Устройство для отбора проб жидкости

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 9)0( ИЙЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ивано-Франковское специальноеконструкторское бюро средств автоматизации(56) 1 Ясашин А.М. и др. Испытаниескважин, М., ф 1 Недрафф, 1973, с.73.2. Авторское свидетельство СССРР 828000, кл. 6 01 И 1/10, 1977.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЖИДКОСТИ, размещенное в приборномотсеке трубного испытателя пластови приводимое в действие от штокаиспытателя, содержащее кожух с окнами, внутри которого расположеныпробоотборные емкости с раздели 9 6 01 М 1 10 у Е 21 В 49/02 тельными пружинами, и две втулкиверхнюю, снабженную штангой, и нижнюю,снабженную упором, причем емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами,снабженными полым штоком, штуцероми запорной иглой, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройстваи представительности пробы за счетуменьшения гидравлического сопротиления притоку жидкости, штанга иупор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами, упруго взаимодействующимис клапанами пробоотборных емкостейи выполненными с боковыми прорезямидля прохода жидкости, при этом начальные натяжения пружин нажимныхэлементов равны по величине и превышают суммарное усилие начальногонатяжения клапанной и разделительной пружин.Изобретение относится к пробоотборникам жидкости и может найти применение при испытании водонос" ных, нефтяных и других видов разведочных скважин.Известно пробоотборное устройство, используемое в комплекте с трубным испытателем пластов и устанавливаемое в специальном приборном отсеке 1 .Открывание рабочих полостей уст ройства осуществляется путем нажатия штокомиспытателя на штангу устройства. При этом одновременно открываются также отверстия впускного (приемного)клапана испытателя и на чинается приток жидкости. Жидкость. проходит через пробоотборник, отверстия впускного клапана, внутренние каналы штока и штанги, атакже через отверстие штуцера в заполненную воздухом полость труб, расположенных между двумя сборками гидрав.лических испытателей пластов. Величина депрессии и скорость потока в гидравлических каналах испытателя определяются размерами отверстия штуцера.Известно также устройство для от.бора проб жидкости, размещенное в приборном отсеке трубного испытателя пластов и приводимое в действие от штока испытателя, содержащее кожух с окнами, внутри которого расположены пробоотборные емкости с разделительными пружинами и две втулки - верхнюю, снабженную штунгой, 35 и нижнюю, снабженную упором, причем Емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой Г 2 . . 40 Указазнная цель достигается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости, размещенном в приборном отсеке трубного испытателя пластов и приводимое в действие от штока ис пытателя, .содержащем кожух с окнами внутри которого расположены пробоотборные емкости с разделительными пружинами, и две втулки -ф;верхнюю, снабженную штангой, и нижнюю, снабженную упором, причем емкости снаФ". жены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными Недостатком известного устройст- "ва для отбора проб при его исполь"эовании в комплекте с трубным испытателем пластов является полное перекрытие в процессе работы боковойповерхностью нижней емкости оконбайпасного (обводного) канала, образованного кожухом и корпусом приборного отсека испытателяф и про 50пуск всей массы жидкости, поступающей в процессе притока в воздушнуюкамеру испытателя через внутреннийканал пробоотборного устройства,Если с точки зрения необходиМостиактивизации и процесса замещениязаполнителя в пробоотборных емкостях(масла и воды) скважинной средой такая конструкция позволяет ускоритьдвижение жидкости через пробоотборные емкости (что особенно важно 60при малых скоростях притока), токачество работы собственно испытателя. пластов низкое, Это связано с тем, что скороать движения потокав гидравлических каналах испытате ля пластов должна определяться размерами отверстия штуцера, т.