устройство для отбора проб жидкости из скважины

Формула изобретения

1. Устройство для отбора проб жидкости из скважины, включающее канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы с возможностью продольного перемещения, отличающееся тем, что шток снаружи сверху оснащен упором, а между упором и верхней диафрагмой на его наружной поверхности выполнены кольцевые выборки, которые по количеству и расстоянию между собой соответственно равны количеству диафрагм и расстоянию между диафрагмами, при этом корпус вверху оснащен отверстиями, которые снаружи перекрыты подпружиненной вверх втулкой, выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз и оснащенной вверху по внутренней поверхности кольцевой проточкой, причем в отверстия корпуса установлены шарики, взаимодействующие в транспортном положении с кольцевыми выборками штока и внутренней поверхностью втулки, а в рабочем - с наружной поверхностью штока и кольцевой проточкой втулки, при этом сверху корпуса установлена цилиндрическая камера с технологической проточкой снаружи, соединенная сверху с канатной подвеской, под которой выполнены технологические отверстия, а снизу - со штоком с возможностью ограниченного перемещения вверх благодаря упору штока, причем снаружи цилиндрической камеры установлен стакан с пружинными центраторами и штифтом, взаимодействующим с технологической проточкой, при этом стакан выполнен с возможностью взаимодействия с втулкой в рабочем положении, а шток оснащен каналом, сообщающим внутренние полости корпуса и цилиндрической камеры, причем технологическая проточка выполнена в виде последовательно удлиняемых вниз продольных пазов, соединенных фигурным пазом так, что при возвратно-поступательном перемещении стакана относительно цилиндрической камеры штифт выполнен с возможностью последовательного перемещения во все более длинный продольный паз, при этом перемещение штифта в каждом продольном пазу вниз соответствует рабочему положению устройства, начиная со второго продольного паза.

2. Устройство для отбора проб из скважины по п.1, отличающееся тем, что количество продольных пазов технологической проточки как минимум на один больше, чем количество диафрагм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрогеологическим исследованиям скважин, а именно к технике отбора проб жидкости из скважин с различных по глубине уровней.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №924362, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №16 от 30.04.1982 г.), включающий корпус, приемную камеру, подпружиненные верхний и нижний клапаны, герметичную рабочую камеру, при этом он снабжен двумя поршнями, жестко связанными штоками с клапанами и установленными в рабочей камере, заполненной газом под атмосферным давлением, а приемная камера заполнена сжатым газом, причем нижний поршень имеет канал для сообщения рабочей камеры с внешней средой при верхнем положении поршня и ограничитель рабочего хода поршня, выполненный в виде втулки, закрепленной срезной чекой на штоке.

Недостатки данного устройства:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества узлов и технически сложных деталей;

во-вторых, такой конструктивный элемент как чека срезается только при определенном давлении, которое необходимо достичь, в обратном случае пробоотборник не сработает, а это существенно снижает надежность его работы;

в-третьих, наличие большого количества технологически сложных деталей, требующих высокой точности изготовления, что ведет к удорожанию конструкции устройства в целом.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №1461899, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №8 от 28.02.1989 г.), содержащий корпус с подвеской и приемной камерой с клапанами, механизм привода клапанов с упором, контактирующий со стенками скважины, и штоком с выступом, подпружиненным относительно корпуса и взаимодействующим с клапанами приемной камеры. Пробоотборник снабжен шариковым замком, выполненным в виде подпружиненной относительно корпуса ступенчатой втулки, внутри которой размещен сепаратор с шариками, жестко закрепленный к верхней части корпуса и к подвеске, причем упор выполнен из эластичного материала в виде полого конуса, обращенного вершиной вниз и закрепленного на верхней части ступенчатой втулки, при этом полый конус выполнен с возможностью контакта его внешней поверхности со стенками скважины и выворачивания внутренней поверхности наружу, а шток размещен внутри сепаратора и установлен с возможностью фиксирования относительно корпуса в нижнем положении при контакте шариков сепаратора с выступом штока и с внутренней поверхностью малого диаметра ступенчатой втулки.

Недостатками данного устройства являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во вторых, при больших знакопеременных нагрузках пружинные элементы могут сломаться и выйти из строя, в связи с чем снижается надежность работы пробоотборника в целом;

в-третьих, сборку возможно осуществить только в специализированной мастерской, что вызывает дополнительные затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для отбора проб жидкости из скважины (авторское свидетельство SU №1698432, МПК 7 Е 21 В 49/08, опубл. БИ №46 от 15.12.1991 г.), включающее подвешенный на канатной подвеске шток с верхней и нижней диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны диафрагмы с возможностью продольного перемещения при взаимодействии с посыльным грузом, при этом оно снабжено дополнительными диафрагмами, установленными на штоке между верхней и нижней диафрагмами, и дополнительными посыльными грузами, причем корпус подпружинен относительно штока, при этом дополнительные диафрагмы установлены на штоке с возможностью перемещения и фиксации относительно последнего.

