Устройство для отбора проб жидкости
Иллюстрации
Показать всеРеферат
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА 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 штангой, и нижнюю , снабженную упором, причем емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности р.аботы устройства и представительности пробы за счет уменьшения гидравлического сопротивления притоку жидкости, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами , упруго взаимодействующими с клапанами пробоотборных емкостей с 5S и выполненными с боковыми прорезями для прохода жидкости, при этом на (Л чальные натяжения пружин нажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и разделительной пружин.
COK)3 СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3446176/23-26 (22) 01.06.82 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) A.Ô.Øàêèðoâ,.Ю.Н.Турчанинов, М.A.Äè÷åíêî, A.М.Ровинский, С.В.Челенков, Ю.Я.Еремин, В.И.Портнов и Е.К.Поздеев (71) Ивано-Франковское специальное конструкторское бюро средств автоматизации (53) 543.053(088.8) (56) 1.. Ясашин А.М. и др. Испытание скважин. М., Недра, 1973, с.73.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 828000, кл. G 01 N 1/10, 1977. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА 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 разделиЗ(51) G 01 N 1 10; Е 21 В 49/02 тельными пружинами, и две втулки верхнюю, снабженную штангой, и нижнюю,снабженную упором, причем емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и представительности пробы за счет уменьшения гидравлического сопротивления притоку жидкости, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами, упруго взаимодействующими с клапанами пробоотборных емкостей и выполненными с боковыми прорезями для прохода жидкости, при этом начальные натяжения пружин нажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и разделительной пружин.
1060970
Изобретение относится к пробоотборникам жидкости и может найти применение при испытании водоносных, 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- 10 ройства осуществляется путем нажатия штоком испытателя на штангу устройства. При этом одновременно открываются также отверстия впускного (приемного)клапана испытателя и на- 15 чинается приток жидкости. Жидкость. проходит через пробоотборник, отверстия впускного клапана, внутренние каналы штока и штанги, а также 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, З и нижнюю, снабженную упором, причем Емкости снабжены компенсаторами давления и подпружиненными клапанами, снабженными полым штоком, штуцером и запорной иглой "23 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 и4 пытателя, .содержащем кожух с окнами внутри которого расположены пробоотборные емкости с разделительными пружинами, и две втулки -«.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 использовании в комплекте с трубным испытателем пластов является полное перекрытие в процессе работы боковой поверхностью нижней емкости окон байпасного (обводного) канала, образованного кожухом и корпусом приборного отсека испытателяр и про g0
-пуск всей массы жидкости, поступающей в процессе притока в воздушную камеру испытателя через внутренний канал .пробоотборного устройства, Если с точки зрения необходиМости активизации и процесса замещения заполнителя в пробоотборных емкостях (масла и воды) скважинной средой такая конструкция позволяет ускорить движение жидкости через пробоотборные емкости (что особенно важно 60 при малых скоростях притока), то качество работы собственно испытателя. пластов низкое. Это связано с ..тем, что скороать движения потока в гидравлических каналах испытателя пластов должна определяться размерами отверстия штуцера, т.е. его гидравлическим сопротивлением. В то же время на скорость движения потока влияют и все остальные источники гидравлического сопротивления, находящиеся в общей гидравлической цепи, в том числе и пробоотборное устройство, с множеством мест сужения, изгиба и дробления струи, т.е. мест с повышенным гидравлическим сопротивлением. Поэтому для максимального уменьшения искажающего влияния привнесенных пробоотборными емкостями источников гидравлического сопротивления характер кривой притока необходимо. резко уменьшить их долевое участие в общеМ сопротивлении гидравлической цепи.
Именно поэтому полное и постоянное перекрытие окон байпасного канала пробоотборной емкостью, приводящее к резкому снижению общего (суммарно» го) проходного сечения приборного отсека и тем самым к увеличению. его гидравлического сопротивления, является с точки зрения сохранения качества работы соответственно.испытателя пластов нежелательным, особенно при значительных скоростях притока.
Кроме того,, устройство для отбора проб при его использовании в комплекте с.трубным испытателем плаФтов характеризуется ненадежностью в работе, так как сложно обеспечить согласованность (от образца к образцу) длин рабочих ходов штока испытателя и штанги пробоотборного .устройства, не имеющих регулировок для компенсации изготовительного разброса размеров. Если, например, длина хода штока превысит длину хода штанги (определяемую как сумм4 длин ходов клапанов и компенсаторов), произойдет поломка пробоотборного устройства. Если же длина хода штока будет меньше последней, может не произойти открытия клапана, Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и пре4 ставительности. пробы за счет умень» шения гидравлического сопротивлениФ притоку жидкости.
