Устройство для геофизических и гидродинамических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин

Область техники
Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для доставки каротажных приборов и других устройств к забоям бурящихся, добывающих и нагнетательных горизонтальных скважин для проведения геофизических и гидродинамических исследований.
Уровень техники
Известны системы с жестким геофизическим кабелем, сочетающим в себе необходимую гибкость для намотки его на стандартные барабаны лебедок каротажных подъемников, а также на лебедки увеличенного диаметра и достаточную жесткость для проталкивания приборов на забой горизонтальной скважины. Последние разработки кабеля для увеличения проталкивающей способности имеют в своем составе большее количество оплеток брони из стальной проволоки, увеличенную толщину слоя наружного полимерного покрытия и как следствие, увеличенный наружный диаметр.
Недостатком такого решения является большой диаметр кабеля, что может привести к невозможности эффективной герметизации кабеля на устье при избыточных давлениях во время исследований. Кроме того для работы с кабелем большого диаметра необходимо использовать специальное спускоподъемное оборудование с барабаном большого диаметра, которое к тому же обеспечивает гарантированную доставку приборов к забоям только в скважинах небольшого диаметра.
Известен геофизический кабель, который помимо токоведущих жил, расположенных в массе полимерного композиционного материала цилиндрического сечения, армируется стеклянными или углеродными волокнами расположенными внутри наружной оболочки. Дополнительно внутри кабеля может располагаться стальной трос, а внешняя оболочка может быть выполнена из полимерного материала или гелькоута.
Данная конструкция для создания проталкивающего усилия требует дополнительного использования каротажного подъемника с жестким геофизическим кабелем, несовершенства которого были упомянуты выше. Кроме этого, реализация спуска и подъема отрезка полимерного кабеля предусматривает использование специального инжектора. Перечисленные недостатки приведут к значительному усложнению и удорожанию оборудования и технологического процесса при исследованиях скважин, притом ограничения по доставке к забоям действующих горизонтальных скважин остаются, так как они, в конечном итоге, зависят от свойств жесткого геофизического кабеля.
Известен технологический комплекс для геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин состоящий из скважинного прибора, стыковочных узлов различной конструкции и геофизического кабеля. Стыковочные узлы, выполняющие роль движителя и удлинителя изготавливаются соответственно из толстостенных и тонкостенных труб, нижняя и верхняя часть которых заканчивается электрическими соединителями, выполняющими функции механического и электрического соединения труб и пропущенного в них кабеля. В составе комплекса имеется герметизирующее оборудование устья скважины, обеспечивающее также спуск прибора и стыковочных узлов в скважину при наличии избыточного устьевого давления.
Основным недостатком данного комплекса является низкая вероятность обеспечения надежной электрической связи с геофизическим прибором из-за необходимости сборки большого количества стыковочных узлов в условиях повышенной влажности на устье скважины. Количество электрических соединений при исследовании скважин с условно-горизонтальным участком порядка 500 метров может составить 100 и более. Кроме того, к таким соединителям должны предъявляться повышенные требования при транспортировке и хранении.
Наиболее близким к предлагаемому решению является комплекс для доставки геофизических приборов по патенту РФ на полезную модель №42062, МПК Е21В 47/00, опуб. 20.11.04. г., БИ №32. Комплекс содержит геофизический кабель, движитель и удлинитель, устройство осуществления электрической связи в проводящей среде, устройство крепления движителя к геофизическому кабелю, контейнер, причем движитель и удлинитель состоят из стальных бесшовных насосно-компрессорных труб диаметром 33 мм, которые спускаются в скважину по стандартным технологиям, а контейнер состоит из труб из непроводящего материала.
Недостатком данного комплекса являются конструктивные ограничения устройства электрической связи, которые не позволяют обеспечить высокую надежность электрического соединения с глубинным прибором при его осуществлении в участках стволов скважин, где значения зенитных углов достигают 50 и более градусов. Кроме того, негерметичный корпус устройства из-за гидродинамической связи его с полостью труб малого диаметра не позволяет проводить спускоподъемные операции движителя и удлинителя в скважинах с избыточными давлениями на устье.
Раскрытие полезной модели
Проблемой решаемой, созданной полезной моделью является устранение недостатков прототипа, а именно повышение надежности работы устройства при выполнении геофизических исследований и работ в горизонтальных скважинах с избыточным устьевым давлением.
