Отбор открытых и закрытых глубинных проб

Отбор открытых и закрытых глубинных проб 

     В настоящее время сложились два  основных направления исследования состава и свойств продукции скважин. Первым направлением следует считать традиционные методы комплексного исследования глубинных проб пластовой нефти. В этом случае глубинные пробы необходимо отбирать из новых, вновь вводимых в эксплуатацию скважин, в зоне которых не произошло существенных изменений фазового состояния, состава и свойств пластового флюида. Результаты исследования глубинных проб могут быть использованы как для подсчета запасов, так и для изучения изменчивости параметров пластовых нефтей по площади и разрезу залежей.

    Однако  качественный отбор глубинных проб становится проблематичным (или даже невозможным) при прогрессирующей  обводненности скважин, прорыве в призабойную зону свободного газа газовых шапок или при переводе скважин на механизированные способы добычи.

    Второе  направление предусматривает использование  устьевых пробоотборных устройств, позволяющих направлять поток или отбирать часть потока газожидкостной смеси в сепаратор, где происходит разгазирование этой смеси, с последующим определением объемов газовой и жидкой фаз. В процессе измерений отбираются пробы газа и жидкости для последующего хроматографического анализа, а также для рекомбинации пластовой смеси и ее исследования с использованием специальной аппаратуры высокого давления. Результаты промысловых и лабораторных измерений обрабатываются и представляются в стандартной форме технического отчета.

     Этот метод может быть применен для исследования состава и свойств продукции скважин при существовании двухфазного потока на забое, а также в случае повышенной обводненности продукции или при механизированных способах эксплуатации, когда отбор глубинных проб технически невозможен.

    В данной работе рассмотрен первый метод  комплексного исследования глубинных проб пластовой нефти.

     Свойства  пластовых жидкостей - сжимаемость, вязкость, объемный коэффициент и т.д. - определяются экспериментально на специальной аппаратуре по результатам исследования проб, отбираемых из скважины с помощью глубинных пробоотборников. Получение представительной и доброкачественной глубинной пробы зависит от соответствия технологии отбора режиму работы данной скважины, а также от конструктивных особенностей и качества применяемых пробоотборников.

      Для получения пробы, соответствующей  данным пластовым условиям, конструкция глубинных пробоотборников должна отвечать ряду основных требований.

      1. Отбирать пробу следует строго  на заданной глубине при известном  пластовом давлении и температуре.

      2. Отобранная проба должна характеризовать наиболее общие свойства пластовой нефти в месте отбора, т.е. должна обладать максимальной представительностью.

      3. Ёмкость пробы должна быть  достаточна для последующего  лабораторного изучения.

      Кроме этого, пробоотборник должен  обладать надёжной герметичностью, а также обеспечивать возможность качественного перевода пробы в промежуточную ёмкость (контейнер) или в исследовательскую аппаратуру.

      Разнообразные конструкции глубинных  пробоотборников подразделяют на два типа:

1) пробоотборники  с проточной (открытой) камерой

2) пробоотборники с камерой закрытого типа (непроточного типа).

      Пробоотборники с проточной камерой  имеют клапаны, закрывающиеся после спуска прибора на заданную глубину. Пробоотборником открытого типа отбираются открытые глубинные пробы без сохранения их термобарических условий и фазового состояния в пласте. Во время спуска поток пластовой жидкости свободно проходит через камеру.

Камера пробоотборников второго типа во время спуска закрыта. Она открывается и закрывается на заданной глубине. Пробоотборником закрытого типа отбираются закрытые глубинные пробы с сохранением термобарических условий продукции и фазового состояния.

       Пробы отбираются с интервала,  где давление выше давления  насыщения и обводненность продукции не превышает обводненности по пласту.

Регистрируемые  параметры при  отборе проб:

• Давление на глубине замера
• Температура на глубине замера
• Представительная проба флюида

При исследовании проб получают следующие характеристики:

• давление насыщения
• растворимость газа в нефти
• объемный коэффициент
• сжимаемость
• вязкость
• плотность

     От  качества отобранных проб будет зависеть точность характеристик углеводородного  сырья. Пробу отбирают из работающих скважин при помощи специального пробоотборника. Чтобы установить из каких скважин следует отбирать пробу необходимо изучить геологическое  строение района, установить сложность  залегания продуктивных горизонтов. Техническое состояние скважины должно гарантировать безопасную работу пробоотборника (исправны задвижки, фонтанные  трубы в диаметре не меньше 50,8 мм).  

       Если нефть парафиновая, то  перед отбором пробы следует прочистить трубы, замерить давление (забойное и пластовое) и температуру. После подъема пробоотборника пробу помещают в специальный контейнер, который предназначен для длительного хранения нефти под давлением). 

Пробоотборники 

     ПРОБООТБОРНИК в нефтяной геологии (а. sampler; н. Probeentnahmegerдt; ф. йchantillonneur; и. sacador de muestras, extractor de muestras) — аппарат для отбора проб жидкости и газа в нефтяных и газовых скважинах, а также в скважинах для добычи питьевой, минеральной, технической воды, горячего пара и др.

     Проба, отобранная в пластовых условиях (сохраняющая пластовые давление и температуру), называется представительной и извлекается из скважины пробоотборником. Используют глубинные пробоотборники, предназначенные для отбора пробы из ствола скважины, и пробоотборники для отбора пробы из призабойной зоны в процессе испытания и опробования пластов. Первые спускают в скважину на металлическом тросе при помощи лебёдок (с ручным приводом до глубины 1500 м и с механическим до глубины 7000 м); вторые — в компоновках испытателей и опробователей пластов.  
 
