RU2440495C1

RU2440495C1 - Receiving chamber of downhole sampler for sampling of high-viscosity oil and bottom deposit

Info

Publication number: RU2440495C1
Application number: RU2010131838/03A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Павлов (RU); Андрей Александрович Павлов; Игорь Евгеньевич Бурцев (RU); Игорь Евгеньевич Бурцев
Original assignee: Андрей Александрович Павлов
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-01-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry. ^ SUBSTANCE: receiving chamber of suction-type sampler includes tight tank consisting of calibrated cylinder on one end of which body of shutoff valve is fixed, and on the other end of which a steady bush is fixed, and dividing piston installed between them. In the valve body there installed is hydraulic booster with through channel. Shutoff valve has tight axial channel and is equipped with a piston and transit tube. ^ EFFECT: increasing a through gap for non-return valve of the chamber, which corresponds to improvement of its closing reliability, possibility of controlling the open state of the valve; providing the possibility of taking several simultaneous samples. ^ 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для отбора проб высоковязкой нефти с различного уровня и донных осадков в скважинах и может быть использовано в нефтяной промышленности.The invention relates to devices for sampling high viscosity oil from various levels and bottom sediments in wells and can be used in the oil industry.

Все известные технические решения устройств для отбора проб в скважине содержат балластную и приемную камеры, имеют механизмы, управляющие открытием (закрытием) входного запорного клапана, а также гидро- или пневмосопротивления для торможения пластовой жидкости, отбираемой в приемную камеру, чтобы сохранить однофазное состояние глубинной пробы. Для всех их характерны общие недостатки.All well-known technical solutions for sampling devices in the well contain a ballast and a receiving chamber, have mechanisms that control the opening (closing) of the inlet shutoff valve, as well as hydraulic or pneumatic resistance to inhibit the formation fluid taken into the receiving chamber in order to maintain the single-phase state of the deep sample . All of them are characterized by common shortcomings.

Известно устройство для управления закрытием запорных клапанов приемной камеры пробоотборника (патент РФ №82763), включающее силовой рычажный механизм, состоящий из корпуса, внутри которого помещена поджатая пружиной обойма, соединенная шариковым замком со штоком и приводимая в движение двумя подпружиненными сухарями, и соединенный с ним с помощью резьбы механизм управления клапанами, состоящий из корпуса с размещенными в нем стаканом, втулкой и плунжером с уплотнительными кольцами и тарировочными штифтами. К корпусу механизма управления клапанами присоединен с помощью резьбы переходник в виде втулки, имеющей продольные прорези, в которые входит присоединенная к торцу плунжера траверса с закрепленной на ней муфтой, фиксирующей сухари силового рычажного механизма в удерживающем от срабатывания состоянии.A device for controlling the closing of the shutoff valves of the receiving chamber of the sampler (RF patent No. 82763), including a power linkage mechanism consisting of a housing, inside of which is placed a spring-loaded clip connected by a ball lock to the rod and driven by two spring loaded crackers, and connected to it with the help of a thread, a valve control mechanism consisting of a housing with a glass, a sleeve and a plunger placed in it with o-rings and calibration pins. An adapter in the form of a sleeve having longitudinal slots is connected to the body of the valve control mechanism by means of a thread, which includes a beam connected to the end of the plunger plunger with a sleeve fixed to it, fixing the crackers of the power linkage mechanism in a state that prevents it from being triggered.

Данное устройство представляет собой сложную конструкцию с множеством деталей. Кроме того, отсутствует процесс контроля за подготовкой устройства (срезание тарировочных штифтов) и процесс закрытия запорных клапанов приемной камеры пробоотборника связан с положением пробоотборника относительно стыка насосно-компрессорной трубы, а не с глубиной отбора. Последнее сильно ставит под вопрос кондиционность пробы.This device is a complex design with many details. In addition, there is no process for monitoring the preparation of the device (cutting off the calibration pins) and the process of closing the shut-off valves of the receiver chamber of the sampler is associated with the position of the sampler relative to the junction of the tubing, and not with the depth of sampling. The latter strongly questions the conditionality of the sample.

