ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СПУСКА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ СКВАЖИНУ

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно - к исследованию наклонно-направленных и горизонтальных скважин автономными геофизическими приборами и комплексами.
Известно устройство для ввода геофизического прибора в скважину, содержащее корпус, механизм фиксации, выполненный в виде подпружиненного штока, кинематически связанного посредством подпружиненного рычага с втулкой, и узел транспортировки в виде ролика и тягового органа, причем рычаг механизма фиксации установлен с возможностью взаимодействия с тяговым органом узла транспортировки (а.с. СССР №1008428, Е21В 47/00, 1983.).
Известно устройство для транспортировки приборов в скважине, содержащее узел перемещения геофизического прибора в виде стаканов, установленных с возможностью коаксиального перемещения относительно друг друга под действием автоматически реверсируемого электропривода, размещенного в одном из стаканов, расклинивающие гибкие опоры, установленные на поверхности стаканов и обеспечивающие сцепление устройства со стенками скважины, и узел регулирования жесткости, обеспечивающий центровку скважинного прибора вне зависимости от радиуса изгиба скважины и/или ее диаметра (а.с. СССР №1710717, Е21В 47/00, 1992.).
К недостаткам известных устройств относится заведомая сложность конструкции и низкая надежность, обусловленная большим количеством составных элементов, перемещающихся относительно друг друга как в процессе работы устройства, так и в результате внешних динамических воздействий.
Известен аппаратурно-методический автономный комплекс «АМАК- Обь» для исследования горизонтальных и боковых стволов скважин (М., «Нефтегазовая вертикаль», №14/2002, защищенный авторским свидетельством СССР №1462883, Е21В 47/00, 1989 г.), содержащий пластиковый транспортировочный контейнер, закрепленный непосредственно на буровом инструменте, внутри которого размещена автономная геофизическая аппаратура. В заданное время аппаратура производит запись необходимой информации в память. После подъема колонны записанная информация извлекается и обрабатывается.
Основным недостатком известного комплекса является то, что в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах конец бурильной трубы под действием собственного веса изгибает контейнер и прижимает его к стенке скважины. Величина этого усилия тем больше, чем больше угол наклона скважины и достигает максимума на горизонтальных участках скважины. В результате контейнер со скважинным приборами в горизонтальных участках скважины располагается эксцентрично. Кроме того, функциональные возможности комплексов контейнерного типа ограничены, поскольку непрозрачны для гамма-излучения и акустических волн и, кроме того, некоторые геофизические приборы (в частности - акустический цементомер или гамма-гамма цементомер) обеспечивают необходимую точность измерения только при строгом расположении в центре скважины.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности перемещения геофизических приборов по скважине и повышение точности измеряемых параметров с сохранением простоты конструкции прототипа.
Поставленная задача достигается тем что в технологическом комплексе для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину, включающем транспортировочное средство (бурильные трубы или насосно-компрессорные трубы - НКТ) с переводником для стыковки с геофизическим комплексом и геофизический комплекс в виде нескольких последовательно соединенных геофизических приборов с центраторами, дополнительно установлен узел передачи усилий, который выполнен в виде штанги со стыковочными элементами на концах для подвижного соединения с транспортировочным средством и геофизическим комплексом соответственно, при этом длина штанги узла передачи усилий выбирается по выражению
L={(F tgα+Q)/k}/sin α, где:
F - максимальное усилие сопротивления движению геофизических приборов в скважине за счет сил трения центраторов;
α - угол между осями геофизического прибора и штанги;
Q - сумма веса узла передачи усилий и геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий,
k - коэффициент жесткости центратора геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий.
По сравнению с известными устройствами предложенный технологический комплекс для спуска геофизических приборов в наклонную скважину имеет следующие преимущества:
- конструкция предложенного узла передачи усилий имеет минимальное количество подвижных элементов, что обеспечивает высокую надежность как его работы так и всего технологического комплекса в целом;
- применение узла передачи усилий предложенной конструкции в совокупности с техническими характеристиками используемых центраторов обеспечивает высокую точность измеряемых за счет точной центровки осей его геофизических приборов по оси скважины, поскольку полностью устраняет действие силы тяжести транспортировочного средства на геофизический комплекс на наклонных и/или горизонтальных участках скважины,
- длина L штанги узла передачи усилий определяется выражением
L={(F tgα+Q)/k}/sinα, где:
F - максимальное усилие сопротивления движению геофизических приборов в скважине за счет сил трения центраторов;
α - угол между осями геофизического прибора и штанги;
Q - сумма веса узла передачи усилий и геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий;
k - коэффициент жесткости центратора геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий.
