаны прокачивающего модуля 26 подключены к четвертому распределителю 27, напорная полость которого подключена через третий обратный клапан 28 к пятому распределителю 40, а сливная полость четвертого распределителя 27 через четвертый обратный клапан 30 связана со сливной полостью пятого распределителя 40. Сливной порт второго распределителя 10 связан с третьим гидроцилиндром 18 через второй обратный клапан 38, а также через пятый обратный клапан 31 с трехпозиционным распределителем 29, первый порт которого связан с клапаном 32 первой камеры 33, второй порт с клапаном 34 второй камеры 35, флюидные полости которых содержат шестой 36 и седьмой 37 обратные клапаны. Шток прокачивающего модуля 26 связан с датчиком перемещения 39, а масляные порты с пятым распределителем 40, напорная полость которого подключена к третьему датчику давления масла 41, а сливная полость к четвертому фильтру 42. Третий датчик давления масла 41 связан с восьмым обратным клапаном 43, который связан со вторым насосом 44 через пятый фильтр 45. Восьмой обратный клапан 43 также связан со вторым предохранительным клапаном 46, который в свою очередь связан с шестым фильтром 47 и четвертым датчиком давления масла 48 с уравнительным клапаном 49. Второй насос 44 связан со вторым электродвигателем 50.
Предлагаемый пробоотборник работает следующим образом. Электрический сигнал подаётся на первый электродвигатель 1, приводящий в действие первый насос 2. Первый насос 2 создаёт рабочее давление в системе, контролируемое первым предохранительным клапаном 6 и первым 17 и вторым 16 датчиками давления масла, а также обеспечивает заданный расход рабочей жидкости, передаваемый первым распределителем 3 в поршневые полости первого 12, второго 15, третьего 18 гидроцилиндров и к гидроаккумулятору 14 с помощью третьего распределителя 13. Одновременно с первым распределителем 3 работает третий распределитель 13, который сообщает штоковые полости первого 12, второго 15, третьего 18 гидроцилиндров со сливной магистралью. При отсутствии сигнала управления, первый распределитель 3 сообщает поршневые полости первого 12, второго 15 и третьего 18 гидроцилиндров со сливной магистралью, а штоковые полости с помощью третьего распределителя 13 – с линией гидроаккумулятора 14, за счёт чего происходит обратное движение поршней всех гидроцилиндров. В случае отказа гидроаккумулятора 14 первый распределитель 3 сообщает штоковые полости первого 12, второго 15, третьего 18 гидроцилиндров с напорной магистралью, а поршневые со сливной магистралью, что позволяет проводить расфиксацию пробоотборника при наличии электрического сигнала. Для надежности гидравлической системы на входе и на выходе первого насоса 2 установлены первый 5 и второй 7 фильтры, а рабочая жидкость в сливной магистрали первого распределителя 3 проходит через третий фильтр 9 и далее в бак 8. После выхода штоков первого 12, второго 15 и третьего 18 гидроцилиндров, начинает совершать возвратно-поступательное движение поршень прокачивающего модуля 26, который управляется пятым распределителем 40, а движение поршня регистрируется датчиком перемещения 39. Для управления процессом отбора и хранения пробы пластовой жидкости используются первый 24 и второй 25 клапаны управления, которые управляются четвертым распределителем 27, третьим 28 и четвертым 30 обратными клапанами. Параметры пластовой жидкости контролируются во время отбора и хранения пробы первым 19 и вторым 20 датчиками давления пластовой жидкости, датчиком удельного сопротивления 23, датчиком влажности 21 и датчиком температуры пластовой жидкости 22. Для исключения непроизвольного обратного хода штоков первого 12, второго 15 и третьего 18 гидравлических цилиндров во время отбора и хранения пробы перед входом в первый гидравлический распределитель 3 установлен первый обратный клапан 4. Для управления процессом отбора пробы в первую камеру 33 и во вторую камеру 35 используется второй трехпозиционный распределитель 29 и первый 32 и второй 34 клапаны камер хранения, причем при отборе пробы флюидный канал может перекрываться клапаном отбора пробы 11, который управляется вторым распределителем 10. Для непроизвольного срабатывания первой 33 и второй 35 камер, а также клапана отбора пробы 11 в сливном порту второго распределителя 10 и трехпозиционного распределителя 29 установлены второй 38 и пятый 31 обратные клапаны, а для сохранения давлений пластовой жидкости в первой 35 и второй 35 камер установлены шестой 36 и седьмой 37 обратные клапаны. Для нагнетания масла в пятый распределитель 40 используется в системе второй электродвигатель 50, который приводит в действие второй насос 44. Для надежной работы прокачивающего модуля 26 используются четвертый 42, пятый 45 и шестой 47 фильтры с восьмым обратным клапаном 43 и вторым предохранительным клапаном 46. На входе во второй насос 44 давление выравнивается с давлением скважины с помощью уравнительного клапана 49, которое контролируется четвертым датчиком давления масла 48. На выходе из второго насоса 44 давление контролируется третьим датчиком давления масла 41.
Заявляемое изобретение обеспечивает высокую надежность пробоотборника, автоматизацию отбора пробы за счёт применения логической электрогидравлической системы и отбор не менее двух качественных проб пластового флюида за один спуск пробоотборника в скважину. Преимуществом заявляемого пробоотборника пластового флюида является высокая достоверность полученных результатов вследствие надёжности фиксации и расфиксации пробоотборника в скважине и высокая производительность работ за счёт использования прокачивающего модуля с клапаном.