Глубинный пробоотборник

 

О П И С А Н И Е () 765502

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.07.78 (21) 2645021/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

Е 21 В 49/02

Государстееииый комитет

СССР

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 27.09.80 (53) УДК 622.243. .68 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Ю. С. Застежко, В. С. Келеберда, Е. Б. Ефимов и В. Г. Савченко

Украинский научно-исследовательский институт природных газов

Министерства газовой промышленности СССР (71) Заявитель (54) ГЛУБИННЫЛ ПРОБООТБОРНИК

Изобретение относится к исследованиям скважин, а именно к устройствам для взятия 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 широкое практическое применение,так как конструкция их проста. Однако они не отвечают требованиям высокой точности отбора, потому что на больших глубинах из-за наклона скважины ударный груз, не достигнув пробоотборника часто останавливается, инерционный механизм может закрыть пробоотборник в результате случайных столкновений о стенку скважины, а при использовании силового механизма точка отбора пробы локализуется приближенно местоположением трубных стыков, лежащих выше глубины, с которой начинается подъем пробоотборника. Кроме того, эти пробоотборники не позволяют отобрать за один спускоподъем и несколько проб в одной точке скважины.

Известен также глубинный пробоотборник, имеющий многосекционное исполнение, каждая секция которого содержкт пробоотборную камеру с двумя клапанами для закрытия и отсекания глубинной пробы необ10 ходимого объема (2).

Данный пробоотборник позволяет отобрать сразу несколько глубинных проб на одном интервале скважины и за один спуска-подъем пробоотборника. Однако работа этого пробоотборника зависит от работы пластоиспытателя в комплекте с которым он используется, так как для открытия и закрытия клапанов используется усилие от штока пластоиспытателя, а для независимой работы он должен быть снабжен индивидуальным приводом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является электромагнитный глубинный пробоотборник, предназначенный для

765502 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, связывающим оба клапана, фиксирующий узел с двумя симметрично установленными защелками со стопором.

Пробоотборник содержит также блок управления клапанным механизмом, снабженным тяговым электромагнитом втяжного типа с якорем, выполненным в виде подвижного сердечника, жестко соединенного с фиксирующим узлом (3).

Управление клапанным механизмом осуществляется импульсом электрического тока, посылаемого блоку управления с поверхности земли через кабель. С помощью этого пробоотборника можно осуществлять дистанционное управление отбором в любой заданной точке скважины. Кроме того, такой пробоотборни к можно включить в единый комплекс наиболее прогрессивных электронных глубинных приборов (таких, как манометрь термометры, уровнемеры и т. п.), позволяющих получать более точные исходные данные, на основе которых вырабатываются рекомендации по поиску, разведке и оптимальной разработке газовых и нефтяных месторождений.

Однако в таком пробоотборнике якорь выполнен в виде подвижного сердечника и жестко соединен со стопором, поэтому управление фиксирующим устройством осуществляется непосредственно силой притяжения якоря, величина которой с одной стороны в первом приближении пропорциональна величине наружного диаметра обмотки электромагнита, возведенной в шестую степень, а с другой стороны должна превышать силу трения между стопором и защелками, определяемую жесткость возвратной пружины верхнего клапана.

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

Вследствие жесткого соединения якоря со стопором часть усилия возвратной пружины верхнего клапана из-за некоторой асимметрии фиксирующего устройства прижимает якорь к внутренней стенке полости электромагнита. Поэтому тяговая сила электромагнита частично расходуется на преодоление трения якоря с внутренней стенкой полости, вследствие чего необходимо дополнительное уменьшение жесткости возвратной пружины, ведущее, как уже отмечалось выше, к снижению надежности работы механизма управления.

Кроме того, известный электромагнитный глубинный пробоотборник содержит одну приемную камеру и статистический контроль герметичности клапанных уплотнений и связанной с ней достоверности получаемой газонасыщенности проб, отобранных с

его помощью, достигается выполнением нескольких спусков пробоотборника на заданную глубину скважины, что значительно увеличивает расходуемое на испытание скважины время.

Для повышения надежности работы пробоотборника, а также использования пробоотборника в многосекционном исполнении 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 возможностью ударного взаимодействия с якорем для расфиксации защелок и фиксации ими якоря в верхнем положении.

Кроме того, якорь снабжен тягой с головкой, а стопор выполнен в виде втулки, установленной коаксиально с тягой якоря и имеющей цилиндрические проточки на внутренней поверхности под головку тяги и на внешней — под выступы рычагов.

