СПОСОБ ДОСТАВКИ СКВАЖИННЫХ ПРИБОРОВ К ЗАБОЯМ БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИН СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ, ПРОВЕДЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DOWNHOLE TOOLS DELIVERY TO BOTTOMS OF DRILLED WELLS WITH COMPLEX PROFILE, CARRYING OUT GEOPHYSICAL SURVEY AND COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для транспортировки приборов при проведении геофизических исследований в наклонно-направленных, горизонтальных скважинах, а также в сложных геологических и технических условиях.
Уровень техники
Известны системы с жестким геофизическим кабелем, сочетающим необходимую гибкость для намотки его на стандартные лебедки каротажных подъемников и достаточную жесткость для проталкивания приборов на забой горизонтальной скважины [1].
Недостатком данного решения является ограничение возможностей доставки к забоям горизонтальных скважин геофизических приборов и аппаратов небольшой массы, что приводит к потере информативности применяемого комплекса исследований по причине необходимости использования не предназначенных для этих целей малогабаритных скважинных приборов.
Известен комплекс для доставки геофизических приборов по патенту на полезную модель №42062, включающий геофизический кабель, движитель, устройство осуществления электрической связи, устройство крепления движителя к геофизическому кабелю, контейнер, причем удлинитель состоит из стальных бесшовных насосно-компрессорных труб, а контейнер состоит из труб из непроводящего материала [2].
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 60 и более градусов. Это не позволяет проводить исследования в горизонтальных и наклонно направленных скважинах, в траекториях которых имеются продолжительные участки ствола со значениями зенитных углов 60 и более градусов.
Известно устройство для каротажа горизонтальных скважин, которое содержит спускаемые в скважину автономные геофизические модули, соединенные между собой в сборку, к верхней части которой присоединено средство крепления сборки к колонне буровых труб. Сборка содержит модули гамма-каротажа, трехзондового нейтрон-нейтронного каротажа, многозондового электрического бокового каротажа, волнового акустического каротажа, акустического профилемера, инклинометра. В сборку дополнительно можно подключать модули спектрометрического гамма-каротажа, литоплотностного гамма-каротажа и каверномера-профилемера. Имеются также наземный комплекс и возможность промывки скважины через сопло, установленное в нижней части сборки [3].
К недостаткам данного устройства, как и других известных автономных комплексов (АМК «Горизонт», АТС «Горизонталь» и др.), можно отнести отсутствие линии связи с геофизическими модулями, что не позволяет в режиме реального времени производить контроль качества информации, регистрируемой каждым из модулей. Оценить качество результатов геофизических исследований и осуществить передачу информации для интерпретации возможно только после подъема бурильного инструмента и устройства на поверхность, что существенно увеличивает затраты времени на выдачу заключения по каротажу и принятие решения по работам в скважине.
Существенным недостатком устройства является его ограничение по составу применяемых геофизических модулей, что не позволяет производить измерения в скважинах более широким набором геофизических приборов (ядерно-магнитный каротаж, акустический и электрический сканеры, литосканер), а также гидродинамические исследования испытателем пластов на кабеле.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемым способу и устройству для его осуществления является система каротажа на трубах с кабелем TLC (tough logging conditions), используемая компанией Schlumberger (США) - прототип. Способ позволяет доставлять геофизические приборы кабельного каротажа в сильно искривленные или горизонтальные скважины, а также может использоваться в неблагоприятных условиях и глубоких скважинах. Механическое соединение скважинных приборов с бурильным инструментом производят через глубинную соединительную головку (DWCH), после чего их опускают на заданную глубину. Каротажный кабель, обеспечивающий электропитание каротажных приборов и телеметрическую связь, предварительно пропускают через специальный переводник (CSES), после чего присоединяют к приборам посредством прокачки подвижной части соединительной головки (PWCH), где ее фиксируют на головке DWCH, обеспечивая электрическое соединение [4], [5].
Недостатками данной системы являются конструктивные особенности соединительной головки, в которой находится также и механизм фиксации подвижной части головки, что, в случае засорения циркуляционных отверстий устройства твердыми частицами, находящимися в промывочной жидкости, приводит к невозможности осуществления фиксации подвижной части соединительной головки (PWCH) и к потере электрической связи с глубинным прибором. Для устранения данной проблемы необходимо производить полный подъем бурильного инструмента и профилактический ремонт глубинной части геофизического оборудования. Известное решение предусматривает применение семижильного кабеля, что вызывает необходимость реализации сложной конструкции контактной группы и не позволяет его использовать при измерениях геофизическими приборами Российских производителей, работающими, как правило, на одно- или трехжильном геофизическом кабеле. Кроме того, устройство заделки кабеля не обеспечивает его надежной изоляции. Конструктивные особенности специального переводника (CSES) также не позволяют выполнять работы с другими типоразмерами геофизических кабелей.