е. егогидравлическим сопротивлением. Вто же время на скорость движенияпотока влияют и все остальные источники гидравлического сопротивления, находящиеся в общей гидравлической цепи, в том числе и пробоотборное устройство, с множествоммест сужения, изгиба и дробленияструи, т.е. мест с повышенным гидравлическим сопротивлением. Поэтомудля максимального уменьшения искажающего влияния привнесенных пробоотборными емкостями источников гидравлического сопротивления характеркривой притока необходимо. резкоуменьшить их долевое участие в общеМсопротивлении гидравлической цепи.Именно поэтому полное и постоянноеперекрытие окон байпасного каналапробоотборной емкостью, приводящеек резкому снижению общего (суммарного) проходного сечения приборногоотсека и тем самым к увеличению егогидравлического сопротивления, является с точки зрения сохранениякачества работы соответственно.испытателя пластов нежелательным,особенно при значительных скоростяхпритока.Кроме того,.устройство для отбора проб при его использовании вкомплекте с трубным испытателем плаФ.тов характеризуется ненадежностьюв работе, так как сложно обеспечитьсогласованность (от образца к об"разцу) длин рабочих ходов штокаиспытателя и штанги пробоотборногоустройства, не имеющих регулировокдля компенсации изготовительногоразброса размеров. Если, например,длина хода штока превысит длинухода штанги (определяемую как суммддлин ходов клапанов и компенсаторов),произойдет поломка пробоотборногоустройства. Если же длина хода штокабудет меньше последней, может непроизойти открытия клапана,Цель изобретения - повышениенадежности работы устройства и преФ"ставительности. пробы за счет уменьшения гидравлического сопротивлениФпритоку жидкости.Заполненные пробоотборные емкости 4 (фиг.1) поочередно располагают в кожухе и перемещают разделительными пружинами 5. В нерабочем состоянии пробоотборные емкости 4 не соприкасаются между собой, а их клапаны закрыты. Окна же 2 и 3 кожуха 1.находятся в открытом состоянии. После завинчивачия втулок б и 8 устройство помещают в приборный отсек 11 трубного испытателя пластов.В процессе спуска трубного испытателя скважинная среда проходит полым штоком, штуцером и запорнойиглой, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненныминажимными элементами, упруго взаимодействующими с клапанами пробоотборных емкостей и выполненными с боковыми прорезями для прохода жидкости,при этом начальные натяжения пружиннажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и разделительной пружин.На фиг.1 показано .устройство, помещенное в сборе с кожухом в приборный отсек трубного испытателя пластов, общий вид) на фиг.2 - пробоотборная емкость, разрез; на фиг.3и 4 - устройство в рабочих положениях при пониженной и повышеннойскоростях притока среды, соответ-,.ственно,20Устройство (фиг.1) содержит ко-.жух 1, имеющий.в верхней и нижнейчастях окна 2 и 3 для прохода жидкости, в который поочередно вставлены пробоотборные емкости 4 и разделительные пружины 5 с таким расчетом, чтобы каждая емкость 4 былавзвешена между двумя пружинами 5.В нижней части кожуха закрепленавтулка б с упором 7 для ограни.чения продольного перемещения емкостей, в верхней части - втулка 8со штангой 9 для передачи нажимногоусилия от штока 10 испытателя к устройству. Устройство в сборе размещено в приборном отсеке 11 испыта-.теля,Пробоотборная емкость 4 (фиг.2)состоит из корпусной трубы 12 сразмещенными внутри донными втулками 13 и 14, предохраняемыми от.выпадения гайками 15 и 16. Донныевтулки выполнены в виде поршней,причем донная втулка 13 может продольно перемещаться в незначительной по длине проточке корпусной . 45трубы и играет роль компенсаторадавления, а донная втулка 14 имеетвозможность продольного перемещениявдоль всей полости трубы 10 (приснятой гайке 17) и играет Роль Разделительного поршня при переводепробы.Донные втулки 13 и 14 оборудованы унифицированными клапанными узлами. Клапан выполнен в виде коль-.ца 18 и прикрепленного к нему полого штока 19 с боковыми отверстиями20. Внутри штока 19 установлен штуцер 21 с запорной иглой 22. В кольце 18 выполнена канавка 23 с уплотнительным кольцом и каналами 24для отвода жидкости, Кольцо 18 поджато пружиной 25 к донной втулке 13.