Недостатками конструкции являются:

- во-первых, необходимость постоянного контроля жесткости пружины, прочностные характеристики которой со временем изменяются. Кроме того, вес груза, который сбрасывается с устья скважины на устройство, зависит от плотности скважинной жидкости, что не поддается контролю в процессе отбора проб. Вследствие выше отмеченных факторов снижается надежность работы устройства в целом;

- во-вторых, если хотя бы одно из уплотнений дополнительной диафрагмы не герметично, то пробы перемешиваются, в связи с чем снижается качество отобранных проб.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы устройства независимо от внешних факторов и повышение качества разделения отобранных проб.

Техническая задача решается предлагаемым устройством для отбора проб жидкости из скважины, включающим канатную подвеску, шток с диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы с возможностью продольного перемещения.

Новым является то, что шток снаружи сверху оснащен упором, а между упором и верхней диафрагмой на его наружной поверхности выполнены кольцевые выборки, которые по количеству и расстоянию между собой соответственно равны количеству диафрагм и расстоянию между диафрагмами, при этом корпус вверху оснащен отверстиями, которые снаружи перекрыты подпружиненной вверх втулкой, выполненной с возможностью ограниченного перемещения вниз и оснащенной вверху по внутренней поверхности кольцевой проточкой, причем в отверстия корпуса установлены шарики, взаимодействующие в транспортном положении с кольцевыми выборками штока и внутренней поверхностью втулки, а в рабочем - с наружной поверхностью штока и кольцевой проточкой втулки, при этом сверху корпуса установлена цилиндрическая камера с технологической проточкой снаружи, соединенная сверху с канатной подвеской, под которой выполнены технологические отверстия, а снизу - со штоком с возможностью ограниченного перемещения вверх благодаря упору штока, причем снаружи цилиндрической камеры установлен стакан с пружинными центраторами и штифтом, взаимодействующим с технологической проточкой, при этом стакан выполнен с возможностью взаимодействия с втулкой в рабочем положении, а шток оснащен каналом, сообщающим внутренние полости корпуса и цилиндрической камеры, причем технологическая проточка выполнена в виде последовательно удлиняемых вниз продольных пазов, соединенных фигурным пазом так, что при возвратно-поступательном перемещении стакана относительно цилиндрической камеры штифт выполнен с возможностью последовательного перемещения во все более длинный продольный паз, при этом перемещение штифта в каждом продольном пазу вниз соответствует рабочему положению устройства, начиная со второго продольного паза.

Новым также является то, что количество продольных пазов технологической проточки как минимум на одну больше, чем количество диафрагм.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 изображена технологическая проточка, выполненная на наружной поверхности цилиндрической камеры.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины (см. фиг.1) состоит из канатной подвески 1, штока 2 с диафрагмами 3, выполненными в виде пробок, корпуса 4 цилиндрической формы, установленного с внешней стороны верхней диафрагмы 3 с возможностью продольного перемещения.

Диафрагмы 3 выполнены в виде кольцевых поршней, установленных внизу каждого цилиндра 5 корпуса 1, при этом подпоршневая полость 14 (под диафрагмами 3) каждого из цилиндра 5 через канал 6 с клапаном 7 сообщена с внутренним пространством скважины (на фигурах не показано), а над поршневая полость 15 цилиндра 5 сообщена через сквозные отверстия 16 штока 2 с камерой низкого давления 8.

Технологический паз 10 выполнен в виде последовательно удлиняемых вниз продольных проточек 17; 17'; 17"; 17"', соединенных фигурным пазом 18; 18'; 18"; 18"' так, что при возвратно-поступательном перемещении втулки 11 относительно корпуса 4 штифт 13 последовательно перемещается во все более длинную продольную проточку 17 - 17' - 17" - 17'", при этом последовательно открывая по одному каналу 6 цилиндра 5 сверху вниз.

Несанкционированные перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях деталей исключаются уплотнительными кольцами 19, 20, 21.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.

На устье скважины (на фигурах не показано) устройство устанавливают в транспортное положение - штифт 13 размещают в фигурном пазе 18 технологического паза 10 (см. фигуру 2). Затем устройство посредством канатной подвески 1 (см. фигуру 1) на канате 22 спускают в скважину (на фиг.1 и 2 не показано) для отбора проб жидкости. В процессе спуска пружинные центраторы 12 втулки 11 постоянно находятся в контакте с внутренней стенкой скважины, а находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх через пространство между внутренними стенками скважины и устройством.

