устройство для отбора проб жидкости из скважины

Формула изобретения

Устройство для отбора проб жидкости из скважины, включающее шток с диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы с перепускными отверстиями, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы с возможностью продольного перемещения вниз относительно штока, и пружину, отличающееся тем, что корпус снизу дополнительно оснащен заглушенным ниже диафрагм хвостовиком с боковыми продольными каналами, а сверху - гидравлической камерой с перегородкой, установленной сверху корпуса и охватывающей шток, причем гидравлическая камера сверху герметично соединена с колонной труб и снабжена поджатым снизу пружиной поршнем, герметично охватывающим шток, на наружной поверхности которого выше диафрагм выполнены сужающиеся кверху кольцевые выборки с расстоянием между собой, равным расстоянию между диафрагмами, при этом на внутренней поверхности перегородки и поршня выполнены аналогичные сужающиеся книзу кольцевые проточки, оснащенные стопорными кольцами, выполненными с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками штока.

Описание изобретения к патенту

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

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №924362, МПК 7 Е21В 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.

Недостатками данного устройства являются:

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

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

в-третьих, большое количество технологически сложных деталей, требующих высокой точности изготовления, ведет к удорожанию конструкции в целом.

Известен пробоотборник (авторское свидетельство SU №1461899, МПК 7 Е21В 49/08, опубл. БИ №8 от 28.02.1989 г.), содержащий корпус с подвеской и приемной камерой с клапанами, механизм привода клапанов с упором, контактирующим 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, последняя закреплена 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 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 Е21В 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 по канатной подвеске, зависит от плотности скважинной жидкости, что не поддается контролю в процессе отбора проб; кроме того, проводимые операции по отбору проб происходят бесконтрольно. В следствии вышеотмеченных 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 с контролем проводимых операций, а также повышение качества разделения отобранных проб.

Техническая задача решается предлагаемым устройством для отбора проб жидкости из скважины, включающим шток с диафрагмами, выполненными в виде пробок, корпус цилиндрической формы с перепускными отверстиями, установленный с внешней стороны верхней диафрагмы с возможностью продольного перемещения вниз относительно штока, и пружину.

Новым является то, что корпус снизу дополнительно оснащен заглушенным ниже диафрагм хвостовиком с боковыми продольными каналами, а сверху - гидравлической камерой с перегородкой, установленной сверху корпуса и охватывающей шток, причем гидравлическая камера сверху герметично соединена с колонной труб и снабжена поджатым снизу пружиной поршнем, герметично охватывающим шток, на наружной поверхности которого выше диафрагм выполнены сужающиеся кверху кольцевые выборки с расстоянием между собой, равным расстоянию между диафрагмами, при этом на внутренней поверхности перегородки и поршня выполнены аналогичные сужающиеся книзу кольцевые проточки, оснащенные стопорными кольцами, выполненными с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками штока.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины в продольном разрезе.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины состоит из штока 1 с диафрагмами 2, выполненными в виде пробок, корпуса 3 цилиндрической формы с перепускными отверстиями 4. Корпус 3 установлен с внешней стороны верхней диафрагмы 2 с возможностью продольного перемещения относительно штока 1.

Сверху корпус 3 снабжен гидравлической камерой 5 с перегородкой 6. Гидравлическая камера 5 сверху соединена с колонной труб 7. Внутри гидравлической камеры 5 установлен подпружиненный снизу посредством пружины 8 поршень 9, герметично охватывающий шток 1.

На наружной поверхности штока 1 выше диафрагм 2 выполнены сужающиеся кверху кольцевые выборки 10 с расстоянием между собой, равным расстоянию между диафрагмами 2. На внутренней поверхности перегородки 6 и поршня 9 выполнены аналогичные сужающиеся книзу кольцевые проточки 11, оснащенные стопорными кольцами 12 и 13 соответственно. Стопорные кольца 12 и 13 выполнены с возможностью взаимодействия с кольцевыми выборками 10 штока 1. Корпус 3 снизу оснащен хвостовиком 14 с боковыми продольными каналами 15. Гидравлическая камера 5 снизу оснащена технологическими отверстиями 16.

