Пробоотборник для испытателя пластов

СО 1 ОЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСГ 1 УБЛИК 108 А Е 21 В 49/ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ТТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН арственныи оектный иньскии и ышлен ности ,В,Пилюцкий тельство СССР.49/00, 1979.4063593, кл 166 в 3 3856085, кл, 166-264 ТБОРН Я ИСПЫТАТЕЛ(54) ПРОБОО ИК ДЛ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относит скважин на нефть или воду ем пластоиспытательного предназначено для отбора ных проб пластового флюи рение функциональных и возможностей, Пробоотб пробоотборную камеру, корпусе с впускным и вып ковыми клапанами. На при лескопически установлена ся к испытанию с использованиоборудования и герметизированда, Цель - расшитехнологических орник содержит размещенную в ускными золотниводном штоке те- соединительная Изобретен скважин на не ванием пласт вания и пре герметизирова На фиг,1 исходном по пробоотборн фи г.5-7 - и ро бы пластовогпробоотборник вий вид; на фиг,4 ное сечение; напосле отбора проие относится к фть, газ или воду оиспытательног дназначено д нных проб пласт испытаниюиспользо- оборудоя отбора вого флюипоказан ожении, общ ик, поперебоотборнико флюида,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидеМ 673727, кл, Е 21 ВПатент США М.опублик.1977,Патент США Мопублик, 1974,Целью изобретения является расши ние функциональных и технологическвозможностей. муфта, внутри которой размещен корпус с шарнирно закрепленной в нем заслонкой, подпружиненной относительно последнего, представляющей собой гидравлическое сопротивление в наклонном положении. Проходной канал корпуса заслонки выполнен прямоугольного сечения, а сама заслонка выполнена в виде желоба прямоугольного наружного профиля с полуцилиндрическим проходным сечением, продольная ось которого смещена относительно продольной оси пробоотборника, Пробоотборник содержит узел гидравлического привода и дожимную камеру При взятии пробы плэстового флюида в затрубном прос гранств.: скважины создается давление, необходимое для раскрытия цангового упора, Штоки, соеди. ненные муфтой, смещаются вниз под действием усилия на поршне, Одновременно смещается вниз и корпус заслонки до упора, пружина сжимается, и выступ одного иэ штоков, взаимодействуя с выступом заслонки, переводит ее из наклонного в вертикальное положение, При этом в корпусе заслонки открывается полнопроходный канал для спуска приборов, необходимых для проведения геофизических исследований в скважине, 1 з.п. ф-лы, 7 ил. Пробоотборник содержит узел управлямого фиксатора А (фиг.1), пробоотборную амеру Б, гидравлический привод В, дожим 1633108ную газовую камеру Г и отключающий золотниковый клапан Д,Управляемый фиксатор А включает корпус 1 с конической присоединительной резьбой 2 в верхней части и цилиндрической резьбой 3 в нижней части, В верхней части корпус 1 снабжен уравнительным отверстием 4 и внутренней цилиндрической расточкой, в которой подвижно установлен полый шток 5, снабженный уплотнительным элементом 6, Внутренняя полость штока 5 образует прямоточный полнопроходный канал 7, Шток 5 в верхней части снабжен выступом 8, в средней части - радиальными отверстиями 9 и уплотнительными элемен. тами 10 - 12, в нижней части - цилиндрическим выступом 13 и уплотнительным элементом 14. В нижнюю часть корпуса 1 герметично ввинчен соединительный пере- водник 15, в верхней части которого имеется цанговый упор - фиксатор 16, расположенный в полости 17 корпуса 1.