RU2108461C1

RU2108461C1 - Deep sample taker

Info

Publication number: RU2108461C1
Application number: RU96117914A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Гриценко; С.А. Тер-Саакян; М.Л. Глинский; Ю.С. Татарчук; Н.М. Панин
Original assignee: Государственное геологическое предприятие "Гидроспецгеология" РОСКОМНЕДРА
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: this is used in geological investigation for taking deep samples of liquids from wells and water basins. Deep sample taker has body with non-return valve and safety valve which is installed on seat of non-return valve for connecting body hollow with annular space. Body fixing unit incorporates electromagnet with housing, cable shoe at its upper end and rod-pusher at its lower end and is movably installed in body. Also provided are holder, and locking members. Piston of sample taker is made with at least two sealing members in the form of tapered sleeves facing each other by their large bases and secured on housing of electromagnet. Sensor of sample taking termination is installed between electromagnet and cable shoe. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к геологическим исследованиям, а именно к устройствам, предназначенным для отбора и герметизации глубинных проб жидкости из скважин и водоемов. The invention relates to geological research, and in particular to devices intended for the selection and sealing of deep fluid samples from wells and reservoirs.

Известен пробоотборник, содержащий камеру для отбора пробы, снабженную подпружиненными клапанами, связанными между собой замком, и механизмом для закрытия клапанов, состоящим из емкости, поршня, обратного клапана и собачки, удерживающей клапаны в открытом состоянии при спуске в скважину (Нефтяное хозяйство, 1971, N 1, с. 52 - 53). A known sampler comprising a sampling chamber equipped with spring-loaded valves interconnected by a lock and a valve closing mechanism consisting of a container, a piston, a non-return valve and a dog holding the valves open when they are lowered into the well (Oil Industry, 1971, N 1, p. 52 - 53).

Недостатками этого устройства являются значительные габариты, малый объем полезной камеры и необходимость подъема пробоотборника при отборе пробы на 20 - 30 м от точки отбора для срабатывания механизма, закрывающего клапаны, в результате чего может произойти попадание скважинной жидкости в приемную камеру и изменение состава пробы. The disadvantages of this device are the significant dimensions, the small volume of the useful chamber and the need to raise the sampler when sampling by 20 - 30 m from the sampling point for actuating the mechanism that closes the valves, as a result of which well fluid can enter the receiving chamber and change the composition of the sample.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является глубинный пробоотборник, содержащий полый корпус с обратным клапаном, подвижно установленный в корпусе электромагнит с кожухом и кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, поршень и узел фиксации корпуса с электромагнитом, включающий обойму и стопорные элементы. (авт. св. CCCH N 1645490, кл. E 21 B 49/08, 1989). The closest to the proposed technical essence and the achieved result is an in-depth sampler containing a hollow body with a check valve, a movable electromagnet in the body with a casing and cable lug at the upper end and a rod-pusher at the lower end, a piston and a housing fixation unit with an electromagnet, including clip and locking elements. (ed. St. CCCH N 1645490, class E 21 B 49/08, 1989).

Недостатками этого пробоотборника являются невысокая надежность, повышенная опасность при отборе проб с больших глубин и неудобство в работе. The disadvantages of this sampler are low reliability, increased danger when sampling from great depths and inconvenience in operation.

Невысокая надежность в работе связана с невозможностью точно определить время окончания заполнения камеры, что ставит под сомнение достоверность извлекаемой пробы жидкости. Возможность деформации манжет поршня и заклинивания его в корпусе при работе на глубине более 2000 м, исключает использование их на больших глубинах из-за возникновения аварийных ситуаций. Low reliability is associated with the inability to accurately determine the time of completion of filling the chamber, which casts doubt on the reliability of the extracted fluid sample. The possibility of deformation of the piston cuffs and its jamming in the case when working at a depth of more than 2000 m excludes their use at great depths due to emergency situations.

Опасность при использовании пробоотборника связана со значительным давлением в камере при отборе проб с большой глубины. The danger when using the sampler is associated with significant pressure in the chamber when sampling from great depths.

Неудобство в работе с пробоотборником связано со значительным увеличением длины устройства, особенно при необходимости отбора пробы объемом более 10 л. The inconvenience in working with the sampler is associated with a significant increase in the length of the device, especially if it is necessary to take samples with a volume of more than 10 liters.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы пробоотборника, улучшение техники безопасности и условий работы с ним. An object of the invention is to increase the reliability of the sampler, improving safety and working conditions with him.

