Пробоотборник для испытателя пластов

 

Изобретение относится к испытанию скважин на нефть или воду с использованием пластоиспытательного оборудования и предназначено для отбора герметизированных проб пластового флюида. Цель - расширение функциональных и технологических возможностей. Пробоотборник содержит пробоотборную камеру, размещенную в корпусе с впускным и выпускными золотниковыми клапанами. На приводном штрке телескопически установлена соединительная муфт.а, 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 гривода и дожимную камеру При взятии пробы плэстовою флюида в затрубном пространств скважины создается давление, необходимое для раскрытия цангового упора. Штоки, соединенные муфтой, смещаются вниз под действием усилия на поршне. Одновременно смещается вниз и корпус заслонки до упора, пружина сжимается, и выступ одного из 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. i i i , iL. О CA CO -с о 00

COtO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 49/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4489089/03 (22) 03.10.88 (46) 07.03.91, Бюл. ¹ 9 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) П.С. Варламов и О. В, Пил юцкий (53) 622.243,68(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР. № 673727, кл, Е 21 В 49/00, 1979.

Патент США № 4063593, кл. 166 — 317. опублик.1977, Патент CLUA ¹ 3856085, кл. 166-264, опублик, 1974. (54) ПРОБООТБОРНИК ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЯ

ПЛАСТОВ (57) Изобретение относится к испытанию скважин на нефть или воду с использованием пластоиспытательного оборудования и предназначено для отбора герметизированных проб пластового флюида. Цель — расширение функциональных и технологических возможностей. Пробоотборник содержит пробоотборную камеру, размещенную в корпусе с впускным и выпускными золотниковыми клапанами. На приводном штоке телескопически установлена соединительная

Изобретение относится к испытанию скважин на нефть, газ или воду с использованием пластоиспытательного оборудования и предназначено для отбора герметизированных проб пластового флюида, Целью изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей.,» . Ж 1633108 А1 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 плзстово1о флюида в затрубном просгранств.- скважины создается давление, необходимое для раскрытия цангового упора. Штоки, соединенные 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.

На фиг,1-3 показан пробоотборник в исходном положении. общий вид; на фиг,4пробоотборник, поперечное сечение; на фиг.5-7 — пробоотборник после отбора пробы пластового флюида.

Пробоотборник содержит узел управляемого фиксатора А (фиг.1), пробоотборную камеру Б, гидравлический привод В, дожим1633108 ную газовую камеру Г и отключающий эолотниковый 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 элементами 10 — 12, в нижней части — цилиндрическим выступом 13 и уплотнительным элементом 14. В нижнюю часть корпуса 1 герметично ввинчен соединительный переводник 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 l9 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 верхнеи и нижней цилиндрическими реэьбами, снабженный внутри шлицевым центратором 22 (фиг,2), верхняя резьба корпуса 21 герметично свинчена с переводником 15, а нижняя резьба герметично свинчена с переводником 23. Последнии имеет осевую цилиндрическую расточку по размеру наружного диаметра полого приводного штока 24 и кольцевую камеру 25, соединенную вертикальными каналами 26 с нижней частью полости 20 для отбора пробы. B 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 уп/loтнительными элементами

30 — 32 подвижно установлена в осевой расточке переводника 23 против кольцевой камеры 25 и образует нижний впускной эолотниковый клапан пробоотборной камеры Б, 5

Выступ 13 полого штока 5 и выступ 27 приводного штока 24 соединены между собой цилиндрической полой муфтой 33. Соединительная муфта 33 в верхней части снабжена кольцевым уступом 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 так, что образует зазор и между нижним торцом б выступа

13 и верхним торцом в корпуса залонки 37.

В боковой стенке корпуса заслонки 37 жес1ко закреплен палец 36. Внутренняя полость корпуса заслонки 37 выполнена в виде смещен ного относительно вертикальной оси прямоугольного канала г. в котором на осях установлена прямоугольная заслонка

40, выполненная в виде пластины. Заслонка 40 снабжена пластинча1ой пружиной 41, которая прижимает ее к прогиаоположной плоскости прямоугольного канала г корпуса. Поверхность заслонки 40 со стороны прямоугольного канала 7 ил1еет радиальную выборку 42 (фиг 4) в виде полуцилиндрической поверхности, радиус которой соогветствует радиусу олноп 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 с1е ки 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 перемещение 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 0 в корпусе

21 пробоотборной камеры Б установлена цилиндрическая втулка 47 с упором У, входящим частично в один из каналов 22 шлицевого центратора корпуса 21

Гидравлический привод В включает корпус 48, который в вер . ей части имеет с, резьбу для присоединения K пер(Воднику

23 пробоотборного узла Б и ради;

57, с помощью которого он жес(ко и герметично свинчен с полым штоком 24. В нижней части поршень 55 снабжен полыл1 штоком

58 со ступенчатой наружнои поверлнс fbK).