Известно клапанное устройство приемной камеры пробоотборника, состоящее из седла и клапана из ферромагнитного материала, при этом седло снабжено системой постоянных магнитов, а клапан имеет вставки из ферромагнитного материала с точкой Кюри, равной температуре нефти в месте отбора проб (патент РФ №2334101).Known valve device of the receiving chamber of the sampler, consisting of a seat and a valve made of ferromagnetic material, while the seat is equipped with a system of permanent magnets, and the valve has inserts of ferromagnetic material with a Curie point equal to the temperature of the oil at the sampling location (RF patent No. 2334101).

Недостатком известного устройства является слабое усилие прижатия обратного клапана после окончания отбора пробы, которое усиливается лишь при подъеме оборудования за счет выхода из температуры, близкой к точке Кюри и разнице давления в камере и снаружи. Это может вызвать уменьшение давления в приемной камере и, как следствие, разгазирование пробы. Кроме того, отсутствует контроль открытого состояния клапана.A disadvantage of the known device is the weak pressure force of the non-return valve after sampling is completed, which increases only when the equipment rises due to exiting a temperature close to the Curie point and the pressure difference in the chamber and outside. This can cause a decrease in pressure in the receiving chamber and, as a consequence, degassing of the sample. In addition, there is no control of the open state of the valve.

В известных устройствах используют подпружиненные конические обратные клапаны. Давление в приемной камере получается меньше на величину усилия пружины, отнесенную к площади перекрытия обратного клапана. Этого можно избежать применяя пружину со слабым усилием, но ввиду наличия механических примесей (частички породы) может возникнуть неплотное закрытие обратного клапана и, как следствие, частичное разгазирование пробы с потерей ее кондиционности.Known devices use spring-loaded conical check valves. The pressure in the receiving chamber is less by the amount of spring force, referred to the area of the non-return valve. This can be avoided by applying a spring with a weak force, but due to the presence of mechanical impurities (particles of rock), a non-tight closing of the check valve can occur and, as a result, partial degassing of the sample with loss of its conditioning.

Известна приемная камера пробоотборника (патент РФ №2078205), выбранная нами в качестве прототипа, включающая приемную камеру, которая представляет собой герметичную емкость, состоящую из калиброванного цилиндра, на один конец которого навинчивается по штатной резьбе корпус клапанов, герметизированный по рабочей поверхности цилиндра посредством резинового кольца; а на другой конец навинчивается по штатной резьбе опорная втулка. Между корпусом клапанов и опорной втулкой перемещается разделительный поршень. В процессе отбора пробы в корпус клапанов устанавливается запорный клапан. Разделительный поршень снабжен уплотнительным устройством, состоящим из пластмассовой манжеты, которая без зазора контактирует с конической поверхностью резьбового прижима и поверхностью калиброванного цилиндра, В канавке конической поверхности прижима установлено резиновое кольцо, которое является силовым элементом, обеспечивающим постоянное контактное давление герметизации между манжетой и рабочей поверхностью цилиндра. Сама камера заполнена масломA known receiver chamber of the sampler (RF patent No. 2078205), which we have chosen as a prototype, includes a receiver chamber, which is a sealed container consisting of a calibrated cylinder, a valve body screwed onto a standard thread, sealed on the cylinder’s working surface with rubber rings; and on the other end, the support sleeve is screwed on the standard thread. A separation piston moves between the valve body and the support sleeve. During the sampling process, a shut-off valve is installed in the valve body. The separation piston is equipped with a sealing device consisting of a plastic sleeve that contacts the conical surface of the threaded clip and the surface of the calibrated cylinder without a gap. A rubber ring is installed in the groove of the conical surface of the clip, which is a force element that provides constant contact sealing pressure between the sleeve and the cylinder working surface . The chamber itself is filled with oil

Недостатком этого устройства при отборе проб является невысокое проходное отверстие для отбираемого флюида и подпружиненный обратный клапан. Последнее как ухудшает проход пробы при приеме, так и слабо закрывает камеру после отбора, оставляя возможность полного закрытия лишь при достаточном подъеме от места отбора, силами гидростатического давления.The disadvantage of this device when sampling is a low bore for the sampled fluid and a spring-loaded check valve. The latter both worsens the passage of the sample during reception, and weakly closes the chamber after sampling, leaving the possibility of complete closure only with a sufficient rise from the sampling site, using hydrostatic pressure.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение проходного зазора для запорного клапана камеры, что способствует улучшению надежности его закрытия, возможности контроля открытого состояния клапана. При этом сохранится возможность совершать несколько отборов пробы одновременно.The technical task of the invention is to increase the passage clearance for the shutoff valve of the chamber, which improves the reliability of its closure, the ability to control the open state of the valve. At the same time, it will remain possible to make several sampling simultaneously.