Это достигается тем, что глубинный пробоотборник, содержащий полый корпус с обратным клапаном, подвижно установленный в корпусе электромагнит с кожухом, кабельным наконечником на верхнем конце и штоком-толкателем на нижнем, поршень и узел фиксации корпуса с электромагнитом, включающий обойму и стопорные элементы, снабжен датчиком окончания набора пробы и предохранительным клапаном. Причем датчик установлен между электромагнитом и кабельным наконечником, а предохранительный клапан - на седле обратного клапана с возможностью сообщения полости корпуса с затрубным пространством. При этом поршень выполнен по крайней мере с двумя уплотнительными элементами в виде конических стаканов, обращенных один к другому большими основаниями и закрепленных на кожухе электромагнита, который в исходном положении размещен в полости корпуса. This is achieved by the fact that the depth sampler, comprising a hollow body with a check valve, movably mounted in the body of an electromagnet with a housing, a cable lug at the upper end and a rod-pusher at the lower end, a piston and a housing fixation unit with an electromagnet, including a cage and locking elements, is equipped with a sample completion sensor and a safety valve. Moreover, the sensor is installed between the electromagnet and the cable lug, and the safety valve is located on the seat of the non-return valve with the possibility of communication of the body cavity with the annulus. In this case, the piston is made with at least two sealing elements in the form of conical cups facing one another with large bases and mounted on the casing of the electromagnet, which in its initial position is placed in the cavity of the housing.

Дополнительными отличительными признаками изобретения, способствующими решению поставленной технической задачи, являются такие: датчик окончания набора пробы выполнен в виде геркона и постоянного магнита, установленных с возможностью осевого перемещения одного относительно другого; предохранительный клапан выполнен в виде эластичного кольца, установленного в кольцевой проточке, выполненной на седле обратного клапана и имеющей высоту больше диаметра эластичного кольца, при этом кольцевая проточка соединена радиальными каналами с полостью корпуса и затрубным пространством; стопорные элементы узла фиксации выполнены в виде колец, установленных на крепежных осях с возможностью радиального перемещения при взаимодействии со штоком-толкателем. Additional distinguishing features of the invention, contributing to the solution of the technical problem, are as follows: the sample completion sensor is made in the form of a reed switch and a permanent magnet mounted with the possibility of axial movement of one relative to the other; the safety valve is made in the form of an elastic ring installed in an annular groove made on the seat of the non-return valve and having a height greater than the diameter of the elastic ring, while the annular groove is connected by radial channels to the body cavity and the annulus; locking elements of the fixing unit are made in the form of rings mounted on the mounting axles with the possibility of radial movement when interacting with the rod-pusher.

Решению поставленной задачи способствует также и снабжение пробоотборника центратором, расположенным над корпусом и имеющим наружный диаметр, который больше внутреннего диаметра корпуса. The task is also facilitated by the provision of a sampler with a centralizer located above the casing and having an outer diameter that is larger than the inner diameter of the casing.

На фиг. 1 изображен пробоотборник в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении (с заполненной камерой). In FIG. 1 shows a sampler in a transport position; in FIG. 2 - the same, in the working position (with the chamber filled).

Глубинный пробоотборник включает полый корпус 1, электромагнит 2 с поршнем и кабельным наконечником 3, центратор 4, узел фиксации 5 корпуса 1 с электромагнитом 2, датчик 6 окончания набора пробы и предохранительный клапан 7. The depth sampler includes a hollow body 1, an electromagnet 2 with a piston and a cable lug 3, a centralizer 4, a fixing unit 5 of the body 1 with an electromagnet 2, a probe 6 for the end of the sample collection, and a safety valve 7.

Корпус 1 на верхнем конце снабжен направляющей втулкой 8, а на нижнем обратным клапаном 9 и фильтром 10 с центрирующей гильзой 11. The housing 1 at the upper end is equipped with a guide sleeve 8, and at the lower non-return valve 9 and the filter 10 with a centering sleeve 11.

