Пробоотборник для испытателя пластов

 

(19)SU(11)1131285(13)A1(51)  МПК ⁶    _E21B49/08(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 10.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЯ ПЛАСТОВ

Изобретение относится к области исследований скважин, а именно к приборам для отбора глубинных проб жидкостей, и предназначено преимущественно для использования совместно с испытателями пластов на трубах. Изобретение может быть также применено при контроле за разработкой нефтяных месторождений для отбора проб жидкостей в эксплуатационных скважинах, оборудованных центробежными насосами или насосами других типов. Известно устройство для испытателя пластов, содержащее несколько пробоотборных камер, последовательно включаемых в работу в процессе испытания объектов в скважине. Недостатком устройства является отсутствие регулировки момента взятой пробы по отношению к процессу притока жидкости в скважину. Известен также пробоотборник для испытания пластов, имеющий несколько пробоотборных камер, включающих в работу при каждом цикле испытания скважины Недостатком пробоотборника, как и предыдущего устройства, является отсутствие регулировки момента взятия пробы относительно процесса притока жидкости из пласта. Известен пробоотборник для испытателя пластов, содержащий корпус, пробоотборную камеру с клапанным узлом, счетчик количества перепадов давления окружающей среды, взаимодействующий с пьезоприводом и через командный орган с управляющим элементом клапанного узла пробоотборной камеры. Недостатком известного устройства является ненадежность работы счетного узла при изменении давления окружающей среды, что снижает достоверность момента отбора пробы по отношению к процессу притока жидкости из пласта. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей и повышение надежности работы. Поставленная цель достигается тем, что в известном пробоотборнике для испытателя пластов, содержащий корпус, пробоотборную камеру с клапанным узлом, счетчик количества перепадов давления окружающей среды, взаимодействующий с пьезоприводом и через командный орган с управляющим элементом клапанного узла пробоотборной камеры, счетчик количества перепадов давления окружающей среды выполнен в виде соосно установленных друг над другом ведущего диска и насечкой на торце, водила кольцевой формы с подпружиненными собачками и стакана с канавками на нижней торцовой поверхности и прорезью на верхнем торце, причем две подпружиненные собачки водила взаимодействуют с насечкой на торце ведущего диска и ограничителями хода водила, закрепленными на корпусе, стакан установлен с возможностью взаимодействия верхней торцовой поверхностью с управляющим элементом, а нижней торцовой поверхностью с другой подпружиненной собачкой водила и подпружиненным фиксатором, закрепленным на корпусе, а управляющий элемент выполнен в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с клапанным узлом пробоотборной камеры, а другим с прорезью стакана в момент открытия пробоотбоpной камеры. На фиг.1 представлен общий вид пробоотборника для испытателя пластов; на фиг. 2 изображена развертка на плоскость счетчика количества перепадов давления окружающей среды; на фиг.3 показан второй вариант изготовления вспомогательного двигателя и включателя. Пробоотборник для испытателя пластов содержит корпус 1 пробоотборной камеры, ступенчатый поршень 2 и уплотнение 3. Кольцевое пространство 4 между поршнем 2 и корпусом 1 заполнено газом при атмосферном давлении. Клапанный узел пробоотборной камеры содержит золотниковую втулку 5 с боковыми отверстиями 6, которая может перемещаться по пальцу 7. На последнем установлены уплотнения 8 и 9, между которыми расположена проточка 10, соединяющаяся с помощью канала 11 с внутренним пространством пробоотборной камеры. Пьезопривод выполнен в виде геликсной пружины 12, запаянной с обеих сторон. Внутри полых витков пружины 12 находится газ под атмосферным давлением. Один конец геликсной пружины 12 жестко соединен с перегородкой 13 цилиндра 14, а другой ее конец соединен с ведущим диском 15 счетчика количества пеpепадов давления окружающей среды. Последний содержит водило 16, командный орган, выполненный в виде стакана 17, и ограничители 18 и 19 (фиг.2) хода водила 16. Детали 15, 16 и 17 могут вращаться вокруг оси 20, жестко закрепленной в перегородке 21 