SU765502A1 - Глубинный пробоотборник - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к исследовани м скважин, а именно к устройствам дл  вз ти  глубинных проб жидкости и растворенного в ней газа.

Известны глубинные пробоотборники, содержащие двухклапанную приемную камеру с клапанным замком и фиксирующим устройством, приводимым в движение механическим воздействием с поверхности земли (посылкой ударного груза, созданием инерционного толчка резкой остановкой пробоотборника , или обеспечением силовой нагрузки на специальное рычажное устройство, взаимодействующее со стыковым пазом труб)1.

Такие пробоотборники нашли щирокое практическое применение,так как конструкци  их проста. Однако они не отвечают требовани м высокой точности отбора, потому что на больших глубинах из-за наклона скважины ударный груз, не достигнув пробоотборника часто останавливаетс , инерционный механизм может закрыть пробоотборник в результате случайных столкновений о стенку скважины, а при использовании силового механизма точка отбора пробы локализуетс  приближенно местоположением трубных стыков, лежащих выше глубины, с которой начинаетс  подъем пробоотборника . Кроме того, эти пробоотборники не позвол ют отобрать за один спускоподъем и несколько проб в одной точке

5 скважины.

Известен также глубинный пробоотборник , имеющий многосекционное исполнение, кажда  секци  которого содержит пробоотборную камеру с двум  клапанами дл  закрыти  и отсекани  глубинной пробы необ10 ходимого объема 2.

Данный пробоотборник позвол ет отобрать сразу несколько глубинных проб на одном интервале скважины и за один спуско-подъем пробоотборника. Однако работа этого пробоотборника зависит от работы пластоиспытател  в комплекте с которым он используетс , так как дл  открыти  и закрыти  клапанов используетс  усилие от штока пластоиспытател , а дл  независимой работы он должен быть снабжен инди20 видуальиым приводом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению  вл етс  электромагнитный глубинный пробоотборник, предназначенный дл 

отбора проб воды, нефти и газа в скважинах глубиной до 7000 метров и содержащий пробоотборную камеру, верхний подпружиненный клапан со штоком и упорной гайкой, с конусом, нижний подпружиненный клапан со штоком и замком, св зывающим оба клапана , фиксирующий узел с двум  симметрично установленными защелками со стопором. Пробоотборник содержит также блок управлени  клапанным механизмом, снабженным т говым электромагнитом вт жного типа с  корем, выполненным в виде подвижного сердечника , жестко соединенного с фиксирующим узлом 3.

Управление клапанным механизмом осуществл етс  импульсом электрического тока , посылаемого блоку управлени  с поверхности земли через кабель. С помощью этого пробоотборника можно осуществл ть дистанционное управление отбором в любой заданной точке скважины. Кроме того, такой пробоотборник можно включить в единый комплекс наиболее прогрессивных электрон;ных глубинных приборов (таких, как мано;метры , термометры, уровнемеры и т. п.), позвол ющих получать более точные исходные данные, на основе которых вырабатываютс  рекомендации по поиску, разведке и оптимальной разработке газовых и нефт ных месторождений.

Однако в таком пробоотборнике  корь выполнен в виде подвижного сердечника и жестко соединен со стопором, поэтому управление фиксирующим устройством осуществл етс  непосредственно силой прит жени   кор , величина которой с одной стороны в первом приближении пропорциональна величине наружного диаметра обмотки электромагнита, возведенной в шестую степень , а с другой стороны должна превыщать силу трени  между стопором и защелками , определ емую жесткость возвратной пружины верхнего клапана.

Уменьшение поперечных размеров электромагнита , вызванное необходимостью отбора проб в скважинах, оборудованных трубами с малым внутренним диаметром, резко уменьшает силу воздействи   кор  электромагнита на стопор. В этом случае управление клапанным механизмом требует уменьщени  жесткости возвратной пружины верхнего клапана, а это в свою очередь ведет к снижению надежности управлени , так как резко возрастает веро тность закрыти  клапанов в результате случайных столкновений пробоотборника о стенку скважины в процессе спуска.