К недостаткам способа также следует отнести отсутствие дистанционного контроля осевых усилий, возникающих на геофизических приборах во время выполнения спускоподъемных операций и при выполнении геофизических исследований в скважинах. Это требует применения только специально изготовленных для таких исследований дорогостоящих приборов повышенной прочности.
Сущность изобретения
Предлагаемой группой изобретений решаются задачи выполнения полного комплекса геофизических исследований и работ в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а также в скважинах со сложными геологическими и техническими условиями. Предлагаемый способ и комплекс оборудования для его осуществления позволяют также сократить затраты времени на выполнение геофизических работ в скважинах и повысить их качество.
Поставленная задача решается с помощью признаков 1-го пункта формулы изобретения, таких как способ доставки скважинных приборов к забоям бурящихся скважин сложного профиля и проведения геофизических исследований, характеризующийся тем, что каротажные приборы подсоединяют к приборному мосту, в верхнюю часть которого ввинчивают нижнюю трубу бурильной колонны, и, посредством их наращивания, приборы опускают на заданную глубину, устанавливают устьевой и подвесной ролики, помещают внутрь верхней бурильной трубы кабельный контактный наконечник, смонтированный, например, на одно- или трехжильном геофизическом кабеле, который предварительно пропускают через сальник устройства ввода кабеля, после чего устройство ввинчивают в замковую часть трубы и геофизический кабель с кабельным контактным наконечником, под контролем измерительных систем каротажной станции, опускают на глубину нахождения приборного моста для выполнения технологических операций по стыковке и фиксации электрических контактов устройств кабельного контактного наконечника и контактного блока, притом, в зависимости от скважинных условий, стыковку и фиксацию для установления электрической связи с каротажными приборами осуществляют как под действием веса контактного наконечника, так и его прокачкой промывочной жидкостью, затем геофизический кабель крепят в узле прижима кабеля, монтируют оттяжной ролик, и посредством выполнения синхронных спускоподъемов кабеля и бурильных труб с каротажными приборами, при контроле осевых усилий на них, производят геофизические исследования.
Поставленная задача решается с помощью признаков 2-го пункта формулы изобретения,  общих с прототипом, таких как комплекс для доставки скважинных приборов к забоям бурящихся скважин сложного профиля и проведения геофизических исследований, в виде сборки, включающий приборный мост с переводником, кабельный контактный наконечник и устройство ввода геофизического кабеля, и отличительных существенных признаков, таких как установленный между геофизическими приборами и колонной бурильных труб приборный мост, который содержит наконечник с резьбовым соединением для подсоединения к геофизическим приборам и контактный блок, подсоединенный к контактной головке, расположенной в компоновке кабельного контактного наконечника, в нижней части корпуса приборного моста дополнительно установлен блок измерения основных усилий и контактная муфта с циркуляционными окнами для промывной жидкости, корпус приборного моста разделен на секции, соединенные между собой муфтами с отверстиями для промывной жидкости, и с помощью переводника посредством замкового резьбового соединения подсоединен к колонне бурильных труб; кабельный контактный наконечник содержит контактную головку, корпус с окнами для подпайки токопороводящих жил кабеля с размещенным в нем узлом заделки проволок брони кабеля, а также с другого конца, фиксирующими элементами в виде металлических скоб; устройство ввода геофизического кабеля выполнено в виде переводника для бурильных труб, крепится к ним через ниппель с резьбой под бурильные трубы и находящееся с противоположной стороны корпуса, замковое резьбовое соединение, при этом в корпусе переводника выполнен сальник с клапаном для геофизического кабеля и универсальный узел прижима кабеля.
Согласно п. 3 формулы изобретения объем корпуса приборного моста в месте соединения контактного блока и контактной головки заполнен пластичной смазкой, а объем корпуса кабельного контактного наконечника в месте пайки проводников кабеля заполнен чистым минеральным маслом.
Техническим результатом, получаемым при использовании предлагаемой группы изобретений, является достижение высокого качества ГИС за счет надежной доставки на бурильных трубах в заданный интервал исследований полного набора геофизических приборов с возможностью дистанционного контроля осевых усилий, возникающих при их транспортировке в стволах скважин, а также оперативной оценки качества информации, регистрируемой каждым из геофизических модулей.
