RU2470152C1

RU2470152C1 - Device for sampling deep wells

Info

Publication number: RU2470152C1
Application number: RU2011125113/03A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Павлов
Original assignee: Андрей Александрович Павлов; Общество с ограниченной ответственностью "Союзнефтегаздинамикк"
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-12-20

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to sampling of deep wells. Proposed device comprises suction-type sample intake chamber with separation piston, check valve and check valve seat, ballast chamber with pressure regulator, sample pressurisation mechanism with compressed gas chamber, pressurisation fluid chamber and pressurisation piston, control and data exchange module, sample input channel and valve. Said sample pressurisation mechanism is arranged between sample intake chamber and ballast chamber, and equipped with uncoupler with piston and holder. Note here that sample intake chamber is provided with extra moving piston with check valve.

EFFECT: simplified sample pressurisation mechanism.

6 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к технике отбора глубинных проб.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to a deep sampling technique.

Пластовые флюиды в нефтяных или газовых скважинах обычно представляют собой смесь нефти, газа и воды. Фазовое соотношение компонентов смеси определяется давлением, температурой и объемом пластовых флюидов, заключенных в ограниченном пространстве. При поднятии устройства отбора проб на поверхность происходят физические изменения непосредственно в пробе, что приводит к выделению газовой фазы и возможному образованию химических соединений, искажающих результаты лабораторного анализа пробы.Formation fluids in oil or gas wells are usually a mixture of oil, gas and water. The phase ratio of the components of the mixture is determined by the pressure, temperature and volume of reservoir fluids enclosed in a confined space. When lifting the sampling device to the surface, physical changes occur directly in the sample, which leads to the evolution of the gas phase and the possible formation of chemical compounds that distort the results of laboratory analysis of the sample.

Известен ряд методов анализа скважинных флюидов в условиях скважины (пат. США №№6467544, 5329811).A number of well-known methods for analyzing wellbore fluids in a well condition are known (US Pat. US No. 6467544, 5329811).

Так, известно устройство (пат РФ 2344290), состоящее из цилиндрического корпуса, в котором размещены пробоприемная камера всасывающего типа с разделительным поршнем, балластная камера, модуль управления и интерфейса обмена информацией. В цилиндрический корпус между пробоприемной и балластной камерами, герметично от внешней среды, введены последовательно подключенные, следующие от пробоприемной камеры, неуправляемый настраиваемый редуктор давления жидкости и гидрореле, управляемое электрическим током, поступающим из модуля управления и интерфейса обмена информацией, использующего упругие механические колебания, возбуждаемые на корпусе устройства, и помехоустойчивое кодирование информации для управления работой устройства.Thus, a device is known (Pat. RF 2344290), consisting of a cylindrical body in which a suction-type sampling chamber with a separation piston, a ballast chamber, a control module and an information exchange interface are located. In a cylindrical housing between the sampling and ballast chambers, hermetically sealed from the external environment, series-connected, uncontrollable adjustable fluid pressure reducers and hydro-relays, controlled by an electric current coming from the control module and the information exchange interface using elastic mechanical vibrations, are introduced, sequentially connected from the sampling chamber on the device’s case, and noise-resistant coding of information to control the operation of the device.

Другие методы предусматривают отбор пробы скважинных флюидов для ее извлечения на поверхность (пат США №№4583595, 4903765).Other methods include sampling downhole fluids to extract them to the surface (US Pat. No. 4,558,395, 4,903,765).

В глубоких скважинах температура часто превышает 150°C. При извлечении горячей пробы пластового флюида на поверхность, где температура составляет 20°C, из-за падения температуры проба пластового флюида стремится сократиться в размерах. Если объем пробы остается неизменным, такое сокращение приводит к существенному уменьшению давления пробы. Падение давления приводит к изменениям параметров, присущих пластовому флюиду в естественном залегании, что может обусловить фазовое разделение жидкостей и газов, поглощенных пробой пластового флюида. Разделение фаз влечет за собой существенное изменение характеристик пластового флюида и уменьшает реальные возможности оценки реальных свойств пластового флюида.In deep wells, temperatures often exceed 150 ° C. When a hot sample of a formation fluid is removed to a surface where the temperature is 20 ° C, due to a drop in temperature, the sample of the formation fluid tends to shrink. If the sample volume remains unchanged, such a reduction leads to a significant decrease in sample pressure. The pressure drop leads to changes in the parameters inherent in the formation fluid in the natural occurrence, which may cause phase separation of liquids and gases absorbed by the breakdown of the formation fluid. The phase separation entails a significant change in the characteristics of the reservoir fluid and reduces the real ability to evaluate the real properties of the reservoir fluid.