Переводник 15 имеет осевую цилиндрическую расточку по размеру наружного диаметра штока 5 и радиальную кольцевую камеру 18, соединенную вертикальными каналами 19 с верхней частью пробоотборной камеры 20, Средняя часть полого штока 5 с отверстиями 9, уплотнительными элементами 10 - 12, подвижно установленная против кольцевой камеры 18, образует верхнии выпускной золотниковый клапан пробоотборной камеры Б,Пробоотборная камера Б включает полый цилиндрический корпус 21 с верхней и нижней цилиндрическими резьбагли, снабженный внутри шлицевым центратором 22 (фиг,2), верхняя резьба корпуса 21 герметично свинчена с переводником 15, э нижняя резьба герметично свинчена с переводником 23, Последнии имеет осевую цилиндрическую рэсточку по размеру наружного диаметра полого приводного штока 24 и кольцевую камеру 25, соединенную вертикальными каналами 26 с нижней частью полости 20 для отбора пробы, В нижней части переводник 23 снабжен резьбой для присоединения корпуса гидравлического привода В, Полый приводной шток 24 в верхней части снабжен выступом 27 с резьбой и уплотнением 28, в средней части - радиальными каналами 29 и уплотнительными элементами 30 - 32.Средняя часть полого штока 24 с отверстиями 29 и уплотнительными элементами 30 - 32 подвижно установлена в осевой расточке переводника 23 против кольцевой камеры 25 и образует нижний впускной золотниковый клапан пробоотборной камеры Б, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Выступ 13 полого штока 5 и выступ 27 приводного штока 24 соединены между собой цилиндрической полой глуфтой 33. Соединительная муфта 33 в верхней части снабжена кольцевым уступогл 34, взаимодействующим с верхним торцом а выступа 13 полого штока 5.В средней части в боковой стенке соединительная муфта 33 имеет сквозной вертикальный паз 35, в котором свободно перемещается вертикальный палец 36, В нижней части муфта 33 имеет резьбу для соединения с выступом 27 приводного штока 24, Внутри цилиндрической полости муфты 33 подвижно и герметично относительно прямоточного канала 7 и пробоотборной камеры 20 установлен корпус заслонки 37. Корпус 37 подпружинен пружиной 38 и смещен до упора с выступом 27 тэк, что образует зазор и между нижним торцом б выступа 13 и верхним торцом в корпуса залонки 37 В боковой стенке корпуса заслонки 37 жестко закреплен палец 36, Внутренняя полость корпуса заслонки 37 выполнена в виде смещен ного относительно вертикальной оси прямоугольного канала г. в которогл на осях установлена прямоугольная заслонка 40, выполненная в виде пластины. Заслонка 40 снабжена плэстинчэ 1 ой пружиной 41, которая прижиглает ее к прогиаоположной плоскости прямоугольного канала г корпуса Поверхность заслонки 40 со стороны прямоугольного канала 7 ил 1 еет радиальную выборку 42 (фиг 4) в виде полуцилиндрической поверхности, радиус которой соогветствует радиусу полноп роходного прямоточного канала 7. Заслонка 40 имеет боковые стенки с выступами 43, которые в верхней части могут взаимодействовать с нижним торцом б выточки ныступа 13 в кольцевом зазоре и В нижней части боковые с 1 еки заслонки 40 имеют срез 44, что обеспечивает их герметичное прилегание к поверхности стенки прямоугольного канала в корпусе 37. Ширина заслонки 40 соответствует ширине прямоугольного паза в корпусе заслонки 37, однако, при этом обеспечивается ее свободное переглещение в прямоугольном канале корпуса заслонки 37 вокруг опорных осей 39. Для разобщения полости прямоточного канала 7 с полостью пробоотборной камеры 20 корпус заслонки 37 снабжен уплотнительными элементами 45 и 46.Для управления заслонкой 40 в корпусе 21 пробоотборной камеры Б установлена цилиндрическая втулка 47 с упором У, входящим частично в один из каналов 22 шлицевого центратора корпуса 21Гидравлический привод В включает корпус 48, который в верхней части имеетрезьбу для присоединения к НРр( Вднику23 пробоотборного узла Б и рддидпьные о;верстия 49, которые сообщаются с кольцевой полостью 50, д в нижней утолщеннойчасти вертикальные каналы 51 ко)орые сообщают между собой полссти 52 гидропровода Б и полости 53 дожимной камерь Г, ирезьбовой ниппель 54 для соединения скорпусом дожимной камеры Г Во Внутренней цилиндрической полос)и 52 корпуса 48размещен силовой поршень 55 с уцлогнительным элементом 56, Верхняя и нижняяповерхности поршня 55 выполнены так, чтоимеют одинаковую рабочук) площадь Вверхней части поршня 55 имеегся ниппель57, с помощью которого он жесгко и герметично свинчен с полым штоком 24 В нижнейчасти поршень 55 снабжен полым штоком58 со ступенчатой наружнои поверх нос;ьн)Нижняя часть штока 58 леньш(;го диаметраподвижно входит в осевук) рзс(очку нипг(1 ля 54 и снабжена уплотнитепс.