     Глубинные пробоотборники состоят из 2 основных частей: приёмной камеры и управляющего устройства, открывающего и закрывающего клапаны приёмной камеры. Для отбора проб в фонтанных скважинах при небольшой вязкости нефти применяют глубинные пробоотборники с проточной (открытой) камерой (рис. 1);для отбора проб в нефонтанирующих скважинах, особенно при большой вязкости нефти или при интенсивном выделении парафина, используют глубинные пробоотборники с непроточной (закрытой) камерой (рис. 2).  

Рис. 1. Глубинный пробоотборник с проточной камерой: 1 - часовой привод; 2 - муфта; 3 - окно; 4 - рычаг; 5 - верхний клапан; 6 - игла; 7 - тяга; 8 - нижний клапан; 9 - фильтр.  
 
 

     Рис. 2. Глубинный пробоотборник с непроточной камерой: 1 - балластная камера; 2 - приёмная камера; 3 - разделительный поршень; 4 - клапан; 5 - форклапан; 6 - поршень; 7 - камера пьезопривода; 8 - капилляр.

     При спуске в скважину глубинного пробоотборника с проточной камерой клапаны  его открыты и жидкость протекает по внутренней полости приёмной камеры. На заданной глубине спуск пробоотборника прекращают на время, необходимое для заполнения приёмной камеры пластовым флюидом, затем клапаны закрываются и изолируют пробу от внешней среды.          Непроточная камера в глубинных пробоотборниках во время спуска в скважину закрыта и заполнена маслом, отбор пробы на заданной глубине производится путём последовательного открытия и закрытия клапанов пробоотборника и вытеснения масла из приёмной камеры в балластовую под давлением пластового флюида.

       Глубинные пробоотборники рассчитаны  на пластовое давление до 30 МПа  и температуру до 200°С (с проточной камерой) и до 100°С (с непроточной). После подъёма на поверхность глубинного пробоотборника пробу прессом или ручным насосом переводят в контейнер или исследовательскую аппаратуру.

     Если  в процессе бурения проводят испытание  или опробование пластов, то применяют  второй тип пробоотборника. Среди  них различают пробоотборники с  проточной камерой односекционные и пробоотборники-накопители односекционные и многосекционные с проточной  и непроточной камерами. Пробоотборники и пробоотборники-накопители рассчитаны на давление до 45 МПа и температуру  до 150°С. Односекционные пробоотборники устанавливают под испытателем  пластов (рис. 3).  
 

     Рис. 3. Пробоотборник накопитель с проточной камерой: 1 - шаровой обратный клапан; 2 - гидравлический переключатель; 3 - запорный шток; 4 - верхний клапан; 5 - проточная камера; 6 - входное отверстие; 7 - нижний клапан.  
 

     Выпускают две их модификации: с несъёмной  и съёмной проточной камерой, выполненной в виде гильзы. Несъёмная  камера открывается синхронно с  испытателем пластов. После отбора пробы жидкость из скважины, минуя  приёмную камеру, протекает через  пробоотборники по центральному каналу и отверстиям в гидравлическом переключателе. В съёмной приёмной камере (гильзе) механизм управления клапанами соединён с испытателем пластов непосредственно. Поднятая на поверхность гильза извлекается  из корпуса пробоотборника и направляется в лабораторию для анализа отобранной пробы.  
 
    Созданы две разновидности пробоотборников-накопителей с проточной камерой. Для отбора больших объёмов жидкости при испытании пластов применяют пробоотборники-накопители с проточной камерой односекционные и многосекционные, которые устанавливают в компоновку испытателя пластов между её запорно-поворотным устройством и испытателем пластов. Приёмной камерой пробоотборника-накопителя многосекционного служит внутренняя полость трубы с нижними и верхними переводниками. Отбор пробы на поверхности производят перед разборкой испытателя пластов. Пробоотборники и пробоотборники-накопители с проточной камерой предназначены для отбора пробы из одного продуктивного пласта за один спуск инструмента в скважину.  
 
     Для отбора проб раздельно из каждого испытываемого пласта за один спуск испытателя в скважину созданы пробоотборники с 2 и 3 непроточными камерами. После отбора пробы из одного пласта испытатель переставляют на следующий и производят отбор пробы в другую камеру. В зависимости от количества камер испытывают 2-3 пласта за один спуск инструмента.  
 
     При опробовании пластов без подъёма бурильных труб на поверхность используют также многосекционный пробоотборники с непроточной камерой, который сбрасывают в бурильные трубы, где он под действием собственной массы опускается в гидравлический пакер, установленный над долотом. Управление клапанами производят путём изменения избыточного давления внутри бурильных труб (пробоотборники рассчитаны на пластовое давление 81-88 МПа, температуру до 150°С).

          Отечественные пробоотборники:

     Глубинный пробоотборник ВПП-300 (состоит из пьезопривода с реле времени, клапанов, приемной камеры и балластной камеры, в которую перетекает масло из основной камеры). 
          Глубинный пробоотборник ПД-ЗМ широко используется для отбора проб пластовой нефти из фонтанных и компрессорных скважин при давлениях до 300 кгс / см2 и температурах порядка 100 - 120 С. 
 

     За  рубежом чаще применяются пробоотборники, разработанные американскими фирмами "Наlliburton", "Schlumberger", "Johnston", "Lynes" и др., принципиально не отличающиеся от отечественных конструкций.