Выше указанная проблема решается с помощью признаков указанных в формуле полезной модели, общих с прототипом, таких как устройство для геофизических и гидродинамических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин в виде сборки, опускаемой по лифтовым трубам, соединенных муфтами, включающий геофизический кабель, движитель, узел крепления движителя к геофизическому кабелю, удлинитель, средство электрической связи, подключенное к геофизическому прибору, и отличительных существенных признаков, таких как устанавливаемая между геофизическим прибором и удлинителем трубная часть средства электрической связи содержит циркуляционный клапан для обеспечения прокачки скважинной жидкостью кабельного контактного наконечника, закрепленного на геофизическом кабеле.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат: достижение высокого качества геофизических исследований в горизонтальных скважинах, в том числе и при наличии избыточных давлений на устье, за счет гарантированной доставки к забоям геофизических приборов на геофизическом кабеле, который обеспечивает возможность оперативной оценки качества регистрируемой информации.
Технический результат достигается тем, что за счет использования предлагаемого устройства для геофизических и гидродинамических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин, обеспечивается гарантированная доставка геофизических приборов и аппаратов к забоям скважин при помощи расчетного количества насосно-компрессорных труб с условным диаметром 33 мм, в нижней части которых, перед геофизическим прибором, размещается неподвижная (трубная) часть средства электрической связи с обратным клапаном, обеспечивающая надежную стыковку с кабельным контактным наконечником, в том числе и на условно горизонтальных участках ствола за счет реализации возможности создания циркуляции скважинной жидкости.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг. представлена схема устройства, предназначенного для выполнения геофизических и гидродинамических исследований в эксплуатационных горизонтальных скважинах при наличии избыточных давлений на устье.
Устройство для геофизических и гидродинамических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин в виде сборки, опускаемой по лифтовым трубам 1, соединенных муфтами 2, включает геофизический кабель 3, движитель 4, узел крепления 5 движителя к геофизическому кабелю, удлинитель 6, средство электрической связи 7, подключенное к геофизическому прибору 8 (фиг.).
Устанавливаемая между геофизическим прибором 8 и удлинителем 6 трубная часть средства электрической связи 7 содержит циркуляционный клапан 9 для обеспечения прокачки скважинной жидкостью кабельного контактного наконечника 10, закрепленного на геофизическом кабеле 3.
Между узлом крепления движителя 5 и верхней муфтой 11 движителя 4 установлены трубный предохранитель натяжения 12, содержащий в своем составе предохраняющий элемент 13 и муфту аварийного извлечения 14. В нижней части лифтовых труб 1 установлена воронка аварийного извлечения 15.
В состав устройства для геофизических и гидродинамических исследований эксплуатационных горизонтальных скважин (фиг.) входит средство электрической связи 7 в промывочной жидкости, трубная часть которого в верхней его части крепится к нижней трубе удлинителя 6 и содержит в своем корпусе обратный циркуляционный клапан 9. Нижняя часть устройства содержит наконечник с резьбовым соединением и обеспечивает механическое и электрическое соединение с геофизическим прибором 8.
В качестве движителя 4 и удлинителя 6 используются стандартные насосно-компрессорные трубы с условным диаметром 33 мм, соединение которых между собой, средством электрической связи 7 и трубным предохранителем натяжения кабеля 12 производится при помощи муфт 11. Движитель 4 монтируется над удлинителем 6 и предназначен для создания осевого усилия превышающего силы трения, возникающие на наклонно-направленных и условно-горизонтальных участках ствола скважины при движении геофизического прибора 8 и удлинителя 6.
Кабельная часть средства электрической связи 7 - кабельный контактный наконечник 10 служит для осуществления электрической связи с трубной его частью и соответственно с геофизическим прибором 8. С этой целью при наклонах стволов скважин со значениями зенитных углов, не превышающими 50°, кабельный контактный наконечник 10 под собственным весом доставляется на геофизическом кабеле 3 к ответной (трубной) части средства электрической связи 7. При зенитных углах, превышающих указанные значения, электрическое соединение контактов частей устройства производится посредством прокачки промывочной жидкостью кабельного контактного наконечника 10.
Подвеска насосно-компрессорных труб, состоящая из удлинителя 6 и движителя 4, при помощи узла крепления движителя 5, нижняя секция которого ввинчивается в муфтовое соединение трубного предохранителя натяжения кабеля 12, механически крепится к геофизическому кабелю 3.