Электромагнит 2 содержит кожух 12, неподвижный 13 и подвижный 14 якори, соленоид 15 и манжету 16, полость которой заполнена трансформаторным маслом 17. Подвижный якорь 14 имеет шток-толкатель 18, который может быть выполнен как единое целое с ним, так и отдельно и соединен с якорем, например, резьбой. В исходном положении электромагнит 2 располагается в полости корпуса 1, благодаря чему габариты пробоотборника определяются исключительно размерами корпуса 1. The electromagnet 2 contains a casing 12, a fixed 13 and a movable 14 anchors, a solenoid 15 and a cuff 16, the cavity of which is filled with transformer oil 17. The movable armature 14 has a rod-pusher 18, which can be made as a whole, or separately and connected with an anchor, for example, a thread. In the initial position, the electromagnet 2 is located in the cavity of the housing 1, so that the dimensions of the sampler are determined solely by the dimensions of the housing 1.

Датчик 6 окончания набора пробы размещен между кабельным наконечником 3 и электромагнитом 2. Он выполнен в виде геркона 19 и постоянного магнита 20, установленных соответственно в полости штока 21 из диамагнитного материала и оболочки 22, с возможностью осевого перемещения одного относительно другого. С этой целью оболочка 22 выполнена с продольными окнами 23, вдоль которых перемещаются стержни 24, закрепленные в радиальных отверстиях диамагнитного кольца 25 с вмонтированным в его полости постоянным магнитом 20, взаимодействующим с герконом 19. В исходном положении (фиг. 1) постоянный магнит 20 смещен относительно геркона 19 и удерживается в крайнем верхнем положении пружины 26, на которую опирается кольцо 25. Геркон 19 и электромагнит 2 соединены с источником питания на поверхности одно- или многожильным кабелем 27 через диоды 28. The sensor 6 of the end of the collection of samples is placed between the cable lug 3 and the electromagnet 2. It is made in the form of a reed switch 19 and a permanent magnet 20 mounted respectively in the cavity of the rod 21 from a diamagnetic material and the sheath 22, with the possibility of axial movement of one relative to the other. For this purpose, the shell 22 is made with longitudinal windows 23 along which rods 24 are mounted, fixed in the radial holes of the diamagnetic ring 25 with a permanent magnet 20 mounted in its cavity, interacting with the reed switch 19. In the initial position (Fig. 1), the permanent magnet 20 is displaced relative to the reed switch 19 and is held in the extreme upper position of the spring 26, on which the ring 25 rests. The reed switch 19 and the electromagnet 2 are connected to the power source on the surface by a single or multicore cable 27 through diodes 28.

Узел 5 фиксации корпуса 1 с электромагнитом 2 включает обойму 29 с кольцевой расточкой 30 под стопорные элементы в виде колец 31, установленных на осях 32 в пазах нижнего торца ступенчатого защитного кожуха 33 манжеты 16 и имеющих диаметр, меньший внутренннго диаметра колец 31. Это обеспечивает радиальное перемещение колец 31 при взаимодействии со штоком-толкателем 18. The assembly 5 for fixing the housing 1 with an electromagnet 2 includes a holder 29 with an annular bore 30 for retaining elements in the form of rings 31 mounted on axes 32 in grooves of the lower end of the stepped protective casing 33 of the sleeve 16 and having a diameter smaller than the inner diameter of the rings 31. This provides a radial the movement of the rings 31 when interacting with the rod-pusher 18.

Обратный клапан 9 пробоотборника содержит седло 34, конусный клапан 35 с хвостовиком 36 и оттарированную пружину 37. Хвостовик 36 клапана 35 выполнен с глухим осевым каналом 38 и сквозными радиальными каналами 39 для слива пробы в емкости через присоединяемый к центрирующей гильзе штуцер (не показан). Седло 34 клапана совместно с обоймой 29 фиксируется в корпусе 1 от осевого перемещения посредством фильтра 10 с радиальными окнами 40. The non-return valve 9 of the sampler contains a seat 34, a cone valve 35 with a shank 36 and a calibrated spring 37. The shank 36 of the valve 35 is made with a blind axial channel 38 and through radial channels 39 for draining the sample in the tank through a fitting (not shown) attached to the centering sleeve. The valve seat 34 together with the cage 29 is fixed in the housing 1 from axial movement by means of a filter 10 with radial windows 40.