Для преодоления этого недостатка были разработаны различные методы, направленные на поддержание пробы пластового флюида под давлением; например, необходимо обеспечивать непрерывное поджатие пробы во время подъема. Существует необходимость в контроле целостности пробы, начиная с подъема пробы на поверхность и до ее доставки в лабораторию для анализа.To overcome this drawback, various methods have been developed aimed at maintaining the reservoir fluid sample under pressure; for example, it is necessary to ensure continuous compression of the sample during lifting. There is a need to control the integrity of the sample, from the lifting of the sample to the surface until it is delivered to the laboratory for analysis.

Например, известно устройство для контроля интересующего параметра пробы пластового флюида (пат. РФ 2348806), содержащее скважинную пробоотборную камеру для размещения пробы пластового флюида и модуль контроля, сообщающийся посредством канала для флюида с частью пробы пластового флюида в скважинной пробоотборной камере и предназначенный для контроля интересующего параметра пробы пластового флюида. Устройство содержит клапан, связанный с каналом для подачи части пробы пластового флюида в модуль контроля, вторичный клапан, связанный с каналом для выборочного удержания части пробы флюида в канале. При этом первичный и вторичный клапаны взаимодействуют для изолирования части пробы флюида в канале. Кроме того, устройство содержит датчик температуры для контроля температуры пробы флюида или датчик давления для контроля давления пробы флюида, регистратор для регистрации интересующего параметра пробы флюида и аналитический модуль для выполнения анализа пробы флюида с определением первого интересующего параметра пробы флюида. Техническим результатом известного устройства является непрерывный контроль герметичности пробы, начиная с подъема пробы на поверхность и до ее доставки в лабораторию для анализа, но при этом не исключается возможность изменения химического состава пробы вследствие изменения давления и температуры внутри глубинной пробы.For example, a device is known for monitoring a parameter of a formation fluid sample of interest (US Pat. RF 2348806), comprising a downhole sampling chamber for receiving a formation fluid sample and a monitoring module communicating via a fluid channel with a portion of the formation fluid sample in the downhole sampling chamber and designed to control the interested formation fluid sample parameter. The device comprises a valve connected to a channel for supplying a portion of the sample of formation fluid to the control module, a secondary valve connected to a channel for selectively holding a portion of the sample of fluid in the channel. In this case, the primary and secondary valves interact to isolate part of the fluid sample in the channel. In addition, the device includes a temperature sensor for monitoring the temperature of the fluid sample or a pressure sensor for monitoring the pressure of the fluid sample, a recorder for recording the fluid sample parameter of interest, and an analysis module for analyzing the fluid sample to determine the first fluid sample parameter of interest. The technical result of the known device is the continuous monitoring of the tightness of the sample, starting from the lifting of the sample to the surface and before it is delivered to the laboratory for analysis, but the possibility of changing the chemical composition of the sample due to changes in pressure and temperature inside the deep sample is not excluded.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству отбора глубинных проб из скважин является устройство, состоящее из цилиндрического корпуса, в котором размещены пробоприемная камера всасывающего типа с разделительным поршнем, балластная камера, обратный клапан и седло обратного клапана, модуль управления и обмена информацией, устройство поджатия пробы при подъеме, состоящее из полости сжатого газа, полости жидкости для поджатия, клапана предела и распределительного клапана, соединенных между собой, и поршня сжатия (пат США 5337822). Устройство содержит контейнер, обеспечивающий герметичность пробы во время транспортировки к аналитической лаборатории, при этом в пробе не происходит разделение фаз скважинного флюида углеводорода. Недостатком конструкции является сложность подготовки глубинной пробы к лабораторному анализу, для чего используют сложный механизм перевода глубинной пробы из пробоприемной камеры в контейнер с помощью насоса.The closest technical solution to the claimed device for sampling deep samples from wells is a device consisting of a cylindrical body in which a suction-type sampling chamber with a separation piston, a ballast chamber, a non-return valve and a non-return valve seat, an information exchange and control module, and a sample compression device are placed when lifting, consisting of a cavity of compressed gas, a cavity of liquid for preload, a limit valve and a distribution valve connected together, and a compression piston (US Pat. SHA 5,337,822). The device contains a container that ensures the tightness of the sample during transportation to the analytical laboratory, while in the sample phase separation of the borehole hydrocarbon fluid does not occur. The design drawback is the complexity of preparing a deep sample for laboratory analysis, for which a complex mechanism is used to transfer a deep sample from a sampling chamber to a container using a pump.