цилиндра 14. В теле водила 16 установлены три подпружиненные собачки 22,23 и 24. Верхняя торцовая поверхность ведущего диска 15 имеет радиальную насечку 25. Ограничители 18 и 19 выполнены в теле перегородки 21. На нижней торцовой поверхности стакана 17 выполнены канавки 26, расположенные на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. На верхнем торце стакана 17 выполнена прорезь 27 и нанесена шкала 28. Собачки 22 и 23 скошенными концами взаимодействуют с торцовой насечкой 25 ведущего диска 15 и ограничителями 18 и 19, а собачка 24 взаимодействует с канавками 26 на торце стакана 17. На цилиндре 14 выполнен прилив 29, в котором установлен подпружиненный фиксатор в виде собачки 30, взаимодействующий с канавками 26. Исполнительный двигатель содержит цилиндр 31, внутри которого подвижно установлен ступенчатый поршень 32 с хвостовиком 33. Малая ступень поршня 32 выполнена в виде толкателя 34, взаимодействующего с золотниковой втулкой 5 клапанного узла пробоотборной камеры. В сопряжении толкателя 34 с цилиндром 31 установлено уплотнение 35. На хвостовике 33 имеется уступ 36, а между большой ступенью поршня 32 и перегородкой 37 в цилиндре 31 размещена пружина сжатия 38. В большой ступени поршня 32 выполнен канал 39, обладающий значительным гидравлическим сопротивлением. Канал 39 связывает полости 40 и 41 цилиндра 31, расположенные по разные стороны ступени большого диаметра поршня 32. Элемент, управляющий включением клапанного узла пробоотборной камеры, выполнен в виде коромысла 42, качающегося вокруг оси 43, жестко закрепленной в перегородке 37 цилиндра 31. Коромысло 42 соединено с цилиндром 31 с помощью пружины растяжения 34. На коротком плече коромысла 42 выполнен уступ 45, находящийся в зацеплении с уступом 36 хвостовика 33. Длинное плечо коромысла 42 под действием пружины 44 прижимается к наружной поверхности юбки стакана 17. Цилиндры 14 и 31 соединены между собой с помощью поворотного соединения 46, которое позволяет закреплять цилиндры 14 и 31 в любом положении относительно друг друга (элементы крепления не показаны). В цилиндры 31 против стакана 17 выполнено окно, закрывающееся резьбовой пробкой 47. Корпус 1 пробоотборной камеры соединен с цилиндром 31 с помощью стяжки 48 с боковыми окнами 49. Внутренние полости цилиндров 14 и 31 заполнены минеральным маслом и отделены от внешнего пространства посредством гофрированной эластичной перегородки 50. Другой вариант исполнительного двигателя, показанный на фиг.3, имеет следующее устройство. В цилиндре 51 установлен ступенчатый поршень 52. Ступень меньшего диаметра поршня выполнена в виде толкателя 53, взаимодействующего с золотниковой втулкой (см.фиг.1). В сопряжениях всех ступеней поршня 52 с цилиндром 51 установлены уплотнения 54, 55, 56. Кольцевая полость 57, ограниченная цилиндром 51, средней ступенью поршня 52 и уплотнениями 55 и 56, заполнена газом при атмосферном давлении. В поршне 52 выполнен канал 58 с большим гидравлическим сопротивлением. Поршень 52 имеет хвостовик 59 с уступом 60. Цилиндр 51 заполнен минеральным маслом и связан с пробоотборной камерой и пьезоприводом с помощью соединений (не показаны). Управляющий элемент клапанного узла пробоотборной камеры в данном варианте исполнительного двигателя выполнен в виде двух неравноплечих коромысел 61 и 62, которые могут качаться вокруг осей 63 и 64, жестко установленных в цилиндре 51. На малом плече коромысла 61 выполнен уступ 65, находящийся в зацеплении с уступом 60 на хвостовике 59 поршня 52. Между цилиндром 51 и длинным плечом коромысла 61 размещена пружина растяжения 66, под действием которой длинное плечо коромысла 61 прижимается к короткому плечу коромысла 62, а длинное плечо последнего, в свою очередь, опирается на юбку стакана 17 командного органа счетчика количества перепадов давления окружающей среды. Пробоотборник для испытателя пластов, показанный на фиг.1 и 2, работает следующим образом. В исходном положении поршень 2 пробоотборной камеры сдвинут до упора внутрь корпуса 1, а золотниковая втулка 5 установлена так, чтобы ее впускные отверстия 6 были расположены ниже уплотнения 9. Поршень 32 исполнительного двигателя находится в зацеплении с коромыслом 42, пружина 36 сжата, а толкатель 34 соприкасается с золотниковой втулкой 5. Собачки 24 и 30 находятся в канавках 26 стакана 17 счетчика количества