Нижняя часть штока 58 л<еньш(:1 положении в полости 52 установлена пред

Варительно сжатая силовая прулк()(<а 6()

ДОЖИМНая ГдЗОВая кal1Еpа Вк " I<) <ЛF . полый корпус 61, сHaáæPI<íыи резьбoи для

СВИНЧИВаНИя С НИППЕс)ЕM 54. (,íë(«-.I, . рл-, снабжена резьбои, В Kг)(г);.<н)О г::, :-: . « .

ВВИНЧЕН ПОЛЫЙ НаГ;равл сiO:.l, .!

Верхняя час) ь ш <ока 64 (- Оди, В, ниппеля 54 и снабж <а „<:и.;;, элементом 65. В коль<.: Вим и; ., ГаЗОВОй КаМЕРЫ УС<лнсп-.)ВЛЕ делительный поршень 66 (. ными элементами 07 поверхносгь порш)<Я 66 ->I!О,P:т

Kой, котоРВЯ ОбРазУет копы,,.... i -1(г),с

ОТКЛЮЧВЮщИЙ ЗС ОТН;;„(,() ь ( содержит цилиндрическии поль и к; рп. с ре.-.ьбой для присоединеHия к .1; и .,:;: и радиальнь<л1и от(;с.рстиями 71 а т; < ск кольцевы-1 уступом 7?.

Во внутренней пол!c v кори са 70 .<сдВИЖНО И Г(pMeiË×ÍO устаНСЬ <ЕН Пор<„с<

Вси золотниковый клапан /3 с i(i aaaM i и элем:-нтами 75-77 yclao íåh i:. В (<с=.с) ча:ти клапан 7, сíаб>кен пол -, -: FI ()):;

ВЕРХНЯЯ ЧаетЬ Кото!0(CI C(.РЛ<(; — . движно входит !) Ocr!By<<) pac I О

63 и снабжена уплотнение.1, :!.., .1:.< части клапан 73 снаб,кен у оп,ц.нным Ill; .: ком 80, который имеет В<ее <игр,. <но() се

НИЕ И ВЗВИМОдЕй(.тс<уP.т С ШЕСтИГр,",i:

ОтВЕРСтИЕМ КОЛЬЦЕ()О(О УС<У(ia F? ч.

ПрИ СВОбОдНОМ ВЕр ИКВЛЬНОс. с)ЕЛ)-.щ, ih

НЕ дОПуСКаЕТ ПОВОрО;а ШтОКа 8 . (Э) <О тельно корпуса 70 В нижней ча <.; шг(i: снаб)кен у(<ëî)íес<)lем 81 и резьбой 82, к которой чривинче«ниппель бурильного замка 83. снабженный ко(сической резьбой

84 для соединения с другими узлами пластоиспытательного оборудования. Для удержания клапана 73 в краинем нижнем положении в полости 85 корпуса 70 установлена предваригельно сжатая силовая пружина 86

1U Пробоотборник примсняется в компановке преимущественно с прямоточным полнопроходным пластоиспытательным оборудованием на трубах, управление которых осуществляется путем создания давле15 ния нескольких уровней в затрубном пространстве скважины.

Пробоотборник в типовой компановке ус)анавливается ниже пластоиспытателя спуском на трубах в скважину и управляется

2(1 затрубным давлением, величина которого должна бы<ь больше величины давления. котооым управляется рабоса клапана плаг I лис пы гатепя

Перед Опусканием пробоотборника в

Скважину Все pl 0 элел<енгы приводят в сос(ояние, показанное на фиг 1-3.

Полыи шток 5 с выступом 8 зафиксироВ;- н г<ротив перел<еще <ия вдоль вертикальОй F((:È (,i)H;,.Phi,< У l(,POI«О. ОтВЕРСтИЯ 9

ОГ . «с;HI C Кс с)ьц(.;<, )(<с.,-l 10pf)(I 18, ЧТО с(,)си О )б <(е)<и.:. исичс(P .ëoÄí() "О

° - j, " . )сь(1<» О Ь - с OC(.)-сР .1 ;,) (-< . 1 <, < "а - i, F .".. с(<И i<» jV a л

° ), < ч сс а т <сЕ(<Е .)F1, t l, л, t t ° „),,с».,-

).. ;vic, . <(>ft. (° с< IЬ . (,Ос М B(HÛ С сон ...-<: <С.(И.,(1: Iс и Л) . 1(с)ЭЕ(CO(с;)сснрпр )Kca

;(.»:1 I .. г< ) р. .:Оч < б(;:нс; кал<ерь<. ,1, Ej(И . . I З1 i

4:.. IF .I< i . (ь со()тве; Твусо(с,ИM,5-2U g (i с,,,:с. )С.I, со (El I jjP )CTBTVI×(". KOI С Давя(!I

П<0() Шв с Ь 73 Kiial) i

F"y Hyю I<г) l0cTь с и() <î(.) ями 85 и 69.