Как правило, пробоприемные камеры с глубинной пробой без механизма поджатия готовы к применению в лабораторном анализе после проведения ряда подготовительных процедур, связанных с приведением пробы к пластовым условиям, в том числе нагрев пробы до пластовой температуры. Механизм поджатия пробы использует сжатый газ, нагрев которого в комплексе с пробоприемной камерой может вызвать дополнительные нагрузки на герметичные соединения. В пластовых условиях это компенсировалось внешними барическими условиями. Кроме того, отсоединение механизма поджатия пробы немедленно приведет к падению ее давления. Поэтому для безопасности работ при сохранении кондиционности глубинной пробы требуется ее перевод в контейнер.As a rule, sampling chambers with a deep sample without a preload mechanism are ready for use in laboratory analysis after a series of preparatory procedures related to bringing the sample to reservoir conditions, including heating the sample to reservoir temperature. The sample preload mechanism uses compressed gas, the heating of which in combination with the sampling chamber can cause additional stresses on hermetic joints. In reservoir conditions, this was compensated by external baric conditions. In addition, detaching the preload mechanism of the sample will immediately lead to a drop in its pressure. Therefore, for the safety of work while maintaining the conditionality of the deep sample, its transfer to a container is required.

При переводе не должно произойти падения давления в системе насос - пробоприемная камера - контейнер - вентиль. Для этого приходится манипулировать одновременно несколькими органами управления (вентили, подача насоса), что повышает вероятность ошибки, результатом которой может быть падение давления глубинной пробы до атмосферного давления или перегрузка герметичных резьбовых соединений.When transferring, there should be no pressure drop in the pump - sample chamber - container - valve system. To do this, it is necessary to manipulate several controls simultaneously (valves, pump feed), which increases the likelihood of an error, the result of which may be a pressure drop in the downhole sample to atmospheric pressure or overload of sealed threaded joints.

Целью данного изобретения является упрощение механизма поджатия пробы за счет выполнения его съемным, что позволит исключить операции перевода в промежуточную емкость и производить подготовку глубинной пробы непосредственно в пробоприемной камере или вообще не устанавливать механизм поджатия пробы на оборудование, если условия и требования к глубинной пробе не требуют ее поджатия.The aim of this invention is to simplify the mechanism of preloading the sample by making it removable, which will eliminate the transfer to the intermediate tank and prepare the deep sample directly in the sample chamber or not install the mechanism of preloading the sample on the equipment if the conditions and requirements for the deep sample do not require her preload.

Поставленная цель достигается за счет использования устройства отбора глубинных проб из скважины, состоящего из пробоприемной камеры всасывающего типа с разделительным поршнем, обратным клапаном и седлом обратного клапана, балластной камеры с регулятором давления, механизма поджатия пробы с полостью сжатого газа, полостью жидкости поджатия и поршнем поджатия, модуля управления и обмена информацией, канала ввода глубинной пробы и вентиля. Механизм поджатия пробы расположен между пробоприемной и балластной камерами и снабжен отцепом, содержащим поршень отцепа и держатель отцепа, при этом пробоприемная камера снабжена дополнительным подвижным поршнем с обратным клапаном.This goal is achieved through the use of a deep well sampling device consisting of a suction-type sampling chamber with a separation piston, a check valve and a check valve seat, a ballast chamber with a pressure regulator, a sample compression mechanism with a compressed gas cavity, a compression fluid cavity and a compression piston , a control and information exchange module, an input channel for a deep sample and a valve. The sample preload mechanism is located between the sampling and ballast chambers and is equipped with a hook containing a hook piston and a hook holder, while the sampling chamber is equipped with an additional movable piston with a check valve.