На штоке 19 установлен сетчатыйфильтр 26, Наружное отверстие .кана ла штуцера 21 закрыто защитным колпачком 27. Все места цилиндрическихсопряжений узлов и деталей уплотнены кольцевыми эластичными уплотнениями. Кроме того, к пробоотборной емкости придаются переводнойстакан 28 и транспортные крышки 29.(на фиг,2 показаны. пунктиром).Отличительной особенностью конструкции устройства является(фиг:.1) снабжение упора 7 и штанги 9 подвижными нажимными элементами соответственно 30 и 31 с прорезями 32 и 33 и пружинами 34 и 35,так что взаимодействие штанги 9 иупора 7 с клапанами крайних емкостейпроисходит не непосредственно, ачерез подпружиненные нажимные элементы. Кроме того, начальные нажимные усилия пружин 34 и 35 выбираныодинаковыми по величине и заведомопревышающими суммарное усилие сжатия пружин 25 и 5, а общий рабочийход пробоотборных емкостей (являющийся суммой ходов клапанов 18 икомпенсатора втулки 19) выбрано заведомо меньшим по сравнению с рабочим ходом штока 10 испытателя.Устройство работает следующимобразом,Перед спуском в скважину рабочую полость каждой пробоотборнойемкости 4 (фиг.2) заполняют нейтральной жидкостью, например водой илимаслом (с целью предохранения клапанов от произвольного открыванияпод действием давления наружной среды изагрязнения внутренних элементов устройства буровым раствором).Заполнение может производиться либопутем закачки жидкости через штуцер 21, либо путем ее непосредственного залива при вынутой втулке 13.После окончания наполнения втулки 13(компенсатор давления) должна занимать в посадочной проточке корпуса 12 среднее положение, благодарячему она сохраняет подвижность какпри воздействии наружного давления,так и при температурном приращенииобъема заполнителя, что позволяетуравнивать внутреннее давление счаружным.мимо пробоотборных емкостей по обводному каналу, образованному окнами 2 и 3 и полостью между кожухом 1 и трубой приборного отсека испытателя, При этом пружины 5 играют рольамортизаторов, предохраняющих пробоотборные емкости 4 от динамических нагрузокПри достижении трубным испытателем пластов забоя скважины в момент открытия впускного клапана гидрав О лического испытателя происходит нажатие (фиг.З) штоком 10 на штангу 9 устройства. При этом усилие нажима передается всей цепочке пробоотборника емкостей 4, которые, сближаясь 15 между собой и сжимая пружины 5, перемещаются в крайнее нижнее положение до встречи с упором 7. Так как при этом пробоотборные емкости контактируют между собой, а также со штан гой 9 и упором 7, при помощи фильтров 26 (которые передают усилие нажатия штокам 19, клапанам 18 и пружинам 25), происходит одновременное открытие всех клапанов 18, Перемещающаяся вследствие начала притока жидкость проходит через отверстие упора 7, фильтр 26 нижней емкости, полость штока 19 и его окна 20, коническую щель открытого клапана 18 в полость корпусной трубы 12, а затем через аналогичные каналы в последующие прибороотборные емкости. На выходе поток проходит через полость штанги 9 и попадает во входной канал штока 1035 испытателя. Так как нижняя часть корпуса нижней пробоотборной емкости (фиг.З) перекрывает входные окна 3 обводного канала, создается дополнительный перепад давления, спо собствующий активному движению среды через пробоотборные емкости и более полному замещению скважинной среды заполнителя.45При обратном ходе штока 10 испытателя пробоотборные емкости 4 возвращаются под действием пружин 5 (играющих на данном этапе роль возвратных) во взвешенное состояние, как показано на фиг.1, и подпружиненные клапаны 18 закрываются, отсекая пробу.После извлечения пробоотборных емкостей из трубного испытателя пластов при необходимости длительного транспортирования или хранения пробы полости штоков 19 (фиг.2) дополнительно герметизируются при помощи транспортировочныхкрышек 29.