Поставленная задача решается за счет использования предложенной приемной камера пробоотборника всасывающего типа, включающей герметичную емкость, состоящую из калиброванного цилиндра, на одном конце которого закреплен корпус запорного клапана, а на другом конце - опорная втулка, установленный между ними разделительный поршень. В корпусе запорного клапана установлен гидроусилитель с проходным каналом, а запорный клапан выполнен с герметичным осевым каналом и снабжен поршнем и транзитной трубкой.The problem is solved by using the proposed intake chamber of the suction-type sampler, including a sealed container consisting of a calibrated cylinder, at one end of which a shut-off valve body is fixed, and at the other end - a support sleeve, a separation piston installed between them. A hydraulic booster with a passage channel is installed in the shut-off valve housing, and the shut-off valve is made with a sealed axial channel and is equipped with a piston and a transit tube.

Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежом, где: 1 - фонарь, 2 - гидроусилитель, 3 - запорный клапан, 4 - корпус клапана, 5 - разделительный поршень, 6 - балластная жидкость, 7 - калиброванный цилиндр, 8 - опорная втулка, 9 - балластная камера, 10 - проходной канал гидроусилителя, 11 - осевой канал запорного клапана, 12 - поршень запорного клапана, 13 - транзитная трубка запорного клапана.The proposed technical solution is illustrated by the drawing, where: 1 - flashlight, 2 - hydraulic booster, 3 - shut-off valve, 4 - valve body, 5 - separation piston, 6 - ballast fluid, 7 - calibrated cylinder, 8 - supporting sleeve, 9 - ballast chamber , 10 - passageway of the hydraulic booster, 11 - axial channel of the shutoff valve, 12 - piston of the shutoff valve, 13 - transit tube of the shutoff valve.

Устройство работает следующим образом. На чертеже показана приемная камера в положении, готовом к отбору пробы. На разделительный поршень 5 оказывается гидростатическое давление внешней среды, проходящее через входное отверстие в корпусе запорного клапана 4. Величина входного отверстия и сечения между запорным клапаном 3 и корпусом запорного клапана 4 достаточны для прохождения высоковязких жидкостей или донных осадков.The device operates as follows. The drawing shows the receiving chamber in a position ready for sampling. The dividing piston 5 exerts hydrostatic pressure of the external environment passing through the inlet in the shut-off valve body 4. The size of the inlet and the cross-section between the shut-off valve 3 and the shut-off valve body 4 are sufficient for passage of highly viscous liquids or bottom sediments.

В таблице приводятся сравнительные параметры усилий прохождения вязкой жидкости через запорный клапан прототипов и предлагаемого устройства при одинаковых внешних диаметрах оборудования, равным 38 мм.The table shows the comparative parameters of the efforts of the passage of a viscous fluid through the shutoff valve of the prototypes and the proposed device with the same external diameters of the equipment equal to 38 mm

Из таблицы видно существенное преимущество предлагаемой приемной камеры в том, что гидросопротивление потоку отбираемого флюида сведено к значению, близкому к нулю, так как проходное сечение в корпусе клапана в 5 раз больше по сравнению с аналогом, описанным в патенте РФ №2078205. Кроме того, в процессе отбора по сравнению с последним патентом нет усилий прижатия запорного клапана. Устройство по патенту РФ №2334101 не создает помех прохождению флюида в процессе отбора пробы, но и не обеспечивает усилия прижатия запорного клапана в момент окончания отбора пробы. По сравнению с известными устройствами приемной камеры в предлагаемом варианте по окончании процесса прохождения пробы в приемную камеру запорный клапан надежно ее закрывает с усилием на несколько порядков больше, чем у аналогов, предупреждая утечки пробы при подъеме на поверхность.The table shows a significant advantage of the proposed receiving chamber in that the hydraulic resistance to the flow of the sampled fluid is reduced to a value close to zero, since the flow cross section in the valve body is 5 times larger than the analogue described in RF patent No. 2078205. In addition, in the selection process, in comparison with the last patent, there is no effort to press the shut-off valve. The device according to the patent of the Russian Federation No. 2334101 does not interfere with the passage of fluid in the process of sampling, but also does not provide the force of pressing the shut-off valve at the end of sampling. In comparison with the known devices of the receiving chamber in the proposed embodiment, at the end of the process of passing the sample into the receiving chamber, the shutoff valve reliably closes it with a force several orders of magnitude greater than that of analogues, preventing leakage of the sample when it rises to the surface.