На рис.1-6 показаны разные этапы работы устройства.Figure 1-6 shows the different stages of the device.

На рис.1 показано устройство в готовом для работы положении.Figure 1 shows the device in a position ready for operation.

На рис.2 показан момент подготовки к окончанию процесса отбора глубинной пробы. Давление балластной жидкости еще не начало падать, но пробоприемная камера уже заполнена.Figure 2 shows the moment of preparation for the end of the deep sampling process. Ballast pressure has not yet begun to drop, but the sample chamber is already full.

На рис.3 показано окончание процесса отбора глубинной пробы. Давление балластной жидкости равно нулю. Глубинная проба поджата сжатым газом.Figure 3 shows the end of the deep sampling process. The pressure of the ballast fluid is zero. The deep sample is compressed by compressed gas.

На рис.4 показано отключение механизма поджатия пробы от пробоприемной камеры.Figure 4 shows the disconnection of the preload mechanism of the sample from the sampling chamber.

На рис.5 показана пробоприемная камера, готовая для подключения вентилей с трубопроводами для последующего лабораторного анализа.Figure 5 shows a sample chamber, ready for connecting valves with pipelines for subsequent laboratory analysis.

На рис.6 показан общий вид глубинного пробоотборника в сборе.Figure 6 shows a general view of the downhole sampler assembly.

Конструкция, представленная на рис.1-6, состоит из следующих элементов: 1 - канал балластной жидкости, 2 - балластная камера, 3 - обратный клапан сжатого газа, 4 - корпус механизма поджатия пробы, 5 - демпфер, 6 - полость сжатого газа, 7 - поршень поджатия, 8 - поршень отцепа, 9 - отцеп, 10 - держатель отцепа, 11 - полость жидкости поджатия, 12 - направляющая трубка, 13 - канал, 14 - отсекатель, 15 - герметичный шлюз, 16 - полость А, 17 - опорная втулка, 18 - полость Б, 19 - герметичная посадка подвижного поршня, 20 - подвижный поршень, 21 - обратный клапан подвижного поршня, 22 - полость В, 23 - разделительный поршень, 24 - обратный клапан, 25 - полость глубинной пробы, 26 - седло обратного клапана, 27 - канал ввода глубинной пробы, 28 - вентиль, 29 - трубопровод, 30 - емкость, 31 - канал направляющей трубки, 32 - боковое отверстие, 33 - модуль управления и обмена информацией, 34 - регулятор давления, 35 - гидравлическое реле.The design shown in Figs. 1-6 consists of the following elements: 1 - ballast fluid channel, 2 - ballast chamber, 3 - compressed gas check valve, 4 - sample compression mechanism housing, 5 - damper, 6 - compressed gas cavity, 7 - preload piston, 8 - cut-off piston, 9 - cut-off, 10 - cut-off holder, 11 - preload fluid cavity, 12 - guide tube, 13 - channel, 14 - cut-off, 15 - hermetic lock, 16 - cavity A, 17 - supporting sleeve, 18 - cavity B, 19 - tight fit of the movable piston, 20 - movable piston, 21 - check valve of the movable piston, 22 - bands B, 23 - a dividing piston, 24 - a non-return valve, 25 - a cavity of a deep sample, 26 - a saddle of a non-return valve, 27 - a channel for entering a deep sample, 28 - a valve, 29 - a pipeline, 30 - a container, 31 - a channel of a guide tube, 32 - side hole, 33 - control and information exchange module, 34 - pressure regulator, 35 - hydraulic relay.

