устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника

Формула изобретения

Устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника, включающее корпус, рычажный узел, состоящий из пары двуплечих рычагов, подпружиненных в верхней части, а в нижней части шарнирно установленных по обе стороны относительно оси устройства, и силовой узел, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит запорный узел, состоящий из подпружиненного штока с закрепленными на его верхнем и нижнем концах нажимной и регулировочной гайками соответственно, на который посажена прижимная муфта с резиновым уплотнителем, а также полую втулку, неподвижно соединенную с корпусом, в которой расположен рычажный узел, причем на ее боковой поверхности в плоскости хода рычагов выполнена пара продольных окон, переходящих в нижней части в прорези, а каждый двуплечий рычаг имеет тангенциальную форму.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к исследованиям скважин, в частности к устройствам для отбора глубинных проб жидкости с растворенным газом.

Анализ существующего уровня показал следующее:

известно устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника, описанное в зависимом авторском свидетельстве 112410 "Глубинный пробоотборник" (см. а. с. 112410 от 06.10.1956 г. по кл. Е 21 В 49/02 по а.с. 110538, с. 1, автор располагает пленкой, где не указана дата публикации), содержащее корпус, рычажный узел, состоящий из пары двуплечих рычагов (защелок) прямолинейной формы, подпружиненных в верхней части пластинчатой пружиной и закрепленных в средней части посредством осей, и силовой узел, состоящий из стопора, стакана и ударного груза.

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и некачественный отбор проб.

Это обусловлено рядом причин:

прямолинейная форма выполнения двуплечих рычагов и недостаточная амплитуда динамики хода, требуют создания большей нагрузки для срабатывания устройства, отсюда отбор качественных проб составляет 40-60%;

отсутствие изоляции устройства от скважинных условий ведет к попаданию механических примесей песка в конструктивные узлы устройства, что зачастую приводит к отказу в его работе;

работа устройства рассчитана на скважины с давлением до 30 МПа;

в качестве прототипа взят проточный пробоотборник с устройством закрытия клапанов, состоящий из корпуса, рычажного узла, содержащего двуплечие рычаги (защелки) дугообразной формы, подпружиненные между собой в верхней части и закрепленные в нижней части посредством осей, и силовой узел, состоящий из подпружиненного штока-толкателя, соединенного через ось с наковальней втулки для крепления троса, по которому спускается посыльный груз (см. а.с. 1372036 от 14.11.85 г. по кл. Е 21 В 49/08, опубл. в ОБ 5, 1988 г., 1 ст., 40-45 стр.).

Недостатком известного устройства является ненадежность конструкции и некачественный отбор проб.

Это обусловлено рядом причин:

дугообразная форма выполнения двуплечих рычагов и малая амплитуда динамики хода требуют создания большей ударной силы на шток-толкатель для срабатывания устройства и не позволяют использовать мощные клапанные пружины, обеспечивающие надежную герметизацию пробы;

устройство находится в непосредственном соприкосновении со скважинным флюидом, т. е. не изолировано от агрессивных и термобарических условий, что приводит к значительным деформациям узлов и деталей, изменению механических свойств, появлению трещин. Наличие взвесей в скважинном флюиде увеличивает трение в подвижных деталях, а зачастую приводит к заклиниванию двуплечих рычагов и отказу устройства в работе;

работа устройства рассчитана на скважины с давлением 30 МПа и температурой до 100^oС.

Технический результат заключается в повышении надежности конструкции и качественном отборе проб вследствие следующих причин:

- оперативности срабатывания устройства за счет снижения прилагаемой нагрузки для раскрытия рычагов и закрытия клапанов пробоотборника;

- исключения контакта устройства со скважинным флюидом в агрессивных термобарических условиях (наличие дополнительного корпуса с резиновыми уплотнителями).

Технический результат достигается с помощью известного устройства, содержащего корпус, рычажный узел, состоящий из пары двуплечих рычагов, подпружиненных в верхней части, а в нижней части шарнирно установленных по обе стороны относительно оси устройства, и силовой узел, которое дополнительно содержит запорный узел, состоящий из подпружиненного штока с закрепленными на его верхнем и нижнем концах нажимной и регулировочной гайками соответственно, на который посажена прижимная муфта с резиновым уплотнителем, а также полую втулку, неподвижно соединенную с корпусом, в которой расположен рычажный узел, причем на ее боковой поверхности в плоскости хода рычагов выполнена пара продольных окон, переходящих в нижней части в прорези, а каждый двуплечий рычаг имеет тангенциальную форму.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающих вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам известности. Известен газлифтный клапан, в котором имеется аналогия в конструкции: наличие двуплечих рычагов, закрепленных в средней части между собой посыльным грузом, с целью осуществления включения и выключения ряда последовательно расположенных клапанов (см. а.с. 661105 от 16.01.74 г. по кл. Е 21 В 43/00, опубл. в ОБ 17, 1979 г.); аналогичные двуплечие рычаги в форме ножниц, удерживающие шток верхнего клапана и посыльный груз для их открывания (см. а.с. 75994 от 24.08.48 г. по кл. Е 21 В 49/02, опубл. 31.07.49 г. ). Известно устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника с рычагами, установленными в прорезях корпуса с возможностью взаимодействия с выступами стенок скважины (см. а.с. 1460225 от 04.01.87 г. по кл. Е 21 В 49/08, опубл. в ОБ 7, 1989 г.).

Заявляемое изобретение обладает изобретательским уровнем.

Качество заготовок, используемых для изготовления деталей устройства, должно соответствовать:

- нормам химического состава на сталь углеродистую, качественную, конструкционную согласно ГОСТ 1050-88, на сталь легированную конструкционную ГОСТ 4543-71;

- для навивки пружины проволока из стали пружинистой ГОСТ 9389-78;

Резино-технические изделия должны соответствовать ТУ 38-005.1166-77, конструкция и размеры уплотнительных колец ГОСТ 9833-73, а качество ГОСТ 18829-73.