Пробоотборник может быть снабжен взаимодействующей с головкой тяги поперечной балкой, установленной между верхними плечами рычагов и покрытой сверху пластичным материалом. Для уменьшения рассеяния магнитного потока тяга якоря и взаимодействующий с ним стопор фиксирующего узла могут быть выполнены из немагнитного материала.

Для использования пробоотборника в многосекционном исполнении стопоры каждой ниже расположенной пробоотборной камеры могут быть выполнены в виде цилиндрической втулки со штоком, установленным с возможностью взаимодействия со штоком нижнего клапана вышерасположенной пробоотборной камеры.

Унифицированная конструкция фиксирующего устройства, рассчитанная на ударное воздействие как якоря, так и штока нижнего клапана предыдущей секции, предельно упрощает механизм управления клапанами и одновременно гарантирует высокую надежность его работы. Это позволяет якорю увеличить предварительно получаемое к моменту удара количество движения путем увеличения времени воздействия на него магнитного поля. В результате сила удара якоря по стопору фиксирующего устройства, которая во много раз превышает тяговую силу электромагнита, мало зависит от последней, а следовательно и от геометрических размеров электромагнита. В этой

765502

46

55 связи представляется возможным как повысить надежность управления клапанами за счет увеличения жесткости возвратных пружин, так и уменьшить наружный диаметр пробоотборника до самых малых размеров с целью обеспечения ему надежной проходимости во всех скважинах с сохранением высокого качества работы механизма управления.

На фиг. 1 изображен предлагаемый глубинный пробоотборник в двухсекционном исполнении (верхняя часть продольный разрез); на фиг. 2 и 3 показаны промежуточные части пробоотборника; на <риг. 4 дана нижняя часть пробоотборника.

Пробоотборник содержит соединительную головку 1 с размещенными в ней контактами 2 и 3, через которые электрический ток от кабельного наконечника подается в обмотку тягового электромагнита 4. Злектромагнит заключен в кожух 5, герметично соединенный с карманом 6, в полости которого находится якорь, состоящий из сердечника

7 и тяги 8. Корпус 9 фиксирующего устройства клапанного механизма верхней секции имеет выпускные окна 10 для выпуска потока жидкости, а также балку 11, покрытую пластичным слоем 12 (например, из свинца) и поддерживающую якорь в положении, заданном относительно стопора 13.

Кожух 5, карман 6, тяга 8 и стопор 13 выполнены из немагнитной стали.

Боковая поверхность стопора 13 сопряжена с верхними внутренними выступами защелок 14 и 15 фиксирующего устройства, представляющих собой рычаги первого рода Т-образной формы, симметрично установленные на оси 16, перпендикулярной к оси симметрии пробоотборника. Нижние внутренние выступы защелок 14 и 15 сопряжены с конусом верхушки упорной гайки 17, навинченной на шток затвора 18 верхнего клапана, имеющего также корпус 19 и возвратную пружину 20. Сопряжение упорной гайки 17 с защелками 14 и 15 сжимает в полости корпуса 19 пружину 20 и поддерживает клапан в открытом состоянии.

Затвор 18 шарнирно сочленен с иглой

21, управляющей клапанным замком верхней секции, состоящим из лепестков 22 и колпачка 23. Клапанный замок находится внутри приемной камеры верхней секции 24 и при помощи тяги 25 поддерживает в открытом состоянии нижний клапан секции, состоящий из корпуса 26, возвратной пружины 27 и затвора.28 с иавинченной на его шток упорной гайкой 29, имеющей направляющее отверстие 30, центрирующее штырь стопора 31 фиксирующего устройства нижней секции.

На боковых поверхностях стопоров 13 и 31 расположены наружные цилиндрические выступы, ограничивающие сверху и снизу величину свободного хода стопоров вдоль сопряженных с ними внутренних выступов защелок.

Нижняя секция состыкова на с верхней при помощи резьбового соединения 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 находится наконечник 33 с входным отвеостием 34 для жчдкости и фильтром 35.

Устройство работает следующи м образом.

При спуске пробоотборника внутре.гнее его пространство от входного отверстия 34 до выпускных окон 10 промывается встречным потоком жидкости. При достижении намеченной глубины пробоотборник ос анавливают, затем через кабель посылают в электрическую обмотку 4 импульс тока.

Под воздействием магнитного поля электромагнита на сердечник 7 якорь втягивается в полость кармана 6 и через некоторое время ударяет головкой тяги 8 по стопору 13.