Перетоки жидкости на сопрягаемых поверхностях исключаются уплотнительными кольцами 17, 18, 19.

Устройство для отбора проб жидкости из скважины работает следующим образом.

Для примера рассмотрим устройство для отбора проб жидкости из скважины с тремя камерами: нижней, средней и верхней, каждая из которых образуется в процессе работы устройства и соответствует объему между ближайшими диафрагмами 2 внутри корпуса 3.

На устье скважины (не показано) устройство устанавливают в транспортное положение, то есть стопорное кольцо 12, находящееся в сужающейся книзу кольцевой проточке 11 на внутренней поверхности поршня 9, размещают в самой верхней сужающейся кверху кольцевой выборке 10 штока 1. Затем устройство на колонне труб 7 спускают в скважину.

В процессе спуска устройства в скважину находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх через пространство между внутренними стенками скважины (не показано) и устройством.

Отбор проб жидкости из скважины можно вести как сверху вниз, так и снизу вверх. Рассмотрим случай отбора жидкости из скважины с различных по глубине уровней сверху вниз.

Спуск устройства приостанавливают в самом верхнем интервале отбора пробы жидкости, после этого колонну труб 7 заполняют технологической жидкостью, после чего создают в ней гидравлическое давление, приводя устройство в рабочее положение. Гидравлическое давление воздействует на поршень 9 сверху, вызывая сжатие пружины 8 и перемещение поршня 9 вниз на длину L, то есть до нижнего упора 20 гидравлической камеры 5.

Рост давления на индикаторе веса, установленном на устье скважины, свидетельствует о том, что поршень 9 уперся в нижний упор 20 гидравлической камеры 5, а стопорное кольцо 12, находящееся в сужающейся книзу кольцевой проточке 11 на внутренней поверхности поршня 9 в самой верхней сужающейся кверху кольцевой выборке 10 штока 1, переместилось вниз на одну ступень в нижележащую сужающуюся кверху кольцевую выборку 10 штока 1.

Давление в колонне труб 7 и над поршнем 9 сбрасывают, в результате чего под действием возвратной силы пружины 8 поршень 9 возвращается обратно, при этом стопорное кольцо 13, находящееся в сужающейся книзу кольцевой проточке 11 на внутренней поверхности перегородки 6 гидравлической камеры 5 в сужающейся кверху кольцевой выборке 10 штока 1, также перемещается вниз на одну ступень в нижележащую сужающуюся кверху кольцевую выборку 10 штока 1, в этот момент происходит отбор пробы жидкости в верхнюю камеру, образующуюся между самой верхней и второй сверху диафрагмами 2 внутри корпуса 3.

Поршневание в процессе отбора пробы жидкости в скважине при ходе поршня 9 вниз в гидравлической камере 5 исключается технологическими отверстиями 16, а при ходе поршня вверх в корпусе 3 перепускными отверстиями 4.

Для отбора пробы жидкости со следующих нижележащих интервалов скважины устройство доспускают вниз до заданных интервалов путем наращивания колонны труб 7.

Последовательность и технология заполнения средней и нижней камер устройства аналогичны заполнению верхней камеры, причем пробы жидкости из средней и нижней камер не попадают в верхнюю камеру и не перемешиваются между собой благодаря герметичному разделению камер посредством уплотнительных элементов 17.

Предлагаемое устройство для отбора проб жидкости из скважины обладает высокой надежностью, поскольку его работа не зависит от внешних факторов, а сам процесс отбора проб контролируется с устья скважины, кроме того, камеры, образуемые соседними диафрагмами, в которые отбирается скважинная жидкость с различных глубин скважины, герметично разделены между собой, что позволяет повысить качество разделения отобранных проб.