Устройство необходимо спустить под уровень жидкости в скважине (на фигурах не показано) минимум на 10 метров для срабатывания клапана 7 цилиндра 5, причем отбор проб можно проводить как сверху вниз, так и снизу вверх. В случае необходимости можно извлечь устройство из скважины после спуска без отбора проб жидкости.

Например, рассмотрим случай отбора проб жидкости из скважины снизу вверх.

Спустив устройство в скважину в самый нижний интервал отбора пробы жидкости, устройство посредством каната 22 с устья скважины приподнимают вверх примерно на 0,5 метр и опускают.

В результате устройство за исключением деталей 11, 12, 13, находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 12 с внутренней стенкой скважины, совершает возвратно-поступательное перемещение, а штифт 13 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 корпуса 4 из фигурного паза 18 через самую короткую осевую продольную проточку 17 в фигурный паз 18'.

Для начала отбора пробы жидкости устройство приподнимают примерно на 1 метр, в процессе подъема штифт 13 перемещается из фигурного паза 18' вниз в осевую продольную проточку 17', которая на 0,5 метра длиннее по сравнению с осевой продольной проточкой 17, при этом корпус 4 смещается вверх относительно втулки 11, открывая доступ к клапану 7 верхнего цилиндра 5.

За счет перепада давления Р внутри и снаружи верхнего цилиндра 5 клапан 7 открывается и находящаяся в скважине проба жидкости по каналу 6 начинает поступать в подпоршневую полость 14 верхнего цилиндра 5 с заданного интервала отбора проб.

По мере поступления проб жидкости внутрь верхнего цилиндра 5 диафрагма 3, выполненная в виде кольцевого поршня, поднимается вверх благодаря сообщению надпоршневой полости 15 цилиндра 5 посредством сквозных отверстий 16 штока 2 с камерой низкого давления 8.

Поступление жидкости в подпоршневую полость 14 верхнего цилиндра 5 закончится тогда, когда диафрагма 3 упрется в верхний торец 23 цилиндра 5 и герметично посредством уплотнительных колец 20 и 21 перекроет сквозное отверстие 16 штока 2, при этом клапан 7 верхнего цилиндра 5 закроется. Из практического опыта достаточно 1-2 минут для заполнения цилиндра 5, причем чем глубже под уровнем жидкости в скважине находится устройство, тем больше перепад давления Р и тем меньше времени требуется для заполнения цилиндра 5.

Для отбора пробы жидкости со следующего верхнего интервала скважины устройство посредством каната 22 с устья скважины поднимают до заданного интервала, после чего опускают устройство на 1 метр, а затем приподнимают на 1,5 метра.

В результате устройство, за исключением деталей 11, 12, 13, находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 12 с внутренней стенкой скважины, совершает возвратно-поступательное перемещение, а штифт 13 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 корпуса 4, из осевой продольной проточки 17' через фигурный паз 18" в осевую продольную проточку 17", которая длиннее на 0,5 метра сравнительно с осевой продольной проточкой 17', при этом корпус 4 смещается еще выше относительно втулки 11, открывая доступ к клапану 7 среднего цилиндра 5.

Последовательность и технология заполнения среднего цилиндра 5 аналогична заполнению верхнего цилиндра 5, причем жидкость в верхний цилиндр 5 в процессе заполнения среднего цилиндра 5 не поступает, поскольку тот был ранее заполнен пробой жидкости из нижнего интервала скважины.

Для отбора пробы жидкости со следующего верхнего интервала скважины устройство посредством каната 22 с устья скважины поднимают до заданного интервала, после чего опускают на 1,5 метр, а затем приподнимают на 2 метра.

В результате устройство, за исключением деталей 11, 12, 13, находящихся в неподвижном положении благодаря контакту пружинного центратора 12 с внутренней стенкой скважины, совершает возвратно-поступательное перемещение, а штифт 13 перемещается по технологическому пазу 10, выполненному на наружной поверхности полого хвостовика 9 из осевой продольной проточки 17" через фигурный паз 18'" в осевую продольную проточку 17'", которая на 0,5 метра длиннее относительно осевой продольной проточки 17", а корпус 4 поднимается еще выше относительно втулки 11, открывая доступ к клапану 7 среднего цилиндра 5, при этом нижний торец 24 втулки 11 взаимодействует с кольцевой выборкой 25, выполненной на нижнем конце полого хвостовика 9.

Последовательность и технология заполнения нижнего цилиндра 5 аналогична заполнению верхнего и среднего цилиндров 5, причем жидкость в верхний и средний цилиндры 5 в процессе заполнения нижнего цилиндра 5 не поступает, поскольку те были ранее заполнены пробой жидкости из нижних интервалов скважины.

В процессе отбора проб жидкости из скважины происходит смещение корпуса 4 вверх относительно втулки 11.

Предлагаемый пробоотборник обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, кроме того, цилиндры, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.