Удар выводит стопор 13 из сопряжения с защелками 14 и 15 и перемещает его в vpññòранство над ними. Перемещение стопора устраняет противодействие на упорную гайку 17, в результате чего она под действием возвратной пружкны 20 раздвигает нижние плечи защелок 4 и 15 и заходит своей верхушкой в пространство между ними до тех пор, пока затвор 18 не закроет клапан.

Вь:званный перемещением гайки 17 поворот защелок 14 и 15 уменьшает расстояние между их верхними внутренними выступами и тем самым фиксирует якорь во втянутом в полость кармана 6 положении.

Перемена местоположения якоря. вызванная действием магнитного поля и закрытием верхнего клапана верхней секции, изменяет индуктивность обмотки электромагнита, регистрируемую замером ее суммарного сопротивления переменному электрическому току.

Переход затвора 18 в верхнее положение в процессе закрытия клапана поднимает иглу 21 вверх и разъединяет клапанный замок верхней секции. В результате затвор 28 под действием пружины 27 закрывает нижний клапан секции.

Когда в результате какого-то случайного процесса, например вследствие резкой остановки прибора или резкого толчка о стенку скважины, стопор 13 выходит из сопряжения с защелками 14 и 15, а якорь остается в прежнем положении, то верхний клапан верхней секции все же закрывается. Нп в этом случае жорь не занимает устойчивое верхнее положение в процессе подачи импульса элекрического тока и не происходит увеличение индуктивности обмотки элекромагнита.

Если в результате толчка якорь и стопор

13 переместились вверх, так что произошло

765502 закрытие верхнего клапана верхней секции и фиксация якоря 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 закрытия клапанов еще до достижения пробоотборником заданной глубины скважины.

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

Использование настоящего глубинного пробоотборника обеспечивает в сравнении с известными устройствами повышение достоверности отбираемых в скважине проб жидкости и растворенного газа, достигаемое одновременным отбором нескол ьких проб, позволяющим осуществить статистический контроль герметичности клапанных уплотнений дистанционным контролем закрытия клапанов, дающий возможность выявить факт преждевременного случайного их закрытия, а также повышением надежности управления клапанным механизмом за счет реализации ударного принципа воздействия на фиксирующее устройство клапанного механизма.

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

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

Формула изобретения

l. Глубинный пробоотборник, содержащий пробоотборную камеру, верхний подпружиненный клапан со штоком и упорной гайкой с конусом, нижний подпружиненный клапан со штоком и замком, связывающим оба клапана, фиксирующий узел с двумя симметрично установленными защелками со стопором и привод в виде электромагнита с якорем, отличаюш,ийся тем, что, с целью повышения 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 возможностью ударного взаимодействия с якорем для расфиксации защелок и фиксации ими якоря в верхнем положении.

2. Пробоотборник по п. 1, отличаюшийся тем, что якорь снабжен тягой с головкой, а стопор выполнен в виде втулки, установленной коаксиально с тягой якоря и имеющей цилиндрические проточки на внутреннсй поверхности под головку тяги и на внешней — под выступы рычагов.

3. Пробоотборник по пп. 1 и 2, отличаю.щийся тем, что для удержания якоря в заданном положении относительно стопора до воздействия на него магнитного поля, он снабжен взаимодействующей с головкой тяги поперечной балкой, установленной между верхними плечами рычагов и покрытой сверху пластичным материалом.

4. Пробоотборник по пп. 1 — 3, отличаюи ийся тем, что, с целью уменьшения расеяния магнитного потока, тяга якоря и взаимодействующий с ним стопор фиксирующего узла выполнены из немагнитного материала.

5. Г1робоотборник по пп. 1 — 4, отличати ийся тем, что, с целью использования пробоотборника в многссекционном исполнении, стопоры каждой ниже расположенной пробоотборной камеры выполнены в виде цилиндрической втулки со штоком, установленным с возможностью взаимодействия со штоком нижнего клапана вышерас положенной пробоотборной камеры.

Источники информации, принятые во внимани при экспертизе

1. Мамуна В. Н. и др. Глубинные пробоотборники и их применение. М., Гостоптехиздат, 1961, с. 31 — 36.

2. Авторское свидетельство СССР № 569893, кл. Е 21 В 49/02, 1975.

3. Андрющенко Ю. Н. и др. Электромагнитный глубинный пробоотборник и опыт его применения. Экспресс информация

ВНИИОЭНГ. Серия: нефтегазовая геология и геофизика, № 11, 1976 (прототип) .

765502

Составитель В. Никулин

Редактор Т. Шагова Техред К. Шуфрич Корректор О. Билак

Заказ 6473/34 Тираж 626 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4