СКВАЖИННЫЙ ПРОБООТБОРНИК ВСАСЫВАЮЩЕГО ТИПА

Полезная модель относится к области нефтяной промышленности и может быть использована для отбора пробы скважинной жидкости в процессе испытания и опробования скважин с целью определения фактического состава флюида в поисковых, разведочных и эксплуатационных скважинах.
Известны различные технические решения устройств для отбора проб в скважине, содержащих в общем случае приемную камеру для отбора, хранения и транспортировки в лабораторию отобранной пробы скважинного флюида, и механизм управления для открытия приемной камеры в точке отбора пробы и ее последующего закрытия.
1
2
1
2
1
Так, например, известен пробоотборник, который включает в себя приемную камеру с поршнем, нижний обратный клапан и механизм управления [полезная модель RU 51399]. В этом пробоотборнике приемная камера по наружной поверхности снабжена технологической проточкой и отверстиями, расположенными ниже. Поршень оснащен сверху грузом со стыковочным узлом, а снизу по наружной поверхности кольцевой проточкой. Механизм управления выполнен в виде шариков диметром d и установленной с возможностью осевого перемещения относительно приемной камеры втулки с внутренней цилиндрической выборкой в нижней части и пружинными центраторами, а также пальцем, взаимодействующим с технологической проточкой. Шарики установлены в отверстия с возможностью взаимодействия изнутри с кольцевой проточкой поршня, а снаружи - с втулкой. Цилиндрическая выборка втулки в рабочем положении выполнена с возможностью расположения напротив отверстий приемной камеры. Втулка напротив цилиндрической выборки оснащена сквозными отверстиями, диаметр d которых меньше диаметра d шариков (d<d). Технологическая проточка на наружной поверхности приемной камеры выполнена в виде нескольких коротких осевых и одной длинной выборок, соединенных так, что при осевом перемещении втулки относительно приемной камеры смещение пальца направлено последовательно в сторону осевой длинной выборки.
Существенным недостатком данной конструкции является практически ручной режим управления пробоотборником: после достижения заданного интервала отбора пробы пробоотборник несколько раз посредством каната с устья скважины приподнимают на один-десять метров до ближайшей муфты и опускают для срабатывания механизма управления.
Известен также глубинный пробоотборник, спускаемый в скважину, состоящий из цилиндрического корпуса, в котором размещены пробозаборный модуль, включающий пробоприемную камеру всасывающего типа, разделительный поршень, клапанный механизм и фильтр с магнитным сепаратором, модуль гидропривода, включающий цилиндрическую камеру, балластную камеру, поршень и электромагнитный клапан, электронный модуль и шток-толкатель исполнительного клапанного механизма (пат. РФ №2280160).
Недостатком этого пробоотборника является недостаточная надежность работы отдельных узлов устройства, например, гидропривода, и недостаточная точность полученной информации, а также сложность конструкции.
Существует также глубинный пробоотборник (полезная модель RU 69150), являющийся прототипом данной полезной модели.
Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором размещены три модуля. Пробозаборный модуль включает пробоприемную камеру всасывающего типа, балластную камеру, клапанный механизм и сетчатый фильтр с магнитным сепаратором. Между фильтром и клапанным механизмом установлено гидросопротивление, а между пробоприемной и балластной камерой - регулятор расхода жидкости. Модуль гидропривода включает цилиндрическую камеру, балластную камеру, поршень, шток-толкатель и электромагнитный клапан, расположенный в поршне. Третий модуль - электронный блок управления.
Недостатком данного пробоотборника является то, что данная конструкция обладает низкой надежностью управления процессом отбора посредством гидравлического реле, сложной конструкцией, невозможностью подготовки на устье скважины.
Так, пробозаборный модуль, включающий пробоприемную и балластную камеры, выполнен неразборным, в едином корпусе. Такое выполнение модуля обусловлено необходимостью использования при скважинных исследованиях комплекта из трех пробоотборников, т.к. в соответствии с нормативным документом ОСТ 153-39.2-048-2003 «Нефть. Типовое исследование пластовых флюидов» из скважины должно быть отобрано не менее трех глубинных проб при заданном установившемся режиме работы скважины. А конструкция пробоотборника-прототипа, как уже отмечалось, не позволяет подготавливать его к работе непосредственно на скважине, это возможно только в лаборатории, т.к. процедура заполнения подпоршневого пространства рабочей жидкостью (маслом) предъявляет особые требования к чистоте рабочей среды и самого масла. Например, попадание в масло атмосферной влаги приводит к изменению ее вязкости и, как следствие, изменению времени истечения, в результате чего возникает неопределенность времени срабатывания. Или попадание мелкодисперсных частиц из атмосферного воздуха может привести к засорению капиллярных каналов и их перекрытия для перетекания масла, что приводит к невозможности перемещения разделительного поршня в процессе отбора скважинного флюида.