1060970
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 запорной иглой, штанга и упор верхней и нижней втулок снабжены подпружиненными нажимными элементами, упруго взаимо= действующими с клапанами пробоотборных емкостей и выполненными с боковы- 5 ми прорезями для прохода жидкости, при этом начальные натяжения пружин нажимных элементов равны по величине и превышают суммарное усилие начального натяжения клапанной и раз- 10 делительной пружин.
На фиг.1 показано .устройство, помещенное в сборе с кожухом в приборный отсек трубного испытателя пластов, общий вид; на фиг.2 — пробоот- 15 борная емкость, разрез; на фиг.3 и 4 — устройство в рабочих положениях при пониженной и повышенной скоростях притока среды, соответ-.. ственно.
Устройство (фиг. 1) содержит ко-. жух 1, имеющий.в верхней и нижней частях 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 была взвешена между двумя пружинами 5.
В нижней части кожуха закреплена втулка б с упором 7 для ограни .чения продольного перемещения емкостей, в верхней части — втулка 8. со штангой 9 для передачи нажимного усилия от штока 10 испытателя к устройству. Устройство в сборе размещено в приборном отсеке 11 испытателя.
Пробоотборная емкость 4 (фиг.2) состоит из корпусной трубы 12 с размещенными внутри донными втулками 13 и 14, предохраняемыми от.вы- 40 падения гайками 15 и 16. Донные втулки выполнены в виде поршней, причем донная втулка 13 может продольно перемещаться в незначительной по длине проточке корпусной . 45 трубы и играет роль компенсатора давления, а донная втулка 14 имеет возможность продольного перемещения вдоль всей полости трубы 10 (при снятой гайке 17) и играет роль разделительного поршня при переводе пробы.
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 отверстиями
20. Внутри штока 19 установлен штуцер 21 с запорной иглой 22. В кольце 18 выполнена канавка 23 с уплот- 60 нительным кольцом и каналами 24 для отвода жидкости. Кольцо 18 поджато пружиной 25 к донной втулке 13.
На штоке 19 установлен сетчатый фильтр 26. Наружное отверстие кана- 65 ла штуцера 21 закрыто защитным колпачком 27. Все места цилиндрических сопряжений узлов и деталей уплотнены кольцевыми эластичными уплотнениями. Кроме того, к пробоотборной емкости придаются переводной стакан 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 и упора 7 с клапанами крайних емкостей происходит не непосредственно, а через подпружиненные нажимные элементы. Кроме того, начальные нажимные усилия пружин 34 и 35 выбираны одинаковыми по величине и заведомо превышающими суммарное усилие сжатия пружин 25 и 5, а общий рабочий ход пробоотборных емкостей (являющийся суммой ходов клапанов 18 и компенсатора втулки 19) выбрано заведомо меньшим по сравнению с рабочим ходом штока 10 испытателя.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском в скважину рабочую полость каждой пробоотборной . емкости 4 (фиг.2) заполняют нейтральной жидкостью, например водой или маслом (с целью предохранения клапанов от произвольного открывания под действием давления наружной среды и загрязнения внутренних элементов устройства буровым раствором).
Заполнение может производиться либо путем 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, благодаря чему она сохраняет подвижность как при воздействии наружного давления, так и при температурном приращении объема заполнителя, что позволяет уравнивать внутреннее давление с чаружным.
1060970 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 роль амортизаторов, предохраняющих пробоотборные емкости 4 от динамических нагрузок °
При достижении трубным испытателем пластов забоя скважины в момент открытия впускного клапана гидрав- 0 лического испытателя происходит нажатие (фиг.3) 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 контак тируют между собой, а также со штан- 20 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 от- . верстие 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 10
35 испытателя. Так как нижняя часть корпуса нижней пробоотборной емкости (фиг.3) перекрывает входные окна 3 обводного канала, создается дополнительный перепад давления, спо- 40 собствующий активному движению среды через пробоотборные емкости и более полному замещению скважинной среды заполнителя.
При 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 транспортировочных крышек 29.
Для перевода пробы в исследова- 60 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- 65 ления донная втулка 14, играющая роль 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 движеиия 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.3, при котором окно 3 закрыто, нижняя пробоотборная емкость приобретает свойства регулирующего органа, 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 емкостй действует незначительный перепад давления, который не в состоянии достаточно повлиять на степень сжатия пружин
35 и емкость 4 и практически оста1060970 ется 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 притока и .уменьшение оказы- 35 ваемого им гидравлического сопротивления. Следовательно, долевое участие йривнесенных пробоотборными емкостями 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 возможное 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.
1060970
1060970
Составитель Л.Нечипоренко
Редактор В.Ковтун Техред A.Бабинец Корректор И, Эрдейи
Заказ 10028/43 Тираж 873 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам -изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4