Шероховатость металлических деталей должна соответствовать ГОСТ 2789-73 и техническим требованиям чертежей.

Метрические резьбы должны выполняться по ГОСТ 8724-81 с профилем по ГОСТ 9150-81, основными параметрами по ГОСТ 24705-87 и документами по ГОСТ 16093-81.

Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлена конструкция устройства в момент удержания клапанов пробоотборника в открытом состоянии;

на фиг.2 представлена конструкция устройства в момент закрытия клапанов пробоотборника.

Заявляемое устройство имеет полый цилиндрический корпус 1 с выполненными на наружной поверхности кольцевыми проточками 2 под уплотнительные резиновые кольца 3. В корпусе 1 размещена и неподвижно закреплена посредством винтов через отверстия 4 полая втулка 5, в которой расположен рычажный узел. Рычажный узел состоит из пары двуплечих рычагов 6 тангенциальной формы, подпружиненных относительно друг друга пружиной 7 в верхней части, а в нижней части шарнирно установленных по обе стороны относительно оси устройства. На боковой поверхности втулки 5 в плоскости хода двуплечих рычагов 6, выполнена пара продольных окон 8, переходящих в нижней части в прорези 9. В корпусе 1 размещен запорный узел. Он содержит шток 10, на верхнем конце которого закреплена нажимная гайка 11, а на нижнем регулировочная гайка 12. Шток 10 подпружинен возвратной пружиной 13. На шток 10 посажена прижимная муфта 14 с резиновым уплотнением 15. Муфта 14 жестко скреплена с корпусом 1 винтами 16. Силовой узел представлен грузом 17 конусной формы. На корпусе 1 выполнены резьбовые соединения для крепления с камерой часового механизма в верхней части и пробоотборной камерой в нижней части.

Устройство имеет следующие габариты:

Наружный диаметр, мм - 36

Длина при открытых клапанах, мм - 175

Длина при закрытых клапанах, мм - 155

Масса, кг - ~ 0,6

Работа устройства.

Промысловые испытания проведены в скважине 15 Юбилейной площади. Спуск глубинного пробоотборника в скважину осуществляют лебедкой, монтажной базой для которой служит шасси автомобиля ГАЗ-66. Для спуска прибора используют проволоку марки В-180 диаметром 1,6-2,5 мм. Диаметр корпуса заявляемого устройства соответствует диаметрам корпуса пробоотборника и корпуса часового механизма и составляет 36 мм. Это весьма важно, т.к. в снаряженном пробоотборнике не должно быть выступающих узлов, во избежание сцепления его (особенно при подъеме) со стыками труб и возможностью обрыва прибора.

Зарядку устройства проводят на поверхности следующим образом. Посредством резьбового соединения М 301,5 устройство соединяют с пробоотборником так, чтобы регулировочная гайка 12 упиралась в шток верхнего клапана пробоотборника (не показан). Затем шток 10 посредством регулировочной гайки 12 отводят вниз до зацепления нажимной гайки 11 с двуплечими рычагами 6. При этом пружина 13 находится в сжатом состоянии. Пружина 7 прижимает нижние плечи двуплечих рычагов 6 к нажимной гайке 11. Устройство приведено в рабочее положение (фиг.1), клапан пробоотборника удерживается в открытом состоянии.

К верхней части устройства посредством резьбового соединения М 301,5 подсоединяют корпус, внутри которого находится камера с часовым механизмом. На валу часового механизма на винтовой резьбе (не показан) подвешивают груз 17. Герметизацию камеры часового механизма и устройства для закрытия клапанов глубинного пробоотборника от скважинного давления и попадания взвесей скважинного флюида осуществляют предусмотренными на устройстве уплотнительными кольцами 3 и резиновым уплотнителем 15, что позволяет обеспечить работу устройства в термобарических и агрессивных условиях.

Скомпанованное таким образом устройство опускают для отбора пробы на проволоке посредством специальной головки на глубину 3800 м (пластовое давление 50 МПа, температура 143^oС, содержание сероводорода 0,5-0,8 мг/л, агрессивной углекислоты 3,5 мг/л, в скважине пластовая вода с газоконденсатом).

Через установленное время груз 17 падает и своей конусной частью раздвигает верхние плечи двуплечих рычагов 6, причем во втулке 5 для увеличения амплитуды раздвижения верхних плеч рычагов предусмотрены продольные окна 8, а для увеличения хода нижних плеч рычагов прорези 9. В результате раздвижения верхних плеч раздвигаются нижние, гайка 11 выходит из зацепления с двуплечими рычагами 6. Тангенциальное выполнение двуплечих рычагов 6, продольные окна 8 и прорези 9, предусмотренные для увеличения амплитуды динамики хода, позволяют снизить прилагаемую нагрузку для раскрытия рычагов и закрытия клапанов пробоотборника, обеспечивают надежную герметизацию при отборе проб в высоких термобарических и агрессивных условиях. Возвратная пружина 13 отжимает шток 10 от торца клапана и освобождает его от фиксации. Клапаны пробоотборника закрываются (фиг.2). Пробоотборник с отобранной пробой поднимают на дневную поверхность.

Промысловые испытания показали, что из восьми отобранных проб семь были качественными, одна проба отличалась по газовой составляющей не по вине работы предлагаемого устройства, а из-за технической неисправности клапана пробоотборника.

Предлагаемое устройство для закрытия клапанов глубинного пробоотборника универсально, т.к. оно может быть использовано при работе как с часовым механизмом, так и с посыльным грузом.