Технический результат достигается тем, что за счет использования предлагаемого комплекта оборудования, выполненного в габаритных размерах, обеспечивающих транспортировку геофизических приборов по стволу скважины на бурильных трубах и центрирование, надежную стыковку и фиксацию кабельного контактного наконечника с контактным блоком за счет использования специальных фиксирующих устройств, а также циркуляцию промывочной жидкости через технологические отверстия увеличенного диаметра для исключения аварийных ситуаций с бурильными трубами и обеспечения беспрепятственного прохождения частиц горной породы, что позволит исключить их влияние на надежность электрического соединения контактных наконечника и блока с обеспечением уверенной связи с геофизическими приборами. Устройство ввода геофизического кабеля, выполненное на базе переводника для бурильных труб, обеспечивает надежную герметизацию геофизического кабеля различных диаметров.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг. 1 представлена схема комплекса, предназначенного для обеспечения механической и электрической связи между геофизическими приборами, бурильными трубами и геофизическим кабелем - приборный мост (фиг. 1-а) и кабельный контактный наконечник (фиг. 1-6). На фигуре 1-в представлено устройство ввода геофизического кабеля, а на фиг. 2 - схема выполнения геофизических исследований в скважине.
Комплекс для доставки скважинных приборов к забоям бурящихся скважин сложного профиля и проведения геофизических исследований, в виде сборки (Фиг. 1, 2), включает приборный мост 1 с переводником 2, кабельный контактный наконечник 3 и устройство ввода 4 геофизического кабеля 5.
Установленный между геофизическими приборами 6 и колонной бурильных труб 7 приборный мост 1 (Фиг. 1а) содержит наконечник 8 с резьбовым соединением для подсоединения к геофизическим приборам 6 и контактный блок 9, подсоединенный к контактной головке 10, расположенной в компоновке кабельного контактного наконечника 3. В нижней части корпуса приборного моста 1 дополнительно установлен блок измерения осевых усилий 11 и контактная муфта 12 с циркуляционными окнами для промывной жидкости. Корпус приборного моста 1 разделен на секции, соединенные между собой муфтами 13 с отверстиями 14 для промывной жидкости, и с помощью переводника 2 посредством замкового резьбового соединения 15 подсоединен к колонне бурильных труб 7.
Кабельный контактный наконечник 3 (Фиг. 1б) содержит контактную головку 10, корпус 16 с окнами 17 для подпайки токопроводящих жил кабеля 5 с размещенным в нем узлом заделки проволок 18 брони кабеля 5, а также с другого конца, фиксирующими элементами 19 в виде металлических скоб 20. Устройство ввода 4 геофизического кабеля (Фиг. 1в) выполнено в виде переводника 2 для бурильных труб 5, крепится к ним через ниппель 21 с резьбой под бурильные трубы 5 и находящееся с противоположной стороны корпуса, замковое резьбовое соединение 15, при этом в корпусе переводника 4 выполнен сальник 22 с клапаном для геофизического кабеля 5 и универсальный узел 23 прижима кабеля.
Объем корпуса приборного моста в месте соединения контактного блока и контактной головки заполнен пластичной смазкой, а объем корпуса кабельного контактного наконечника в месте пайки проводников кабеля заполнен чистым минеральным маслом.
На Фиг. 2 позициями обозначены: 24 - обсадная колонна; 25 - оттяжной блок; 26 - подвесной ролик; 27 - устьевой ролик; 28 - каротажная станция.
Комплекс для доставки скважинных приборов к забоям работает следующим образом (фиг. 1, фиг. 2).
После завершения бурения и подготовки скважины к геофизическим исследованиям каротажный прибор или их компоновка (например «МАГИС-2») подсоединяется к приборному мосту при помощи наконечника 8 и элеватором устанавливается на устье скважины. Ниппельная часть нижней трубы бурильной колонны ввинчивается в замковое резьбовое соединение 15 переводника для соединения с бурильными трубами 7 приборного моста, и, посредством наращивания количества бурильных труб, каротажные приборы опускаются на заданную глубину. Глубина выбирается исходя из возможности обеспечения непродолжительной стоянки каротажных приборов во время выполнения технологических операций по стыковке и фиксации электрических контактов кабельного контактного наконечника и контактного блока 9. Осевые усилия, возникающие на корпусе каротажных приборов во время их спуска, ориентировочно оцениваются посредством показаний индикатора веса буровой установки.
Далее выполняется спуск каротажных приборов на заданную глубину, местами которой могут являться участки башмака обсадной колонны или плотных пород, производится монтаж устьевого геофизического оборудования - подвесной и устьевой ролики. Геофизический кабель, предварительно пропущенный через сальник 22, с кабельным контактным наконечником помещается внутрь верхней бурильной трубы, после чего на замковую часть трубы наворачивается устройство ввода геофизического кабеля, которое во время производства исследований не должно выходить за пределы обсаженной части ствола скважины. Операции по спуску геофизического кабеля с кабельным контактным наконечником выполняются с ограничением скорости, контроль которой, как и измерение глубины, выполняется с помощью стандартных систем регистрации каротажной станции.