Вследствие жесткого соединени   кор  со стопором часть усили  возвратной пружины верхнего клапана из-за некоторой асимметрии фиксирующего устройства прижимает  корь к внутренней стенке полости электромагнита. Поэтому т гова  сила электромагнита частично расходуетс  на преодоление трени   кор  с внутренней стенкой полости, вследствие чего необходимо дополнительное уменьшение жесткости возвратной пружины, ведущее, как уже отмечалось выше, к снижению надежности работы механизма управлени .

Кроме того, известный электромагнитный глубинный пробоотборник содержит одну приемную камеру и статистический контроль герметичности клапанных уплотнений и св занной с ней достоверности получаемой газонасыщенности проб, отобранных с его помощью, достигаетс  выполнением нескольких спусков пробоотборника на заданную глубину скважины, что значительно увеличивает расходуемое на испытание скважины врем .

Дл  повышени  надежности работы пробоотборника , а также использовани  пробоотборника в многосекционном исполнении защелки выполнены в виде рычагов первого рода Т-образной формы с внутренни .ми выступами на концах, нижние из которых взаимодействуют с конусом упорной гайки, а верхние - со стопором, причем последний установлен с возможностью ударного взаимодействи  с  корем дл  расфиксации защелок и фиксации ими  кор  в верхнем положении.

Кроме того,  корь снабжен т гой с головкой, а стопор выполнен в виде втулки, установленной коаксиально с т гой  кор  и имеющей цилиндрические проточки на внутренней поверхности под головку т ги и на внешней - под выступы рычагов.

Пробоотборник может быть снабжен

0 взаимодействующей с головкой т ги поперечной балкой, установленной между верхними плечами рычагов и покрытой сверху пластичным материалом. Дл  уменьшени  рассе ни  магнитного потока т га  кор  и взаимодействующий с ним стопор фиксирующего узла могут быть выполнены из немагнитного материала.

Дл  использовани  пробоотборника в многосекционном исполнении стопоры каждой ниже расположенной пробоотборной

д ка.меры могут быть выполнены в виде цилиндрической втулки со штоком, установленным с возможностью взаимодействи  со штоком нижнего клапана вышерасположенной пробоотборной камеры.

5 Унифицированна  конструкци  фиксирующего устройства, рассчитанна  на ударное воздействие как  кор , так и штока нижнего клапана предыдущей секции, предельно упрощает механизм управлени  клапанами и одновременно гарантирует высокую надежность его работы. Это позвол ет  корю увеличить предварительно получаемое к моменту удара количество движени  путем увеличени  времени воздействи  на него магнитного пол . В результате сила