Указанная цель решается введением в пробоприемную камеру дополнительного разделительного поршня, снабженного обратным клапаном, и включением между пробоприемной и балластной камерами механизма поджатия пробы. Такая компоновка позволяет безопасно отключить механизм поджатия пробы (см. рис 4), не нарушая герметичности, барических условий глубинной пробы, возможности увеличить или снизить давление пробы, и использовать пробоприемную камеру для приведения глубинной пробы к пластовым условиям и переводу ее содержимого непосредственно в аналитическое оборудования, не прибегая к промежуточным контейнерам.This goal is solved by introducing into the sample chamber an additional separation piston equipped with a check valve, and by activating a sample compression mechanism between the sample receiver and ballast chambers. This arrangement allows you to safely disable the mechanism of preloading the sample (see Fig. 4), without violating the tightness, pressure conditions of the deep sample, the ability to increase or decrease the pressure of the sample, and use the sampling chamber to bring the deep sample to reservoir conditions and transfer its contents directly to the analytical equipment without resorting to intermediate containers.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Перед спуском в скважину устройство выглядит, как показано на рис.1. При этом давление сжатого газа в полости сжатого газа 6 проверяют через обратный клапан сжатого газа 3. Поршень поджатия 7 находится в зацепленном состоянии с держателем отцепа 10 посредством отцепа 9 и поршнем отцепа 8, поскольку давления сверху и снизу от поршня отцепа 8 одинаковы. Для устранения непредсказуемых механических колебаний введен демпфер 5. Полость жидкости поджатия 11, полость А 16, полость Б 18 заполнены балластной жидкостью. Полость А 16 и полость Б 18 являются гидравлически связанными. Разделительный поршень 23, второй подвижный поршень 20 отведены в крайнее нижнее положение. При спуске в скважину давление балластной жидкости возрастает под действием повышения температуры окружающей среды и становится равным или большим пластового давления.Before the descent into the well, the device looks as shown in Fig. 1. In this case, the pressure of the compressed gas in the cavity of the compressed gas 6 is checked through the check valve of the compressed gas 3. The preload piston 7 is engaged with the clip holder 10 by the clip 9 and the clip piston 8, since the pressures above and below the hook piston 8 are the same. To eliminate unpredictable mechanical vibrations, a damper 5 is introduced. The cavity of the preload fluid 11, the cavity A 16, the cavity B 18 are filled with ballast fluid. Cavity A 16 and cavity B 18 are hydraulically connected. The separation piston 23, the second movable piston 20 are retracted to the lowest position. When descending into the well, the pressure of the ballast fluid increases under the influence of increasing ambient temperature and becomes equal to or greater than the reservoir pressure.

При срабатывании регулятора давления 34 и гидравлического реле 35 балластная жидкость, находящаяся в полости А 16 и полости Б 18, начинает истекать в балластную камеру через боковое отверстие 32 в корпусе механизма поджатия пробы 4, герметизированное резиновыми уплотнениями отсекателя 14, в канал балластной жидкости 1 (рис.2). Этот процесс происходит до момента соприкосновения второго подвижного поршня 20 с опорной втулкой 17. При этом герметичный шлюз 15 оказывается замкнутым с герметичной посадкой второго поршня 19, отсекая полость А 16 от полости Б 18.When the pressure regulator 34 and the hydraulic relay 35 are triggered, the ballast fluid located in cavity A 16 and cavity B 18 begins to flow into the ballast chamber through a side hole 32 in the housing of the compression mechanism of sample 4, sealed with rubber seals of the cutter 14, into the ballast fluid channel 1 ( fig. 2). This process occurs until the second movable piston 20 is in contact with the support sleeve 17. In this case, the airtight lock 15 is closed with a tight fit of the second piston 19, cutting off the cavity A 16 from the cavity B 18.