м 59 Дпяудержания поршня 55 В крдинем Вег)хнРмположении в полости 52 ус)зновленд предВарительно сжатая силовая гружинд 130ДожимндЯ Газовая клмеГ)з Г Вкп 1 Од;полый корпус 61, сндбженыи резьбои с)Г)свинчивания с нипце)ем 54 В(4 1 к пнымиканалами 62, резьбовьм ници.,ела 6), (,с;ВОй рЗСтОЧКОй, ВЕОХНЯЯ с),. рд-,СНабжЕНа рЕЗбОй, В КГГО 1 О Г:.,;ввинчен полый нагрдвл;О(.Верхняя час) ь ао а 64 (, оди; В,ниппеля 54 и сндбж з ,Гс 1элементом 65, В кол" Рцм ц;,ГВЗОВОй КаМЕРЫ Ус)Д)г)ВГ)с)делительный поршень 6 о с,ными элементами 611 . Яповерхносгь порш)Я 66 1;(,е ;ткой, которая образует ко(ь(сг )1 .1 г),.Отключающий зс)от)г,-,.1 ,л, 1содержит цилиндрическии циль и корцс резьбой для присоединения к 1; цс, си радидльньл 1 и отс:,ерстияли 71 з т; (ккольцевы 1 уступом 7Во Внуренс)й полос ( кори сд 70 сдВИЖНО И ГврМЕТИЧНО уСТВНОЬ ЕН ццр,11.Вси зо)отниковый клапан )3 с 1;,1 дядь 1и элементами 75-77 учло) Гег 1; В ь=.иЧсдетИ КЛдцдп 7. СНдбжЕН цОЛ,. .)1 О;1,.Верхняя часть которо(с горлс; - ;,1 )ОДВИЖНО ВХОДИТ В ОС(1)У РДСО 1, 1 11 ":П63 и снабжена уп)отнением",:. В) .,части клапан 73 снаб,кен у)опщ;нным 11.,ком 80, который им:ет цесигр нс сцНИЕ И ВЗВИМОДЕй(,тсУЕт С ШЕСтИГРЗОтВЕретИЕМ КОЛЬцЕГ)ОГО уСуца 72 ч.при свободном ВРр)1 кдльно, Г)ель)щ,.не дог)ускаРт цовг)рота штока 8. О Отельно корпуса 70 Р нижней чзс 1, шг(1 снзб)кен учло)несием 81 и резьбой 82, к которой чривинче ни(цель бурильного замкд 83, снабженный коической резьбой 84 для соединения с другими узлами плдстоиспытательного оборудовдния. Для удержания клапана 73 в крдинем нижнем положении в полости 85 корпуса 70 установлена предваригельно сжатая силовая пружина 861 г) Пробоотборник цримсняется в компановке преимущественно с прямоточным цолнопроходным пластоиспытательным оборудованием на трубах, управление которых осуществляется путем создания давле ния нескольких уровней в затрубномцространстве скважины.Пробоотборник в типовой компановкеус)анавливается ниже пластоиспытателя спуском на трубах в скважину и управляется 20 здтрубным давлением, величина которогодолжна бы)ь больше величины давления.котцоым управляется рабоа клапана плагоис;цы гатепяПере,( опусканием цробоотборника вгквзжину Все его эГеленгы приводят в сос(ояние, показанное на фиг 1 -3Полыи шток 5 с выступом 8 зафиксирован г,;)отив череледения вдоль вертикальОй СОИ 1Н(с РЫ, у 1(,рОЛ 16 ОтВЕрСтИя 9ц П 11 Н Ы С с;О,1 ЬЦГ,( .,Лд)Г)И 1 Й, ЧТО11,1, 1 с. о ) б 1(11 л; Гс1 (:р. х Од и Ос О-, , И,;, .ОГС)ОР.1-,; "3 - ; ".Гис11)с" дл., .;,РЛ 11;С (с.ЗЗОВОй КДЛ (:РС),)". НЗХОДИтСЯ ВР с)Е, ХНс)М цОПОжЕНИИ, В дсжИМНОй11",еГ(; 1 цод цейсс(.м ддвп ия газа Вс. )дк ;." и С)3, КО)С,")1, СГ)ГГ)С 1 Г 1) ГСЯ МРжсс(. Г Осрг;.ссь)м с Гдестии 1 пор 1)1. НДС, 1 СЯ КРДИНЕМ НИ) НЕМ; л)ц с. с,ус.кз цр)б)о)бо- ика в сква,1 у .(дростдт 11(.с.кое ддвси бурового с,.ТВ.Д ЗзпОЛНЯН)11:ГО ЗатОУОНОЕ ПРОР ЛС 1 ВО Ь С(важи Р(.