Предохранительный клапан 7 выполнен в виде эластичного кольца 41, размещенного в кольцевой проточке 42 на наружной поверхности седла 34 и обратного клапана 9. Проточка 43 посредством радиальных каналов 43 и 44 в седле 34 и в корпусе 1 соединена соответственно с полостью корпуса 1 и затрубным пространством. Диаметр кольца 41 меньше высоты проточки 42, что обеспечивает беспрепятственный сброс части пробы в затрубное пространство для поддержания заданного перепада давления между пробоотборной камерой и затрубным пространством. The safety valve 7 is made in the form of an elastic ring 41 located in the annular groove 42 on the outer surface of the seat 34 and the non-return valve 9. The groove 43 through the radial channels 43 and 44 in the seat 34 and in the housing 1 is connected respectively to the cavity of the housing 1 and the annulus. The diameter of the ring 41 is less than the height of the groove 42, which ensures unimpeded discharge of part of the sample into the annulus to maintain a given pressure drop between the sampling chamber and the annulus.

Поршень пробоотборника образован кожухом 12 электромагнита 2 и установленных на нем по крайней мере двух уплотнительных элементов 45 в виде конических стаканов, большие основания которых обращены друг к другу, что исключает расклинивание поршня в полости корпуса 1 при любом давлении на забое скважины. The piston of the sampler is formed by the casing 12 of the electromagnet 2 and installed on it at least two sealing elements 45 in the form of conical cups, the large bases of which are facing each other, which eliminates the jamming of the piston in the cavity of the housing 1 at any pressure on the bottom of the well.

Над корпусом 1 установлен центратор 4, выполненный в форме полого конуса под кабельный наконечник 3 и имеющий наружный диаметр, который больше внутреннего диаметра направляющей втулки 8. Центратор 4 обеспечивает с одной стороны центрацию кабельного наконечника 3, а с другой - защиту полости корпуса 1 от попадания посторонних предметов. A centralizer 4 is installed over the housing 1, made in the form of a hollow cone under the cable lug 3 and having an outer diameter that is larger than the inner diameter of the guide sleeve 8. The centralizer 4 provides the centering of the cable lug 3 on the one hand and protects the cavity of the housing 1 from being hit foreign objects.

Принцип действия пробоотборника основан на использовании поршневого эффекта. Пробоотборник спускают в скважину на кабеле в сомкнутом положении, когда все элементы устройства располагаются в полости корпуса 1 и фиксируются там стопорными кольцами 31, которые располагаются в кольцевой расточке 30 и удерживаются в таком положении штоком-толкателем 18. После достижения заданного интервала подается напряжение в обмотку электромагнита 2. При этом шток-толкатель 18 вместе с подвижным якорем 14 втягиваются в полость соленоида 15, в результате чего происходит разблокирование узла 5 фиксации и освобождение корпуса 1. Последний под действием собственного веса начинает перемещаться вниз, создавая поршнем разрежение в полости корпуса 1, куда устремляется скважинная жидкость через фильтр 10 и обратный клапаны 35. При этом благодаря конической форме уплотнительных элементов 45 поршня и схеме их ориентации они не создают большого сопротивления движению корпуса 1 вниз и тем самым гарантируют полное заполнение полости корпуса пробой. Этому положению соответствует совмещение по высоте геркона 19 и постоянного магнита 20 (фиг. 2). В таком положении происходит замыкание контактов геркона 19, что фиксируется на поверхности получением сигнала, после получения которого начинают подъем пробоотборника. При этом отобранная проба герметизируется поршнем и обратным клапаном 35. По мере подъема увеличивается разность давления между полостью корпуса 1 и затрубным пространством, что может привести и к нарушению целостности верхнего уплотнительного элемента 45 и разгерметизации полости корпуса 1. Для исключения этого служит предохранительный клапан 41, который срабатывает при достижении определенного перепада давления, пропуская часть жидкости, находящейся в полости корпуса 1 под большим давлением, в затрубное пространство через радиальные каналы 43, 44 и кольцевую проточку 42. The principle of operation of the sampler is based on the use of a piston effect. The sampler is lowered into the well on the cable in the closed position when all the elements of the device are located in the cavity of the housing 1 and are fixed there by the retaining rings 31, which are located in the annular bore 30 and are held in this position by the push rod 18. After reaching the specified interval, voltage is applied to the winding electromagnet 2. In this case, the rod-pusher 18 together with the movable armature 14 are retracted into the cavity of the solenoid 15, as a result of which the fixing unit 5 is unlocked and the housing 1 is released. Last Due to its own weight, it begins to move downward, creating a vacuum with a piston in the cavity of the housing 1, where the well fluid flows through the filter 10 and the check valves 35. However, due to the conical shape of the piston sealing elements 45 and the orientation pattern, they do not create much resistance to the downward movement of the housing 1 and thereby guarantee a complete filling of the cavity of the body with a breakdown. This position corresponds to the combination of the height of the reed switch 19 and the permanent magnet 20 (Fig. 2). In this position, the contacts of the reed switch 19 are closed, which is fixed on the surface by receiving a signal, after receiving which the sampler begins to rise. In this case, the sample taken is sealed by a piston and a non-return valve 35. As the pressure rises, the pressure difference between the cavity of the housing 1 and the annulus increases, which can lead to a violation of the integrity of the upper sealing element 45 and depressurization of the cavity of the housing 1. To prevent this, the safety valve 41, which is triggered when a certain pressure drop is reached, passing a part of the liquid located in the cavity of the housing 1 under high pressure into the annulus through radial Nala 43, 44 and the annular groove 42.