5 удара  кор  по стопору фиксирующего устройства , котора  во много раз превышает т говую силу электромагнита, мало зависит от последней, а следовательно и от геометрических размеров электромагнита. В этой св зи представл етс  возможным как повысить надежность управлени  клапанами за счет увеличени  жесткости возвратных пружин , так и уменьшить наружный диаметр пробоотборника до самых малых размеров с целью обеспечени  ему надежной проходимости во всех скважинах с сохранением высокого качества работы механизма управлени . На фиг. 1 изображен предлагаемый глубинный пробоотборник в двухсекционном исполнении (верхн   часть продольный разрез ); на фиг. 2 и 3 показаны промежуточные части пробоотборника; на фиг. 4 дана нижн   часть пробоотборника. Пробоотборник содержит соединительную головку 1 с размещенными в ней контактами 2 и 3, через которые электрический ток от кабельного наконечника подаетс  в обмотку т гового электромагнита 4. Электромагнит заключен в кожух 5, герметично соединенный с карманом 6, в полости которого находитс   корь, состо щий из сердечника 7 и т ги 8. Корпус 9 фиксирующего устройства клапанного механизма верхней секции имеет выпускные окна 10 дл  выпуска потока жидкости, а также балку 11, покрытую пластичным слоем 12 (например, из свинца) и поддерживающую  корь в положении , заданном относительно стопора 13. Кожух 5, карман 6, т га 8 и стопор 13 выполнены из немагнитной стали. Бокова  поверхность стопора 13 сопр жена с верхними внутренними выступами защелок 14 и 15 фиксирующего устройства, представл ющих собой рычаги первого рода Т-образной фор-мы, симметрично установленные на оси 16,перпендикул рной к оси симметрии пробоотборника. Нижние внутренние выступы защелок 14 и 15 сопр жены с конусом верхущки упорной гайки 17, навинченной на щток затвора 18 верхнего клапана , имеющего также корпус 19 и возвратную пружину 20. Сопр жение упорной гайки 17 с защелками 14 и 15 сжимает в полости корпуса 19 пружину 20 и поддерживает клапан в открытом состо нии. Затвор 18 шарнирно сочленен с иглой 21, управл ющей клапанным замком верхней секции, состо щим из лепестков 22 и колпачка 23. Клапанный замок находитс  внутри приемной камеры верхней секции 24 и при помощи т ги 25 поддерживает в открытом состо нии нижний клапан секции, состо щий из корпуса 26, возвратной пружины 27 и затвора.28 с навинченной на его щток упорной гайкой 29, имеющей направл ющее отверстие 30, центрирующее штырь стопора 31 фиксирующего устройства нижней секции. На боковых поверхност х стопоров 13 и 3 расположены наружные цилиндрические выступы, ограничивающие сверху и снизу величину свободного хода стопоров вдоль сопр женных с ними внутренних выступов защелок. Нижн   секци  состыкована с верхней при помощи резьбового соединени  корпуса своего фиксирующего устройства 32 с корпусом 26. Конструктивное выполнение нижней секции идентично верхней, за исключением того, что корпус 32, в отличие от корпуса 9, не имеет выпускных окон и поперечной балки. В нижней части пробоотборника находитс  наконечник 33 с входным отверстие.м 34 дл  жидкости и фильтром 35. Устройство работает следующим образом . При спуске пробоотборника внутреннее его пространство от входного отверсти  34 до выпускных окон 10 промываетс  встречным потоком жидкости. При достижег.ии намеченной глубины пробоотборник останавливают , затем через кабель посылают в электрическую обмотку 4 импульс тока. Под воздействием магнитного пол  электромагнита на сердечник 7  корь вт гиваетс  в полость кармана 6 и через некоторое врем  удар ет головкой т ги 8 по стопору 13. Удар выводит стопор 3 из сопр жени  с защелками 14 и 15 и перемещает его в гфсстранство над ними. Перемещение стопора устран ет противодействие на упорную гайку 17, в результате чего она под действием возвратной пружкны 20 раздвигает нижние плечи защелок 14 и 15 и заходит своей верхушкой в пространство между ккли до тех пор, пока затвор 18 не закроет клапан. Вызванный перемещением гайки 17 поворот защелок 14 и 15 уменьшает рассто ние между их верхними внутренними выступами и тем са.мым фиксирует  корь во вт нутом в полость кармана 6 положении. Перемена местоположени   кор , вызванна  действием магнитного пол  и закрытием верхнего клапана верхней секции, измен ет индуктивность обмотки электромагнита , регистрируемую замером ее суммарного сопротивлени  переменному электрическому току. Переход затвора 18 в верхнее положение в .процессе закрыти  клапана поднимает иглу 21 вверх и разъедин ет клапанный замок верхней секции. В результате затвор 28 под действием пружины 27 закрывает нижний клапан секции. Когда в результаТ.е какого-то случайного процесса, например вследствие резкой остановки прибора или резкого толчка о стенку скважины, стопор 13 выходит из сопр жени  с защелками 14 и 15, а  корь остаетс  в прежнем положении, то верхний клапан верхней секции все же закрываетс . Но в этом случае  корь не занимает устойчивое верхнее положение в процессе подачи кмпульса элекрического тока и не происходит увеличение индуктивности обмотки элекромагнита . Если в результате толчка  корь и стопор 13 переместились вверх, так что произошло

закрытие верхнего клапана верхней секции и фиксаци   кор  в верхнем положении, индуктивность обмотки электромагнита имеет максимальное значение еще до посылки импульса электрического тока.