Р ВОЕМЧ ГОЗРс)авти воздействует через отверстия 49 гидро- привода В на верхнюю поверхность поршня 55, Одновременно под действием этого давления буровой раствор через отверстия 71 и канал 74 клапана Д попадает в полость 85, Пройдя отверстие 51, буровой раствор входит в полость 69, воздействует на поршень 66, который под действием эатрубного давления постепенно перемещается вверх и сжимает гаэ в дожимной камере, Давление в полостях 53 и 52, которые сообщаются через отверстия 51 на протяжении всего спуска пробоотборника в скважину, остается равным гидростатическому давлению в затрубном пространстве скважины. Благодаря этому поршень 55 с одинаковыми по величине площадями сверху и снизу на протяжении всего спуска пробоотборника в скважину остается уравновешенным. После достижения заданной глубины спуска оборудования производится установка пакера и пакеровка скважины.Под действием сжимающей нагрузки золотниковый клапан Д переключается, его элементы занимают положение, показанное на фиг,7, Отверстия 71 и каналы 74 разобщаются, в результате чего действие гидростатического давления затрубного пространства в полостях 85 и 69 прекращается, давление в дожимной каглере Г, поло стях 53 и 52 стабилизируе.ся, движение поршня бб прекращается. Далее в затрубном пространстве скважины создают давление первого уровня, т.е, такое давление, которое необходимо для гткрытия клапана пластоиспытдтеля, Одновременно, первый уровень давления воздействует и на гидропривод В пробоотборника, Это давление теперь действует только через отверстия 49, полость 50 на верхнюю поверхность поршня 55 выводит его из равновесия и стремится сместить его вниз, Однако смещение поршня 55 не происходит, так как его движение сдерживает цанговый упор - фиксатор 16, в торец которого упирается выступ 8, связанньй с поршнем 55 через полые штоки 5 и 24, Упругость цангового упора 16 рассчитана так, что усилие, развиваемого поршнем 55 под действием величины первого уровня давления в затрубном пространстве, не является для него критическим, и он не срабатывает, в результате чего поршень 55 гидроприводд остается в неподвижном состоянии. Под действием давления первого уровня открывается клапан плдстоиспьпателя, и пластовый флюид начинает поступать в прямоточный канал компднодки пластоиспытательного оборудования, Этц 35 40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 состояние в скважине соответствует первому открытому периоду испытанияПри поступлении пластового флюида в прямоточный канал пробоотборника он встречает на своем пути в канале заслонку 40, которая является значительным гидравлическим сопротивлением, Благодаря наличию заслонки 40 пластовый флюид под действием пластового давления поступает в полость 20 пробоотборной камеры Б через нижние отверстия 29, 26 и 25, каналы 22 шлицевого центратора и выходит снова в прямоточный канал 7 через верхние отверстия 19, 18 и 9, В результате принудительного движения пластового флюида через пробоотборную камеру в ней происходит полное замещение бурового раствора, который попал туда в процессе спуска пробоотборника в скважину, что обеспечивает высокое качество пластовой пробы.Для очистки и замещения жидкости в йолости под заслонкой 40 в ее дне имеется дренажное отверстие 44 а. через которое пластовый флюид проходит частично,После завершения первого открытого периода испытания обьекта давление в эатрубном пространстве снижают до исходного. в результате чего клапан пластоиспытателя закрь:вается, наступает первый закрытый период испытания. В ддльнеишем согласно плану работ сгложет быть несколько закрытых и открытых периодов испытания, которые на состояние элементов цробоотборника не влияют. Однако. в каждом открытом периоде в пробоотборной камере происходит последовательное полное замещение цластового флюида, что приближает сосгав пробы к пластовым условиямДля взятия пробы в затрубном пространстве скважины создается давление второго уровня, при котором создается такое усилие на поршне 55 гидроцривода В, которое является критическим для цангового упора 16, Последнии раскрывается (радиально расходятся лапы цанги) полый шток 5 и 24, соединенный муфтой 33 цод действием усилия на поршне 55 сглещдется вниз на величину хода С (фиг.5),При этом кольцевые каморы 18 и 25 отсекаются от полнопроходногц прямоточного канала 7, герметизируют:я отверстия 9 и 29 соответственно на штока . 