Извлечение пробы из пробоотборника осуществляется принудительным перемещением обратного клапана 35 центрирующей резьбовой гильзой 11 через радиальные каналы 39 и осевой канал 38 обратного клапана и присоединенный к гильзе 11 посредством штуцера шланг (не показаны). Sample removal from the sampler is carried out by forced movement of the non-return valve 35 with a centering threaded sleeve 11 through the radial channels 39 and the axial channel 38 of the non-return valve and a hose (not shown) connected to the sleeve 11.

Таким образом, снабжение предложенного пробоотборника датчиком окончания набора пробы позволяет повысить надежность его работы за счет исключения случаев подъема пробоотборника с неполной камерой. Повышению надежности работы устройства способствует и наличие центратора 4, предохраняющего полость корпуса 1 от попадания посторонних предметов, а сам пробоотборник - от заклинивания в скважине при прохождении через зауженные участки, а также форма и схема установки уплотнительных элементов 45 поршня, исключающих случаи его заклинивания в корпусе 1 при отборе пробы с больших глубин. Thus, the provision of the proposed sampler with a sensor for the end of the sampling allows to increase the reliability of its operation by eliminating cases of lifting the sampler with an incomplete chamber. The reliability of the device is also facilitated by the presence of a centralizer 4, which protects the cavity of the housing 1 from ingress of foreign objects, and the sampler itself from jamming in the well when passing through narrowed areas, as well as the shape and installation pattern of the piston sealing elements 45, excluding cases of jamming in the housing 1 when sampling from great depths.

Наличие в пробоотборнике предохранительного клапана повышает безопасность ведения работ путем поддержания разности давлений внутри корпуса и внешней средой на заданном уровне, а схема размещения всех узлов устройства в полости корпуса позволяет улучшить условия работы обслуживающего персонала за счет уменьшения габаритов устройства. The presence in the sampler of a safety valve increases the safety of work by maintaining the pressure difference inside the housing and the external environment at a predetermined level, and the layout of all nodes of the device in the cavity of the housing improves the working conditions of maintenance personnel by reducing the size of the device.

Claims

1. An in-depth sampler comprising a housing with a non-return valve, an electromagnet movably mounted in the housing with a housing, a cable lug at the upper end and a push rod at the lower end, a piston and a housing fixing assembly with an electromagnet, including a cage and locking elements, characterized in that it equipped with a sensor for the end of sample collection and a safety valve, the sensor installed between the electromagnet and the cable lug, and the safety valve on the seat of the non-return valve with the possibility of lane communication a housing with an annular space, the piston being made with at least two sealing elements in the form of conical cups facing one another with large bases and fixed to the casing of an electromagnet placed in its original position in the housing cavity.

2. The sampler according to claim 1, characterized in that the sensor for completing the collection of samples is made in the form of a reed switch and a permanent magnet, mounted with the possibility of axial movement of one relative to the other.

3. The sampler according to claim 1, characterized in that the safety valve is made in the form of an elastic ring mounted in an annular groove made on the seat of the non-return valve and having a height greater than the diameter of the elastic ring, while the annular groove is communicated by radial channels with annulus and cavity corps.

4. The sampler according to claim 1, characterized in that it is equipped with a centralizer located above the housing and having an outer diameter greater than the inner diameter of the housing.

5. The sampler according to claim 1, characterized in that the locking elements are made in the form of rings mounted on the mounting axles with the possibility of radial movement when interacting with the rod-pusher.