перепадов давления окружающей среды, а водило 16 установлено так, чтобы собачка 22 находилась во взаимодействии с ограничителем 18 и была выведена из зацепления с насечкой 25. Цилиндры 14 и 31 повернуты относительно друг друга так, чтобы длинное плечо коромысла 42 находилось на заданном угловом удалении от прорези на стакане 17. В таком положении пробоотборник устанавливают в компоновку испытательного оборудования ниже испытателя пластов. По мере спуска инструмента гидростатическое давление жидкости в скважине возрастает, что вызывает скручивание геликсной пружины 12 и поворот связанного с ней ведущего диска 15, если поворот диска 15 осуществляется (например) против часовой стрелки, (если смотреть на диск 15 со стороны пружины 12, то этому повороту (фиг.2) соответствует смещение насечки 25 влево. При этом собачка 23 благодаря скосу на своем конце проскальзывает на насечке 25 на торце диска 15, а водило 16 и стакан 17 остаются неподвижными благодаря зацеплению собачки фиксатора 30 с одной из канавок 26 на торце стакана 17. При создании дисперсии (понижении давления) во время первого цикла испытания скважины геликсная пружина 12 раскручивается и связанный с ней диск 15 поворачивается по часовой стрелке. На фиг.2 этому соответствует движение насечки 25 вправо. Насечка 25 захватывает собачку 23 и водило 16 поворачивается по часовой стрелке вместе с диском 15 до тех пор, пока собачка 28 не будет выведена из зацепления с насечкой 25 ограничителем 19. После этого собачка 22 при повороте диска 15 будет проскальзывать по насечке 25 благодаря скосу на своем конце. Таким образом водило 16 совершит поворот на определенный угол, независимо от дальнейшего поворота диска 15. При этом собачка 24 переместится в соседнюю канавку 26 на торце стакана 17. После создания дисперсии в результате притока жидкости из пласта в исследуемой зоне скважины гидростатическое давление будет постепенно повышаться. Это вызовет скручивание геликсной пружины 12 и поворот диска 15 против часовой стрелки. Насечка 25 на диске 15 захватит собачку 22 и водило 16 будет вращаться вместе с диском 15. Вместе с водилом 16 будет поворачиваться и стакан 17 благодаря зацеплению собачки 24 с одной из канавок 26. При этом длинное плечо коромысла 42, опирающееся на юбку стакана 17, будет приближаться к прорези 27. Совместный поворот деталей 15, 16 и 17 против часовой стрелки будет продолжаться до тех пор, пока собачка 22 благодаря взаимодействию с упором 18 не выйдет из зацепления с насечкой 25 на диске 15. К этому моменту водило 16 и стакан 17 совершат поворот против часовой стрелки, собачка 30 переместится в соседнюю канавку 26 на торце стакана 17 и зафиксирует его в этом положении. При дальнейшем повороте диска 15 вследствие роста гидростатического давления в скважине собачка 23 будет проскальзывать по насечке 25 благодаря скосу на своем конце. Таким образом, за один полный цикл испытания объекта скважине (понижение давления в исследуемой зоне в результате открытия испытателя пластов и последующего повышения давления за счет притока жидкости из пласта) произойдет поворот стакана 17 в направлении против часовой стрелки на угол, определяемый амплитудой качания водила. Следовательно, при каждом цикле испытания скважин прорезь 27 будет приближаться к длинному плечу коромысла 42 на угол, равный углу между соседними канавками 26 на торце стакана 17.Регулируя начальное расстояние между ними путем относительного поворота цилиндров 14 и 31, можно добиться, чтобы совмещение прорези 27 и длинного плеча коромысла 42 произошло в запланированный момент исследования скважины. Как только произойдет совмещение длинного плеча коромысла 42 с прорезью 27, коромысло 42 под действием пружины 44 повернется вокруг оси 43, и уступ 45 на его коротком плече выйдет из зацепления с уступом 36 на хвостовике 33 поршня 32 исполнительного двигателя. Освобожденный поршень 32 под действием пружины 38 начнет движение в сторону пробоотборной камеры и толкателем 34 будет перемещать золотниковую втулку 5. Когда впускные отверстия 6 втулки 5 пересекут уплотнение 9, пластовая жидкость начнет поступать в пробоотборную камеру по проточке 10 и каналу 11. При этом поршень 2 под действием разности сил давления пластовой жидкости, действующего в сечениях по уплотнениям 3, будет выталкиваться из корпуса 1. Скорость