1.7. Отбор проб нефти и газа

Отбор проб нефти. Пробы нефти могут отбираться на устье скважины при ее работе либо различными приспособлениями из ствола скважины, если она заполнена нефтью.

Наиболее достоверные данные о свойствах пластовых жидкостей и газов в условиях их залегания в недрах получают по результатам лабораторных исследований проб, поднятых с забоев скважин с сохранением пластового давления. Условия отбора пробы нефти должны всегда указываться на этикетках и в заключении после исследования ее физико-химических свойств.

Нефть с пластовыми условиями с забоя отбирается с помощью пробоотборников. Пробоотборники состоят из приемной камеры, служащей для заполнения пластовой жидкостью и обеспечивающей герметичность отобранной пробы, и управляющего устройства, закрывающего клапаны приемной камеры.

В зависимости от принципа действия глубинные пробоотборники выпускают:

• с проточной (открытой) камерой;

• с непроточной (закрытой) камерой.

Пробоотборники с проточной камерой применяются в основном для отбора проб в фонтанных скважинах при сравнительно небольших вязкостях нефти и высоких дебитах, когда имеется уверенность, что после спуска прибора на заданную глубину произойдет полное замещение объема приемной камеры пластовой жидкостью.

Проточный пробоотборник спускается в скважину с открытыми клапанами и при движении к забою скважины полость его непрерывно промывается восходящим потоком. На рис. 1.5 приведена схема простейшего проточного

24

пробоотборника (с открытыми клапанами). Этот пробоотборник предназначен для отбора пробы с давлением до 30 МПа и при температуре до 100⁰С.

1. – верхний клапан;

2. – седло верхнего клапана;

3. – рычаг спускного механизма;

4. – шток верхнего клапана;

5. – нижний клапан; 6 – шарики замка;

7. – муфта замка;

7. – седло нижнего клапана; 9 – пружина;

10. – часовой механизм; 11 – валик;

12. – ходовая гайка; 13 – штифт; 14 – пружина;

15. – игла верхнего клапана; 16 – втулка замка

Рис. 1.5. Схема проточного пробоотборника ПД-3М

При подготовке к спуску нижний клапан открывают деревянным штоком, вводимым в отверстие пробоотборника снизу, а верхний клапан отжимают в нижнее положение через специальное отверстие, имеющееся в теле пробоотборника. При этом игла 15 верхнего клапана 1 раздвигает шарики 6,

25

муфта 7 упирается в них внутренними выступами и нижний клапан 5 остается открытым. Верхний клапан удерживается в открытом положении рычагом 3, упирающимся в шток 4 верхнего клапана.

При спуске в скважину полость пробоотборника промывается нефтью. На забое пробоотборник выдерживают с открытыми клапанами в течение примерно 20 минут, чтобы нефть полнее соответствовала пластовой. Часовой механизм 10 вращает через валик 11 ходовую гайку 12, соединенную с рычагом 3, который, поворачиваясь вокруг оси, соскальзывает со штока 4, и верхний клапан под действием пружины 14 закрывается. При этом игла 15 выходит из шарикового замка, муфта 7 освобождается и нижний клапан закрывается.

При подъеме пробоотборника давление в приемной камере вследствие уменьшения температуры несколько падает, но менее интенсивно, чем уменьшается внешнее давление. Поэтому разность давлений, действующих на клапаны, все время увеличивается, что способствует более надежной герметизации отобранной пробы.

Пробоотборники проточного типа отличаются друг от друга лишь принципом действия управляющего устройства. В связи с ненадежной работой часового механизма используются различные реле времени (гидравлические, термометрические, силовые механизмы).

Пробоотборники с непроточной камерой рекомендуется применять для отбора пробы в скважинах, где интенсивно выделяется парафин, в нефонтанирующих скважинах, при большой вязкости нефти. Приемная камера этих приборов во время спуска закрыта. Проба на заданной глубине отбирается последовательным открытием и закрытием клапана. Конструкции пробоотборников этого типа различают по принципу управления клапаном и способу заполнения приемной камеры. Схема непроточного пробоотборника приведена на рис. 1.6.

Для увеличения точности определения свойств пластовой нефти целесообразно отбирать несколько проб из одной и той же скважины, поэтому пробоотборники могут быть одно- и многокамерные.