Предусматривается два варианта стыковки и фиксации узлов кабельного контактного наконечника и приборного моста, один из которых реализуется под действием веса контактного наконечника с кабелем и может быть осуществлен в скважинах с зенитными углами со значениями, не превышающими 45 градусов. В случаях проведения работ в скважинах, заполненных буровым раствором высокой плотности, а также со стволами сложного профиля и большими зенитными углами, спуск кабельного контактного наконечника и стыковка могут осуществляться посредством его прокачки промывочной жидкостью. Циркуляция обеспечивается с помощью наличия контактной муфты 12 с циркуляционными окнами и отверстиями для прохода промывочной жидкости.
После обеспечения электрической связи с каротажными приборами и выполнения фиксации кабельного контактного наконечника в приборном мосту, при помощи специального зажима, производится крепление геофизического кабеля в узле прижима кабеля 23 устройства ввода геофизического кабеля и монтаж оттяжного блока 25, предназначенного для обеспечения технологичности синхронного спуска кабеля и бурильных труб.
Выполнение дальнейших спускоподъемных операций проводится с применением регистрирующей и контрольно-измерительной аппаратуры каротажной станции 28. Измерение осевых усилий, возникающих на каротажных приборах при их спусках и подъемах, производится при помощи блока измерения осевых усилий 11, расположенного в приборном мосту 1.
Регистрация данных каротажа может осуществляться как на спуске каротажных приборов, так и при их подъеме при синхронном движении бурильных труб с геофизическим кабелем и регистрацией глубины с помощью стандартной регистрирующей аппаратуры каротажной станции.
После завершения геофизических исследований производится синхронный, контролируемый по осевым усилиям, подъем бурильных труб с каротажными приборами и геофизического кабеля до выхода на устье устройства ввода геофизического кабеля. Далее геофизический кабель освобождается в узле прижима кабеля 23, за счет его натяжения кабельный контактный наконечник посредством выпрямления скоб фиксатора 19 механически и электрически отсоединяется от приборного моста и поднимается до устройства ввода геофизического кабеля. Устройство ввода отворачивается от бурильного инструмента и совместно с кабелем и кабельным контактным наконечником укладывается на приемные мостки буровой или на специальную площадку. Завершающей операцией является извлечение из ствола скважины бурового инструмента с каротажными приборами по стандартным технологиям, применяемым при бурении скважин.
Пример.
Способ доставки скважинных приборов к забоям бурящихся скважин сложного профиля и проведения геофизических исследований предусматривает следующую последовательность действий и операций. Каротажные приборы подсоединяют к приборному мосту, в верхнюю часть которого ввинчивают нижнюю трубу бурильной колонны, и, посредством их наращивания, приборы опускают на заданную глубину. Устанавливают устьевой и подвесной ролики, помещают внутрь верхней бурильной трубы кабельный контактный наконечник, смонтированный на одно- или трехжильном геофизическом кабеле, который предварительно пропускают через сальник устройства ввода кабеля, после чего устройство ввинчивают в замковую часть трубы и геофизический кабель с кабельным контактным наконечником, под контролем измерительных систем каротажной станции, опускают на глубину нахождения приборного моста для выполнения технологических операций по стыковке и фиксации электрических контактов устройств кабельного контактного наконечника и контактного блока.
В зависимости от скважинных условий, стыковку и фиксацию для установления электрической связи с каротажными приборами осуществляют как под действием веса контактного наконечника, так и его прокачкой промывочной жидкостью. Затем геофизический кабель крепят в узле прижима кабеля, монтируют оттяжной ролик, и посредством выполнения синхронных спускоподъемов кабеля и бурильных труб с каротажными приборами, при контроле осевых усилий на них, производят геофизические исследования.
Хотя настоящая группа изобретений описана посредством примеров ее выполнения и чертежами, объем изобретений не ограничивается этими примерами, но определяется лишь формулой изобретений с учетом возможных эквивалентов.
Источники информации
1. А.А. Молчанов, Э.Е. Лукьянов, В.А. Рапин. «Геофизические исследования горизонтальных нефтегазовых скважин». Санкт-Петербург. Изд. Горного института. 2001. С. 143-146.
2. Патент РФ на полезную модель №42062.
3. Патент РФ на изобретение №2353955.
4. Каталог услуг ГИС и ПВР Schlumberger.
5. Том Бэйрд, Трой Филдс, Роберт Драммонд, Дэйв Матисон, Бьерн Лангсет, Эндрю Мартин, Лиза Силипиньо. «Каротаж, ПВР и испытания в скважинах при высоких давлениях и температурах». Журнал «Нефтегазовое обозрение» (Schlumberger). Весна 2000. С. 16-33 - прототип.