5 и 24 и проба, находяцгяся в пробоотборнцйамере 20, оказывается изолирораной регле этого, эа счет движения муфты 33 ьч з вместе с корпусом заслонки 37, посл д когда ход штоков 5 и 24 и муфты 33 дг;иот величины С- П (фиг,1, 5), остднд",цся упором, в результате чего прекрдццъ: тг движение корпуса заслонки 37 и сд. оленки 40, 1633108 10Далее эа счет остаточного хода П пружина38 сжимается и нижний торец выступа 13,взаимодействуя с выступами 43 заслонки40, устанавливает ее в вертикальное положение (фиг,5), открывая в корпусе заслонки 537 прямоточный полнопроходный канал.равный по площади сечению канала 7,Для удержания элементов пробоотборника в состоянии после отбора пробы (фиг.5и 6) используются особенности конструкции 10цангового упора 16, который после отсекания пробы в пробоотборной камере выполняет функции фиксатора, Это достигаетсятем, что цанговые окончания 16 снабженывнутренними кромками, которые взаимодействуя с верхней кромкой упора 8, захватывают последний в конце хода С, врезультате этого положение элементов пробоотборника после взятия пробы оказывается фиксированным до извлечения его из 20скважины.После выполнения операции "отборпробы" давление в затрубном пространствеснижается до исходного, В скважине, в связи с тем, что в пробоотборнике открыт полнопроходный канал, возможно проведениегеофизических исследований (спуск приборов, перфораторов, зонда и тп.), а такжепроведение геолого-техничес; их мероприятий по интенсификации притоа. Возможно 30также и дальнейшее проведение испытаниина приток,После завершения плана испытанияпроизводится подьем оборудования па поверхность, В результате появления рас ягивающих нагрузок, отключающий клапанвосстанавливает свое положение элементов как показано на фиг,3, При этом полостьзатрубного давления скважины соединяется через отверстия 71 и 74 с полостями 85 и 4069. По мере подъема оборудования на поверхность величина гидростатического давления, воздействующая на оборудование, снижается, следовательно, снижается и давление в дожимной камере Г. При подъеме оборудования на поверхность величина этого давления достигает исходной, т,е.15-20 ь от максимального в скважине.Формула изобретения 1, Пробоотборник для испытателя пластов, содеражщий пробоотборную камеру с впускным и выпускным золотниковыми клапанами, размещенными в корпусе с центральным каналом и установленным в нем приводным штоком с полнопроходным каналом, гидравлический привод и дожимную газовую камеру, сообщенную с эатрубным пространством, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных и технологических возможностей, он снабжен соединительной муфтой, установленной телескопически на приводном штоке между золотниковыми клапанами, и узлом гидравлического сопротивления, выполненным в виде заслонки, шарнирно закрепленной в проходном канале корпуса заслонки и подпружиненной относительно него, причем корпус заслонки размещен внутри соединительной муфты с возможностью ограниченного осевого перемещения и подпружинен относительно нее, а заслонка установлена с воэможностью взаимодеиствия с приводным штоком в крайнем нижнем п ожении последнего2. Пробоотборник по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что проходнои канал корпуса заслонки выполнен прямоугольного сечения, а заслонка выполнена в виде желоба прямоугольного наружного сечения с полуцилиндрическим проходным сечением, продольная ось котороо смещена относительно продольной оси пробоотборника, 16331081633108 8 б Ж Ъ 76 71 77 дог б 2 79 Составитель ЕТехред М.Морг моиленкоал Редактор А.Шандор орректор М,Самборская Заказ 603 Тираж 360 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101