К недостаткам данной модели можно также отнести неопределенность длительности заполнения пробоприемной камеры скважинным флюидом, обусловленной двойной капиллярной системой, вводимой в устройство для повышения надежности клапанного узла. Низкая надежность работы клапанного узла связана с его расположением соосно потоку. Из-за большого перепада давления между скважинной средой и внутренним пространством пробоотборной камеры при поступлении скважинного флюида в пробоприемную камеру возникает реактивная струя, которая срывает резиновую прокладку между седлом и конусом клапана. Уменьшение в прототипе указанного негативного явления связано с введением в устройство регулятора расхода жидкости, которое, по сути, является дополнительным капилляром, увеличивая время истечения рабочей жидкости (масла) в подпоршневом пространстве камеры, а, следовательно, увеличивая неопределенность длительности заполнения пробоприемной камеры скважинным флюидом.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание нового устройства с достижением следующего технического результата: повышение надежности работы устройства и достоверности отбираемой пробы на предварительно определенном заданном интервале ствола скважины за счет обеспечения возможности сохранения однофазного состояния скважинного флюида как в процессе отбора пробы, так и в течение ее хранения на скважине до доставки в лабораторию в соответствии с требованиями нормативных документов (СТО РМНТК 153-39.2-002-2003 «Нефть. Отбор проб пластовых флюидов», ОСТ 153-39.2-048-2003 «Нефть. Типовое исследование пластовых флюидов»).
Указанная техническая задача решается за счет того, что в скважинном пробоотборнике всасывающего типа, состоящем из пробоприемной камеры всасывающего типа, гидрореле в виде поршня, размещенного внутри пробоприемной камеры, и связанного с ним капилляра, балластной камеры с капиллярной системой, клапанного узла, включающего клапан, седло и резиновое кольцо, электронного блока управления, включающего датчики температуры и давления окружающей среды, в отличие от прототипа, балластная, пробоприемная камера и электронный блок управления выполнены в виде автономных модулей, поршень гидрореле в рабочем состоянии соединен с его капилляром посредством штока, на поршне установлены дополнительные датчики температуры и давления, капилляры балластной камеры выполнены с нормированным сечением, а клапанный узел расположен перпендикулярно оси пробоотборника. Сечение капилляров балластной камеры нормировано установленными внутри них калиброванными цилиндрическими телами. В пробоприемной камере установлен дополнительный механический клапан, соединенный с клапанным узлом, с возможностью открытия и закрытия с внешней стороны пробоотборника на поверхности, а между клапанным узлом и поршнем свободно установлена подвижная втулка с возможностью возвратно-поступательного движения.
Перечисленные признаки обеспечивают достижение следующих технических результатов.
Модульное построение пробоотборника позволяет использовать для проведения полного исследования скважины (отбор трех глубинных проб) один прибор, т.к. смена пробоприемной камеры в этом случае производится непосредственно на скважине.
Повышение достоверности отобранной пробы обеспечивается за счет открытия и закрытия клапана пробоприемной камеры по команде блока управления или с поверхности по геофизическому кабелю при неподвижном нахождении пробоотборника в заданной точке ствола скважины при неизменности условий отбора скважинного флюида. При этом изменение термобарических условий в стволе скважины при подьеме пробоотборника на поверхность не оказывает влияние на состояние закрытого герметизирующего клапана пробоприемной камеры и, следовательно, на состав отобранной глубинной пробы.
Расположение клапана перпендикулярно потоку флюида уменьшает воздействие реактивной струи с абразивными частицами, что обеспечивает повышение надежности работы за счет более благоприятных условий работы резинового уплотнения между конусом и седлом клапана.
Установка дополнительного механического клапана повышает надежность хранения и транспортировки пробы. Подвижная втулка обеспечивает гомогенизацию отобранной пробы при проведении экспресс-исследований непосредственно на скважине. Установка в капилляре калиброванного тела, например, проволоки нормированного сечения, повышает технологичность изготовления пробоотборника за счет отказа от операции сверления отверстий очень маленького диаметра.
На фиг. 1 представлен общий вид пробоотборника. На фиг. 2 показан состав электронного блока, на фиг. 3 устройство пробоприемной камеры, а на фиг. 4 - устройство балластной камеры.