Таким образом, если не происходит увеличение индуктивности обмотки электромагнита вследствие посылки импульса электрического тока, мы имеет дело с фактом преждевременного закрыти  клапанов еще до достижени  пробоотборником заданной глубины скважины.

В процессе закрыти  нижнего клапана верхней секции щток затвора 28 наносит удар по щтырю стопора 31. Удар выводит головку стопора 31 из сопр жени  с защелками фиксирующего устройства нижней секции и перемещает ее в верхнее межплечное пространство, ограниченное их внутренним вырезом. Дальнейший процесс закрыти  нижней секции происходит аналогично верхней.

Использование насто щего глубинного пробоотборника обеспечивает в сравнении с известными устройствами повыщение достоверности отбираемых в скважине проб жидкости и растворенного газа, достигаемое одновременным отбором нескольких проб, позвол ющим осуществить статистический контроль герметичности клапанных уплотнений дистанционным контролем закрыти  клапанов, дающий возможность вы вить факт преждевременного случайного их закрыти , а также повыщением надежности управлени  клапанным механизмом за счет реализации ударного принципа воздействи  на фиксирующее устройство клапанного механизма.

Кроме того, предлагаемый пробоотборник позвол ет увеличить производительность отбора в два раза при помощи увеличени  скорости выполнени  спуско-подъемных операций до 12 км/ч и одновременного отбора в заданной точке нескольких проб.

Конструкцией пробоотборника предусмотрено также улучщение условий техники безопасности его эксплуатации уменьшением рабочих объемов пробоотборных секций, снижающим энергосодержание растворенного в пробе газа.

Claims (5)

1. Глубинный пробоотборник, содержащий пробоотборную камеру, верхний подпружиненный клапан со щтоком и упорной

гайкой с конусом, нижний подпружиненный клапан со щтоком и замком, св зывающим оба клапана, фиксирующий узел с двум  симметрично установленныгли защелками со стопором и привод в виде электромагнита с  корем, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  надежности работы, защелки выполнены в виде рычагов первого рода Т-образной формы с внутренними выступами на концах, нижние из которых взаимодействуют с конусом упорной гайки, а верхние - со стопором, причем последний установлен с воз.можностью ударного взаимодействи  с  корем дл  расфиксаций защелок и фиксации ими  кор  в верхнем положении .

2. Пробоотборник по п. 1, отличающийс 

тем, что  корь снабжен т гой с головкой, а стопор выполнен в виде втулки, установленной коаксиально с т гой  кор  и имеющей цилиндрические проточки на внутренней поверхности под головку т ги и на

8 внешней - под выступы рычагов.

3. Пробоотборник по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что дл  удержани   кор  в заданном положении относительно стопора до воздействи  на него магнитного пол , он снабжен взаимодействующей с головкой т - ги поперечной балкой, установленной между верхними плечами рычагов и покрытой сверху пластичным материалом.

4.Пробоотборник по пп. 1-3, отличающийс  тем, что, с целью уменьщени  расе Q ни  магнитного потока, т га  кор  и взаимодействующий с ним стопор фиксирующего узла выполнены из немагнитного м.атериала .

5.Пробоотборник по пп. 1-4, отличающийс  тем, что, с целью использовани 

5 пробоотборника в многосекционном исполнении , стопоры каждой ниже расположенной пробоотборной камеры выполнены в виде цилиндрической втулки со щтоком, установленным с возможностью взаимодействи  со щтоком нижнего клапана выщерасположенной пробоотборной камеры.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Мамуна В. Н. и др. Глубинные пробоотборники и их применение. М., Гостоптех5 издат, 1961, с. 31-36.

2.Авторское свидетельство СССР № 56Э893, кл. Е 21 В 49/02, 1975.

3.Андрющенко Ю. Н. и др. Электромагнитный глубинный пробоотборник и опыт его применени . Экспресс информаци  ВНИИОЭНГ. Сери : нефтегазова  геологи  и геофизика, N° 11, 1976 (прототип).

12 15

/б

w

Ш&

-17

С

.1