Геофизические исследования добывающих скважин с помощью предлагаемой полезной модели выполняются в следующей последовательности. После завершения монтажа оборудования герметизации устья 16 и спуска соединенных муфтами 2 лифтовых труб 1, с установленными на них пусковыми клапанами для вызова притока флюида с помощью компрессора и воронкой аварийного извлечения 15, производится установка превентора 17 и головки герметизирующей 18 (фиг.). Превентор 17 содержит трубные, а также кабельные плашки, предназначенные для герметизации труб движителя 4 и удлинителя 6, а также геофизического кабеля 3 соответственно, головка герметизирующая 18 позволяет производить спускоподъемные операции движителя 4 и удлинителя 6 при наличии избыточных давлений на устье, в том числе и с помощью специального проталкивающего устройства (на фиг. не показано).
Далее к нижней трубе удлинителя 6 подсоединяется трубная часть средства электрической связи 7 с геофизическим прибором 8, после чего по стандартным технологиям производится спуск прибора и труб в скважину. Расчетная суммарная длина труб движителя 4 и удлинителя 6, необходимая для доставки геофизического прибора 8 к забою конкретной скважины, а также осевых усилий, возникающих на геофизическом кабеле 3 при подъеме, определяется при помощи программного продукта «Латераль-расчет - 2007». После достижения прибором расчетной глубины в установленную на элеватор муфту 11 верхней трубы движителя 4 вворачивается трубный предохранитель натяжения кабеля 12, а внутрь труб движителя 4 помещают предварительно пропущенный через герметизатор геофизического кабеля 19 геофизический кабель 3 с кабельным контактным наконечником 10.
Предусматривается два способа осуществления электрической связи узлов кабельного контактного наконечника 10 и трубной части средства электрической связи 7, электрически подсоединенного к геофизическому прибору 8, один из которых реализуется под действием веса кабельного контактного наконечника 10 с геофизическим кабелем 3 и реализуется в скважинах со значениями зенитных углов, не превышающих 50°. В случаях проведения работ в скважинах, заполненных жидкостью высокой плотности, а также со стволами с большими зенитными углами, спуск кабельного контактного наконечника 10 и стыковка может осуществляться посредством его прокачки скважиной жидкостью. Циркуляция обеспечивается за счет циркуляционного клапана 9, находящегося в корпусе трубной части средства электрической связи 7. Операции по спуску геофизического кабеля 3 с кабельным контактным наконечником 10 выполняются с ограничением скорости, контроль которой, как и измерение глубины, выполняется с помощью стандартных систем регистрации каротажной станции.
После обеспечения электрической связи с геофизическим прибором 8 колонна труб (движитель 4 и удлинитель 6 при помощи узла крепления движителя 5 крепится к геофизическому кабелю 3, на котором при помощи стандартного геофизического оборудования производится спуск геофизического прибора 8 на забой скважины и выполняется серия спускоподъемных операций для производства геофизических исследований по заданной программе. Регистрация данных каротажа может осуществляться как на спуске геофизического прибора 8, так и при его подъеме с помощью стандартной регистрирующей аппаратуры каротажной станции.
Исследования завершаются подъемом с помощью геофизического кабеля 3 подвески труб с геофизическим прибором 8 и установкой на элеватор муфты 11 верхней трубы движителя 4, после чего узел крепления движителя 5 открепляется от геофизического кабеля 3 и он с кабельным контактным наконечником 10 извлекается из скважины. Далее демонтируется трубный предохранитель натяжения кабеля 12, после чего движитель 4, удлинитель 6 и геофизический прибор 8 поднимаются из скважины.
Из описания и практического применения настоящей полезной модели специалистам будут очевидны и другие частные формы ее выполнения. Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле полезной модели, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.
Источники информации: 1. Крючатов Д.Н., Халилов Д.Г., Савич А.Д., Будник Д.А. Совершенствование технологий геофизических исследований горизонтальных скважин. // НТВ «Каротажник». Тверь: Изд. АИС. 2016. Вып. 10(268). С. 16-29.
2. Патент РФ на изобретение №2585655, МПК Н01В 7/04, опуб. 10.06.16 г. БИ 16.
3. Патент РФ на изобретение №2491422, МПК Е21В 47/01, опуб. 27.08.13.