перемещения золотниковой втулки 5 регулируется величиной гидравлического сопротивления канала 39, по которому масло перетекает из полости 40 в полость 41. Эта скорость устанавливается так, чтобы за время перемещения отверстий 6 от уплотнения 9 к уплотнению 8 произошло полное заполнение внутренней полости пробоотборной камеры. При пересечении отверстиями 6 уплотнения 8 пластовая проба отсекается и изолируется от внешней среды, и процесс отбора пробы на этом завершается. После подъема инструмента из скважины корпус 1 пробоотборной камеры отсоединяют от стяжки 48 и отправляют в лабораторию для проведения физико-химического анализа пробы. Оставшуюся часть пробоотборника подготавливают к дальнейшей работе. Для этого сжимают пружину 38, воздействуя на толкатель 34, открывают пробку 47, поворотом цилиндра 31 относительно цилиндра 14 совмещают прорезь 27 с длинным плечом коромысла 42, поднимают коромысло 42 выше юбки стакана 17, поворотом цилиндра 31 по шкале 28 устанавливают необходимый момент взятия пробы и закрывают пробку 47. Исполнительный двигатель, показанный на фиг.3, работает следующим образом. Как только прорезь на стакане 17 совместится с длинным плечом коромысла 62, оно под действием длинного подпружиненного плеча коромысла 61 повернется вокруг оси 64. Коромысло 61 повернется вокруг оси 63 и уступ 65 выйдет из зацепления с уступом 60 на хвостовике 59 поршня 52. Освобожденный поршень 52 под действием давления масла, находящегося в цилиндре 51 под давлением внешней среды, начнет перемещаться в сторону уплотнения 54 и толкатель 53 приведет в движение клапанный узел пробоотборной камеры (не показан). Скорость перемещения поршня 52 регулируется величиной гидравлического сопротивления канала 58, через который выжимается масло. Преимуществом гидравлического исполнительного двигателя, представленного на фиг.1, является то, что в сравнимых габаритах он обеспечивает значительно большие рабочие усилия, которые не зависят от глубины погружения пробоотборника. Поэтому размеры, а следовательно, и проходные сечения каналов для пластовой жидкости в клапанном узле пробоотборной камеры могут быть существенно увеличены. Исполнительный двигатель, показанный на фиг.3, передает значительно меньшее усилие на командный орган счетчика количества перепадов давления окружающей среды, в связи с чем точность срабатывания пробоотборника повышается. Использование изобретения позволит осуществить отбор проб пластовой жидкости и различных объектов в скважинах в различные циклы их испытаний. За счет этого сократится количество спускоподъемных операций испытательного оборудования при испытании в скважине нескольких пластов или при испытании пласта по многоцикловой технологии. Кроме того, появится возможность регулировать момент отбора пробы и устанавливать пробоотборник в непосредственной близости от исследуемого объекта, что повысит достоверность отобранной пробы, уточнит привязку ее к тому или иному горизонту пласта, что улучшит информативность и качество испытания скважин.

Формула изобретения

ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЯ ПЛАСТОВ, содержащий корпус, пробоотборную камеру с клапанным узлом, счетчик количества перепадов давления окружающей среды, взаимодействующий с пьезоприводом и через командный орган с управляющим элементом клапанного узла пробоотборной камеры, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения надежности работы, счетчик количества перепадов давления окружающей среды выполнен в виде соосно установленных друг над другом ведущего диска с насечкой на торце, водила кольцевой формы с подпружиненными собачками и стакана с канавками на нижней торцовой поверхности и прорезью на верхнем торце, причем две подпружиненные собачки водила взаимодействуют с насечкой на торце ведущего диска и ограничителями хода водила, закрепленными на корпусе, стакан установлен с возможностью взаимодействия верхней торцовой поверхностью с управляющим элементом, а нижней торцовой поверхностью с другой подпружиненной собачкой водила и подпружиненным фиксатором, закрепленным на корпусе, а управляющий элемент выполнен в виде двуплечего рычага, взаимодействующего одним плечом с клапанным узлом пробоотборной камеры, а другим с прорезью стакана в момент открытия пробоотборной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3