Для перевода пробы в исследова тельскую аппаратуру отвинчивают гайку 17 и одевают на наружную резьбу трубы:12 переводной стакан 28, связанный при цомощи штуцера с источником давдейия, При подаче,дав ления донная втулка 14, играющаяроль разделительного поршня, перемещается, вытесняя пробу через предварительно открытый верхний штуцер 21. Отличительной особенностью в работе устройства является то, что в процессе перемещения штока 10 штанга 9 и упор 7 взаимодействуют.с клапанами пробоотборных емкостей не жестко (как в прототипе), а мягко, при помощи подпружиненных нажимных элементов. Однако благодаря тому, что начальные нажимные усилия пружин 34 и 35 превышают по величине суммарное усилие сжатия пружин 25 (клапанов) и 5 (разделительных), открытие клапанов происходит сразу же после соприкосновения штанги и упора с клапанами и клапанов между собой, т.е, еще до начала процесса сжатия пружин 34 и 35, и открытое состояние пробоотборных емкостей со-, храняется в процессе всего дальнейшего хода штока 10 (в процессе которого и начинаются сжиматься пружины 34 и 35). Так как по мере нагружения пружины 34 усилием штоков нижний нажимной элемент 32 продольно перемещается (утапливается), одновременно с ним продольно перемещаются уже открытые пробоотборные емкости, Следовательно, в отличие от прототипа, у которого открытие клапанов наступает в одном конкретном месте, определяемом положением жестко закрепленного упора, и после которого пробоотборные емкости сохраняют неподвижность, в предложенном устройстве имеется определенная эона подвижности емкостей, в пределах которой клапаны сохраняют открытое состояние. Если указанную зону предусмотрительно расположить таким образом, чтобы в процессе движения штока 10 в момент открытия клапанов корпус 12 нижней пробоотборной емкости 4 занимал положение, показанное на фиг.4, при котором нижнее окно 3 кожуха 1 открыто, а в конце хода штока положение, показанное на фиг.З,при котором окно 3 закрыто, нижняя пробоотборная емкость приобретает свойства регулирующегооргана, позволяющего автоматически менять расход среды через байпасный (обводной) канал в зависимости от скорости притока пластовай жидкости. При незначительной скорости притока (при незначительном расходе среды через открытую пробоотборную емкость) на донную часть пробоотборной емкостЪ действует незначительный перепад давления, который не в состоянии достаточно повлиять на степень сжатия пружин 35 и емкость 4 и практически остается на месте (перекрывая окно 3 в байпасный канал). При увеличении скорости притока (фиг.4) давление на емкость возрастает, пружина 35 сжимается и байпасный канал частично (или полностью) открывается, При этом поток разветвляется на две части и часть его устремляется в обход центральному потоку., проходя через прорези 32 в нажимной втулке 30., окна 3 в кожухе 1, обводной канал 2, 10 отверстия во втулке 8 и прорези 33.Таким образом, происходит как бы увеличение проходного сечения приборного отсека в зависимости от скорости притокаи .уменьшение оказы ваемого им гидравлического сопротивления. Следовательно, долевое участие йривнесенных пробоотборными ем.- костями источников гидравлического сопротивления в общей (с испытателем пластов) гидравлической цепи уменьшается и нейтрализуется их искажающее влияние на характер регистрируемой кривой притока. Заведомо более длинны ход штока 10 обеспечивает открытие клапанов при любом изгото вительском (в рамках допусков) разбросе размеров устройства, в то время как подпружиненный нажимной элемент 31 ограничивает максимально воз" можное усилие нажатия штока 10 усили-ем сжатия пружины, и предохраняет этим пробоотборное устройство от разрушения.Предложенное устройство пОзволяет получать более достоверные .данные о гидродинамических характеристиках разведываемого пласта и более правильно оценивать его перспективность для разработки, тем более, что су- . ществующая базовая модель известного пробоотборного устройства склонна к занижению характеристик исследуемого пласта, из-за повышенного гидравлического сопротивления пробоотборника емкостей притоку.скважинной среды. Повышение же надежности работы комплекта в целом позволяет избежать повторных спусков испытательного инструмента в скважину и сэкономить многие сотни рублей.