Пробоотборник представляет собой трубчатую конструкцию, состоящую из трех основных узлов, соединенных между собой резьбовыми соединениями (фиг. 1):
- приемной камеры 1 пробоотборника для отбора, хранения и транспортирования отобранной пробы скважинной жидкости (флюида), до момента ее выгрузки в специальный контейнер или в лабораторную установку для исследования;
- балластной камеры 2 с капиллярной системой для снижения скорости перетока буферной жидкости;
- электронного блока 3 с механизмом управления для открытия приемной камеры в точке отбора пробы и ее последующего закрытия.
В качестве канала связи между прибором и наземным регистратором используется одножильный бронированный каротажный кабель.
Основными составными частями электронного блока (фиг. 2) являются электронный модуль, который включает в себя плату контроллера 4, интерфейсный разъем 5 для связи с персональным компьютером (ПК), элемент питания 6, подпружиненный контактами, кожух-переходник 7 для герметизации электронного модуля и стыковки со стандартным кабельным наконечником через разъем 8, и переходник 9, в котором расположен механизм управления с подвижным штоком 10 для открытия/закрытия приемного канала камеры. Герметизацию электронного блока обеспечивают уплотнительные кольца 11-13.
Приемная камера (фиг. 3) состоит из цилиндрического кожуха 14, подвижного разделительного поршня 15, ограничителя его хода винта-фиксатора 16, переходника 17, в котором расположен запорный клапан 18 и обратный подпружиненный клапан 19, подвижной втулки 20 для перемешивания пробы.
В исходном положении разделительный поршень 15 смещен максимально в сторону переходника 17. Винт 21 максимально вывернут из запорного клапана 18. Начальное поджатие обратного клапана 19 осуществляется с помощью пружины 22. Герметизацию приемной камеры обеспечивают уплотнительные кольца 23-26 и запорный клапан 18. В разделительном поршне 15 с одной стороны расположен чувствительный элемент 27 (выделен пунктирной линией), позволяющий контролировать давление в приемной камере на устье, а с другой стороны - герметичный разъем 28, который закрыт герметично колпачком 29.
Балластная камера (фиг. 4) состоит из цилиндрического кожуха 30, с одной стороны которого установлен переходник 31 со штуцером 32 для стравливания давления, с другой стороны - переходник 33, соединенный резьбовым соединением с переходником капиллярной системы 34. Для исключения перетекания балластной жидкости из приемной камеры в балластную раньше, чем откроется приемная камера, в переходнике 34 капиллярной системе установлен подпружиненный обратный клапан 35.
Капиллярная трубка 36 соединена с втулкой 37. Для возможности промывки капиллярной трубки во втулке 37 установлен винт 38 с уплотнительным кольцом 39.
Герметизацию балластной камеры обеспечивают уплотнительные кольца 40-42.
Пробоотборник работает следующим образом.
Электронный блок прибора с помощью геофизического кабеля подключается к наземному регистратору. По кабелю осуществляется питание электронного модуля и передача сигнала на управляющий механизм с целью закрытия/открытия клапана приемной камеры пробоотборника в момент, когда пробоотборник будет находиться в зоне пластового давления, превышающего давление насыщения.
Пробоотборник с герметично закрытой приемной камерой спускают в скважину до точки отбора пробы. При этом запорный клапан приемной камеры открыт.
При достижении заданной глубины его останавливают. По сигналу с наземного регистратора управляющий механизм электронного блока прибора открывает герметично перекрытый канал приемной камеры.
Под действием внешнего давления открывается подпружиненный обратный клапан. Жидкость начинает поступать в приемную камеру. Скорость заполнения приемной камеры скважинной жидкостью будет зависеть от скорости истечения балластной жидкости из-под разделительного поршня через капиллярную систему в балластную камеру.
В капиллярной системе в балластной камере возникает гидравлическое сопротивление перетекающей жидкости. Движение разделительного поршня прекратится, когда он дойдет до ограничителя хода.
По истечении заданного времени, отведенного на отбор пробы (это время устанавливает оператор), по сигналу с наземного регистратора шток управляющего механизма смещается в сторону приемного канала камеры и герметично перекрывает его, отсекая тем самым влияние внешнего давления на внутреннюю полость приемной камеры.
Под действием пружины обратный клапан поджимается к посадочному месту, дополнительно герметизируя приемную камеру. По мере подъема перепад давлений внутри и снаружи пробоотборника возрастает, и обратный клапан прочно прижимается к седлу, обеспечивая надежную герметизацию пробы в камере.
Проведенные стендовые и промысловые испытания предложенного пробоотборника подтвердили заявленные технические и эксплуатационные характеристики устройства, обеспечивающего прочность и герметичность к воздействию предельного гидростатического давления, что гарантирует надежность работы устройства и достоверность отбираемой пробы жидкости в скважинных условиях.