Нефть, отобранную пробоотборником, переводят с помощью специальных прессов и устройств в контейнеры для транспортировки в лабораторию (рис. 1.7).

Для перевода отобранной пробы из пробоотборников в контейнер или исследовательскую аппаратуру применяют специальные переводники, которые навинчиваются на корпус пробоотборника.

26

1 – балластная камера; 2 – переходник;

3. – камера для отбора пробы;

3. – разделительный поршень;

3. – клапан; 6 – пружина; 7 – форклапан;

8. – хвостовик поршня пьезопривода;

8. – поршень пьезопривода;

8. – камера пьезопривода; 11 – капилляр;

12. – камера, расположенная под камерой пьезопривода

Рис. 1.6.Схема непроточного глубинного пробоотборника ВПП-300

27

а б Рис. 1.7. Контейнеры для отбора проб под давлением:

а – проточный контейнер; б – двухкамерный контейнер

Схема перевода пробы из пробоотборников в контейнер приведена на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Схема перевода пробы

Корпус пробоотборника 2 устанавливается в зажимные качалки 3, предназначенные для перемешивания пробы в приемной камере прибора. На верхний и нижний концы корпуса приемной камеры навинчивают переводники 1 и 5. Нижний переводник 5 соединяется трубкой с измерительным прессом 7, а

28

верхний 1 с контейнером 9, имеющим разделительный поршень 8. Полость пресса сообщается с переводником, в результате чего контейнер заполняется рабочей жидкостью (масло, глицерин и др.). Открыв вентиль переводника 5, заполняют его полость рабочей жидкостью, вытесняя находящийся в ней воздух. Затем, закрыв вентиль 4, продолжают повышать давление до момента открытия клапана пробоотборника. Этот момент отмечается по манометру 6, стрелка которого делает небольшой скачок вниз. Перед началом перевода пробы толкателем верхнего переводника открывают верхний клапан пробоотборника. Нефть из приемной камеры выжимается прессом и поступает в контейнер. Под действием давления нефти разделительный поршень контейнера опускается вниз, в результате чего рабочая жидкость вытесняется в емкость 10. Давление в системе при переводе пробы должно быть постоянным, равным пластовому давлению или несколько выше.

Методика отбора пробы нефти зависит от условий в залежи. Если пластовое давление намного превышает давление насыщения, отбор качественной пробы не вызывает затруднений. При забойных давлениях ниже давления насыщения, когда газ из нефти начинает выделяться только в призабойной зоне, перед отбором пробы изменяют режим работы скважины так, чтобы забойное давление было при новом режиме выше начального давления насыщения. Если давление в нефтяном пласте стало ниже давления насыщения, пробы пластовой нефти, соответствующие начальным условиям залежи, приготавливают искусственно, смешивая нефть и газ в необходимых пропорциях.

Отбор проб газа. Пробы газа отбирают из газопроводов, сепараторов, различных аппаратов, топочных устройств и помещений. Разнообразие возможных точек отбора газа на анализ потребовало создания различных приспособлений и аппаратов, обеспечивающих удобный и надежный отбор представительной пробы газа. При анализе пробы приходится учитывать расход газа, давление и температуру. Большинство приборов, предназначенных для отбора проб газа, служат одновременно и для хранения пробы, и для измерения ее объема.

К аппаратам, используемым для измерения объема и хранения газов в статических условиях, относятся калиброванные газометры, аспираторы, газовые бюретки, калиброванные газовые пипетки.

Калиброванные газометры (рис. 1.9) применяются в тех случаях, когда необходимо отмерить значительные объемы газа для анализа (от 4 до 30 л). Существуют мокрые и сухие газометры. Мокрыми газометрами пользуются, когда анализ газа производят сразу же после отбора пробы. Запирающей жидкостью служат насыщенный водный раствор поваренной соли или вода. Так как многие газы растворяются в жидкостях, для продолжительного хранения газа применяют сухие газометры со шлифом или резиновой пробкой.