В следующие моменты времени происходит падение давления балластной жидкости в полости А 16 и канале балластной жидкости 1. Из-за разницы давлений сверху и снизу поршень отцепа 8 двигается вверх, как показано на рис.3, разгружая отцеп 9 и освобождая поршень поджатия 7, который воздействует на жидкость поджатия, находящуюся в полости жидкости поджатия 11, пропорционально давлению сжатого газа в полости сжатого газа 6. Давление жидкости поджатия проникает через канал 13 отсекателя 14, полость Б 18, обратный клапан второго подвижного поршня 21 в полость В 22. При подъеме устройства на поверхность из-за падения температуры падение давления глубинной пробы компенсируется подачей дополнительных порций жидкости поджатия в полость В 22. Осевая линия канала 13 может быть выполнена отличительно от указанной на рис.3, к примеру в виде спирали для создания гидравлического сопротивления и ликвидации гидравлических ударов.At the following time instants, the pressure of the ballast liquid drops in the cavity A 16 and the channel of the ballast liquid 1. Due to the pressure difference from the top and bottom, the release piston 8 moves upward, as shown in Fig. 3, unloading the release 9 and releasing the compression piston 7, which acts on the compression fluid located in the compression fluid cavity 11 in proportion to the pressure of the compressed gas in the compressed gas cavity 6. The pressure of the compression fluid penetrates through the channel 13 of the shut-off valve 14, cavity B 18, the check valve of the second movable piston 21 into the cavity B 22. When the device is lifted to the surface due to a temperature drop, the pressure drop of the deep sample is compensated by the supply of additional portions of the compression fluid to the cavity B 22. The center line of the channel 13 can be made different from that shown in Fig. 3, for example, in the form of a spiral to create hydraulic resistance and elimination of water hammer.

После доставки в лабораторию пробоприемную камеру отключают от устройства поджатия глубинной пробы, как показано на рис.4. При этом на механизм поджатия глубинной пробы устанавливают вентиль 28, первоначально закрытый, в комплекте с трубопроводом 29 и емкостью 30. В процессе отключения обратный клапан подвижного поршня 21 остается закрытым. Поскольку давление в полости А 16 близко к атмосферному, а соединение герметичного шлюза 15 и герметичной посадки второго поршня 19 имеет малую площадь, прилагаются незначительные усилия. В дальнейшем герметичный шлюз 15 и герметичная посадка второго поршня 19 выходят из зацепления и усилия отсоединения возрастают. Это является сигналом для открытия вентиля 28 и удаления остатков жидкости поджатия через трубопровод 29 в емкость 30. Затем механизм поджатия глубинной пробы окончательно отключают.After delivery to the laboratory, the sampling chamber is disconnected from the device for pressing the deep sample, as shown in Fig. 4. At the same time, a valve 28, originally closed, complete with a pipe 29 and a capacity of 30, is installed on the prepress mechanism of the deep sample. During the shutdown process, the check valve of the movable piston 21 remains closed. Since the pressure in the cavity A 16 is close to atmospheric, and the connection of the tight gateway 15 and the tight fit of the second piston 19 has a small area, little effort is made. Subsequently, the airtight lock 15 and the airtight fit of the second piston 19 disengage and the detachment forces increase. This is a signal to open the valve 28 and remove residual preload fluid through the pipe 29 into the container 30. Then, the prepress mechanism of the deep sample is finally turned off.

Пробоприемная камера (рис.5) готова к подключениям вентилей 28 перевода глубинной пробы в анализатор для последующего лабораторного анализа. При этом в первую очередь, не нарушая барические условия, в полости В 22 открывается обратный клапан второго подвижного поршня 21.The sampling chamber (Fig. 5) is ready for connecting the valves 28 for transferring the depth sample to the analyzer for subsequent laboratory analysis. In this case, first of all, without violating the pressure conditions, in the cavity In 22 opens the check valve of the second movable piston 21.

Claims

A device for taking deep samples from a well, consisting of a suction-type sampling chamber with a dividing piston, a check valve and a check valve seat, a ballast chamber with a pressure regulator, a sample compression mechanism with a compressed gas cavity, a compression fluid cavity and a compression piston, a control and information exchange module , an inlet channel for deep sampling and a valve, characterized in that the mechanism for preloading the sample is located between the sampling and ballast chambers and is equipped with a release with a release piston and a holder na, thus probopriemnaya chamber is provided with an additional movable piston with a check valve.