Давление ниже разделительного поршня 5 воздействует на балластную жидкость 6 и проникает через транзитную трубку 13 по осевому каналу 11 запорного клапана 3 в его нижнюю часть, оказывая прямое усилие вверх на запорный клапан 3 через поршень 12 и дополнительное с помощью гидроусилителя 2, препятствуя закрытию запорного клапана 3. Давление балластной жидкости 6 контролируется механизмом, расположенным (как вариант изделие СИМСП20ВМ - патент РФ №2344290) в балластной камере 9. В процессе отбора пробы происходит понижение давления балластной жидкости 6, ее истекание в балластную камеру и перемещение разделительного поршня 5 вверх до упора в опорную втулку 8. Разделительный поршень 5 свободно перемещается по транзитной трубке 13 запорного клапана 3, не нарушая герметичности осевого канала 11 запорного клапана 3. При падении давления в процессе отбора запорный клапан 3 не закрывается благодаря гидроусилителю 2, который компенсирует с запасом величину падения давления. По завершении процесса отбора давление балластной жидкости становится близким к нулю, гидроусилитель 2 прекращает работать и поршень 12 запорного клапана 3 с усилием, пропорциональным его площади и гидростатическому давлению в точке отбора, закрывает запорный клапан 3.The pressure below the separation piston 5 acts on the ballast liquid 6 and penetrates through the transit tube 13 along the axial channel 11 of the shut-off valve 3 into its lower part, exerting a direct upward force on the shut-off valve 3 through the piston 12 and additional using hydraulic booster 2, preventing the shut-off valve from closing 3. The pressure of the ballast fluid 6 is controlled by a mechanism located (as an option the product SIMS2020VM - RF patent No. 2344290) in the ballast chamber 9. In the process of sampling, the pressure of the ballast fluid 6 , its outflow into the ballast chamber and the separation piston 5 moving up to the stop in the support sleeve 8. The separation piston 5 moves freely along the transit tube 13 of the shut-off valve 3, without violating the tightness of the axial channel 11 of the shut-off valve 3. If the pressure drops during the selection process, the shut-off valve 3 does not close thanks to the hydraulic booster 2, which compensates with a margin the magnitude of the pressure drop. At the end of the selection process, the pressure of the ballast liquid becomes close to zero, the hydraulic booster 2 stops working and the piston 12 of the shut-off valve 3 with a force proportional to its area and hydrostatic pressure at the point of selection, closes the shut-off valve 3.

Такое выполнение конструкции позволило иметь давление балластной жидкости внутри приемной камеры с обеих сторон запорного клапана 3 благодаря осевому каналу запорного клапана 11 и проходному каналу гидроусилителя 10, что позволяет подключать последовательно несколько приемных камер. При необходимости типового отбора проб, набранное количество подготовленных камер собирают в единую компоновку, причем первую камеру герметизируют фонарем 1, а последнюю подключают к балластной камере 9.This design allowed the ballast fluid pressure inside the receiving chamber on both sides of the shutoff valve 3 due to the axial channel of the shutoff valve 11 and the passage channel of the hydraulic booster 10, which allows several receiving chambers to be connected in series. If necessary, type sampling, the collected number of prepared chambers is collected in a single arrangement, the first chamber being sealed with a flashlight 1, and the last connected to a ballast chamber 9.

Claims

The intake chamber of the suction-type sampler, including a sealed container consisting of a calibrated cylinder, at one end of which a shut-off valve body is fixed, and at the other end - a support sleeve, and a separation piston installed between them, characterized in that a hydraulic booster with a passage is installed in the valve body channel, and the shut-off valve is made with a sealed axial channel, equipped with a piston and a transit tube.