29

а _б Рис. 1.9. Газометры:

а – с напорной воронкой; б – сухой со шлифом; 1 – манометр; 2, 3, 4 – краны

Прежде чем пользоваться газометром, его нужно проверить на герметичность и градуировать. Газометр с напорной воронкой проверяется на герметичность следующим образом: наполнив газометр запирающей жидкостью, оставляют его на 20 минут с закрытыми верхними кранами и открытым нижним краном и следят, не вытекает ли из него жидкость. Если газометр герметичен, жидкость через открытый нижний кран вытекать не будет. Герметичность газометра может быть проверена еще следующим приемом: воронку и газометр заполняют жидкостью, закрывают нижний кран и кран отбора газа и следят (при открытом кране на воронке), не проникает ли жидкость через шлифы и не изменяется ли ее уровень. Для проверки на герметичность сухого газометра к одному крану присоединяют ртутный U-образный манометр, а к другому – вакуум-насос, при помощи которого из газометра откачивают воздух. Откачав до определенного вакуума воздух, перекрывают кран на трубке, соединенной с насосом, и, записав показания манометра, оставляют на 15 минут газометр в указанном положении. Если за истекшее время уровень ртути в манометре не изменится, значит газометр герметичен.

30

Перед проверкой на герметичность все краны газометра должны быть хорошо промыты спиртом или эфиром, высушены и смазаны вазелином или другой смазкой. Градуировка газометров производится путем сливания воды из газометров в мерный цилиндр при комнатной температуре. По окончании градуировки на миллиметровой бумаге, приклеенной на газометр, проставляют значения, полученные при градуировке.

Порядок взятия пробы в газометр с напорной воронкой (см. рис. 1.9 а) следующий. Газометр, заполненный запирающей жидкостью, через кран 2 соединяется с пространством, откуда берется проба газа. При закрытом на воронке кране 4 открывают кран 2 и кран 3. Газ через кран 2 оказывает давление на запирающую жидкость, которая через кран 3 удаляется из газометра в приемник, освобождая место для газа. Не дав полностью стечь запирающей жидкости (уровень ее должен быть выше крана 3), закрывают кран 3, затем кран 2. Давление поступающего в газометр газа измеряют манометром 1.

Аспираторы (рис. 1.10), как и газометры, предназначены для измерения и хранения значительных объемов газа.

Рис. 1.10. Аспиратор

Для измерения небольшого объема газов, применяют различные бюретки (рис. 1.11), представляющие собой стеклянные градуированные трубки, соединенные каучуковой трубкой с уравнительным сосудом, и газовые пипетки.

31

Рис. 1.11. Газовые бюретки

Для взятия пробы газа в газовую пипетку (рис. 1.12) последнюю заполняют жидкостью и присоединяют одной трубкой к пространству, из которого необходимо взять пробу газа. Открывают кран на этой трубке, а затем (или одновременно) второй кран пипетки. Давлением газа жидкость из пипетки вытесняется, а газ заполняет ее пространство. Если газовой пипеткой отбирают пробу газа из газопровода или другого пространства со значительной массой газа, то пипетку запирающей жидкостью не заполняют. А для отбора пробы один конец пипетки соединяют с газопроводом и сначала ее продувают (открыв оба крана) примерно 15-кратным объемом газа, а затем закрывают кран на свободной трубке и на трубке, сообщающейся с газовым пространством.

Рис. 1.12. Газовая пипетка

Для отбора проб конденсата или газа под давлением применяются контейнеры (см. рис. 1.7) и металлические баллоны высокого давления различной емкости (от 0,5 до 40 л) с одним или двумя вентилями (рис. 1.13).

32

а б в Рис. 1.13. Баллоны для отбора под давлением проб газа или конденсата: а – проточный; б – непроточный; в – с сифонной трубкой

После отбора проб нефти или газа контейнеры, баллоны, газометры, бутылки и др. приборы с пробами снабжаются этикетками следующего содержания:

1. дата отбора пробы;

2. название месторождения;

3. номер скважины;

4. интервал перфорации;

5. диаметр дросселя;

6. вид пробы (отсепарированный газ, сырой или стабильный конденсат, нефть или вода);

7. место отбора пробы (из сепаратора, из емкости, из скважины и т.д.);

8. номер контейнера, баллона, канистры;

9. фамилия, инициалы и подпись лица, отбирающего пробу.

Этикетка сворачивается и привязывается к вентилю контейнера или баллона, к горловине бутылки или канистры. Наклеивать этикетку на корпус контейнера или бутылки не рекомендуется, т.к. при транспортировке проб в лабораторию этикетка может быть ободрана и потеряет свою информацию.

33