Выбранная длина L штанги узла передачи усилий ограничивает смещение оси геофизического комплекса относительно оси скважины в пределах допустимых отклонений.
- предложенный технологический комплекс для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину обеспечивает возможность проведения геофизических исследований скважин как на колонне НКТ, так и на каротажном кабеле с любым количеством геофизических приборов в зависимости от вида каротажных исследований.
Предложенный технологический комплекс для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку конструкция узла передачи усилий отличается простотой и не требует для технической реализации использования специальных материалов и оборудования. При этом параметры, входящие в формулу расчета длины штанги L, определяются техническими характеристиками применяемых в данном технологическом комплексе центраторов, весом узла передачи усилий и соединенного с ним геофизического прибора и данными датчика модуля осевой нагрузки (на фиг. не показано), то есть определение величины L не составляет практической трудности.
На фиг. представлен вариант конструкции предложенного технологического комплекса для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину.
Технологический комплекс для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину содержит транспортировочное средство 1 в виде бурильных труб, переводник 2, геофизический комплекс в виде последовательно соединенных геофизических приборов 3 и 4, центраторы 5÷8 и узел передачи усилий в виде штанги 9 со стыковочными элементами 10 и 11
на концах для подвижного соединения с переводником 2 транспортировочного средства 1 и геофизическим прибором 3 соответственно. При этом длина штанги 9 определяется по формуле
L={(F tgα+Q)/k}/sinα, где
F - максимальное усилие сопротивления движению геофизических приборов в скважине за счет сил трения центраторов;
α - угол между осями геофизического прибора и штанги;
Q - сумма веса узла передачи усилий и геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий;
k - коэффициент жесткости центратора геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий.
Все элементы технологического комплекса для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину подвижно соединены между собой посредством байонетных шарниров.
На практике работа с предложенным технологическим комплексом для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину реализуется следующим образом.
На поверхности в соответствии с поставленной задачей геофизических исследований производится сборка комплекса из геофизических приборов 3 и 4, центраторов 5÷8 и узла передачи усилий. Длина штанги 9 узла передачи усилий выбирается с учетом веса геофизического прибора 3 и штанги 9 со стыковочными элементами 10, 11, а также коэффициента жесткости центратора 5. Геофизические приборы 3, 4, центраторы 5÷8, штанга 9 и переводник 2 соединяются между собой посредством байонетных шарниров (на фиг. не
показаны). Далее готовая сборка посредством переводника 2 подсоединяется к бурильной трубе 1.
Собранный технологический комплекс спускается в скважину. При заходе и продвижении технологического комплекса по наклонному, а затем и по горизонтальному участку ствола скважины узел передачи усилий обеспечивает приложение веса бурильной трубы 1 на нижнюю поверхность ствола скважины, что позволяет исключить смещение осей центраторов 5÷8 в связи с механическим воздействием на них транспортировочного средства. То есть приборы 3 и 4 удерживаются центраторами 5÷8 строго по продольной оси скважины. Стыковочные элементы 10 и 11 узла передачи усилий обеспечивают скольжение конца трубы 1 по стенке скважины на изогнутых участках последней и, соответственно, проталкивание геофизического комплекса вдоль исследуемого участка. Длина штанги 9, определяемая формулой
L={(F tgα+Q)/k}/sinα,
(где: F - максимальное усилие сопротивления движению геофизических приборов в скважине за счет сил трения центраторов;
α - угол между осями штанги и ближнего к ней геофизического прибора;
Q - сумма веса узла передачи усилий и геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий;
k - коэффициент жесткости центратора геофизического прибора, соединенного непосредственно с узлом передачи усилий.), ограничивает смещение оси геофизического прибора 3 относительно продольной оси скважины в пределах допустимых отклонений. На практике максимально возможный угол отклонения между осью геофизического прибора
3 и осью штанги 9 узла передачи усилий составляет менее 10° при длине штанги 9, равной не менее 6-ти диаметров исследуемой скважины.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает передачу усилий от транспортировочного средства строго по оси геофизического комплекса, исключая при этом передачу изгибающих усилий и действия веса транспортировочного средства на геофизические приборы. В результате чего достигается технический эффект, заключающийся в повышении надежности перемещения геофизического комплекса в скважине, его безаварийной доставке на место проведения исследований, сокращении времени сборки-разборки технологического комплекса в целом.
Предложенный технологический комплекс для спуска геофизических приборов в горизонтальную скважину обеспечивает минимальное отклонение геофизических приборов от продольной оси скважины, что определяет высокую точность измеряемых параметров каротажных исследований, в том числе радиоактивного каротажа и акустического каротажа.