"1ц;:;.i:уска lip )б.)0160-гника в сква.,)<у идр.)стет(1<()(.кое дав))(и„. бурового

:h. l FссОг . 3 <г)ОЛ НЯ ЮсiÄ ГО ЗВТГ)УОНОЕ ПРО . p с. О В с сважv

1633108

55 и воздействует через отверстия 49 гидропривода 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 каплере 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 пластоиспытателя. 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, связаннь>й 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 гидропривода остается в неподвижном состоянии. Под действием давления первого уровня открывается клапан пластоиспьпателя, и пластовый флюид начинает поступать в прямоточный канал компановки пластоиспытательного оборудования, Этп состояние в скважине соответствует первому открытому периоду испытания.

При поступлении пластового флюида в прямоточный канал пробоотборника DH 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 44а, 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 дальнеишем согласно плану работ >ложет быть несколько закрытых и открытых периодов испытания, которые на состояние элементов пробоотборника не влияют. Однако. в каждом открытом периоде B пробоотборной камере происходит последовательное полное замещение пластового флюида, что приближает сосгав пробы к пластовым условиям

Для взятия пробы в затрубном пространстве скважины создается давление второго уровня, при котором создается такое усилие на поршне 55 гидропривода В, которое является критически л для цангового упора 16. Последнии раскрывается (радиально расходятся лапы цан>и) полый шток 5 и 24, соединенный муфтой 33 под действием усилия на поршне 55с ле>цается вниз на величину хода С (фиг.5).

При этом кольцевые камеры 18 и 25 отсекаются от полнопроходногп прямоточного канала 7, герметизируloTñ>I отверстия 9 и

29 соответственно на штока.. 5 и 24 и проба, находящаяся в пробоотборной > амере 20, оказывается изолированной ро>ле этого, эа счет движения муфты 33 ьч > з вместе с корпусом заслонки 37, посл>.д»>1>l когда ход штоков 5 и 24 и муфты 33 дг, > и>;>ет величины С- П (фиг,1, 5), OcTBH;l»»>",»;1>;>ся упором, в результате чего прекра»3>:Ir дгижение корпуса заслонки 37 и са> >I л; слонки 40, 1633108

Далее эа счет остаточного хода П пружина

38 сжимается и нижний торец выступа 13, взаимодействуя с выступами 43 заслонки

40, устанавливает ее в вертикальное положение (фиг,5), открывая в корпусе заслонки 5

37 прямоточный полнопроходный канал. равный по площади сечению канала 7.

Для удержания элементов пробоотборника в состоянии после отбора пробы (фиг.5 и 6) используются особенности конструкции 10 цангового упора 16, который после отсекания пробы в пробоотборной камере выполняет функции фиксатора. Это достигается тем, что цанговые окончания 16 снабжены внутренними кромками, которые взаимо- 15 действуя с верхней кромкой упора 8, захватывают последний в конце хода С, в результате этого положение элементов пробоотборника после взятия пробы оказывается фиксированным до извлечения его из 20 скважины.

После выполнения операции "отбор пробы" давление в затрубном пространстве снижается до исходного. В скважине, в связи с тем, что в пробоотборнике открыт пол- 25 нопроходный канал, возможно проведение геофизических исследований (спуск приборов, перфораторов, зонда и тп.), а также проведение геолого-техниче".; их мероприятий по интенсификации прито а. Возможно 30 также и дальнейшее проведение испытании на приток.

После завершения планл испытания производится подьем оборудования па поверхность, S результате появления ра яги- 35 вающих нагрузок, отключающий клапан восстанавливает свое положение элементов как показано на фиг.3. При этом полость затрубного давления скважины соединяется через отверстия 71 и 74 с полостями 85 и 40

69. 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 $ 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, отличающийся 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 г. ожении последнего

2. Пробоотборник по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что проходнои канал корпуса заслонки выполнен прямоугольного сечения, а заслонка выполнена в виде желоба прямоугольного наружного сечения с полуцилиндрическим проходным сечением, продольная ось которого смеи,ена относительно продольной оси пробоотборника.

7g

79

Z7

2В 7

Фиг 7

1633108

47

1

52

23

57

Qg б

38

52 бО

48

59

51 б5

59

69

53

67

b8

74

76

77

22

1633108

8б

79

76

71

83

51

59 бй

53

67

69

61

62

79

86

61

Составитель Е,Самойленко

Техред М.Моргентал . Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор А.Шандор

Заказ 603 Тираж 360 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул. Гагарина, 101