ГИБКОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ СКВАЖИННЫХ КОМПЛЕКСОВ
FLEXIBLE CONNECTION FOR WELL COMPLEXES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области исследования, диагностики и обработки нефтяных, газовых, водяных и прочих скважин. Устройство предназначено для гибкого соединения различных геофизических и прочих модулей с целью увеличения проходимости длинных конструкций по насосно-компрессорной трубе (НКТ) или обсадным трубам малого диаметра, особенно при крутых зарезках боковых стволов или при крутом изгибе горизонтальных участков скважин.
Уровень техники
В настоящее время создано большое количество скважинных приборов для проведения различных геофизических исследований, диагностики скважин, для очистки скважин и призабойных зон пласта. Одним из современных трендов является комплексный подход к работам на скважинах, для реализации которого используются скважинные приборы в различных сочетаниях. Например, одновременно с исследованиями параметров скважин и пластов проводится диагностика обсадных труб и цементного камня. В целях экономии времени на спуско-подъёмных операциях и за счёт параллельного выполнения операций при работах на скважинах стараются объединить все используемые приборы в один комплекс. Но при этом получается очень длинная и прямая связка приборов, которую трудно, а иногда и невозможно, спустить в скважину.
Для облегчения работы на скважинах и увеличения проходимости длинных комплексных приборов по трубам компания НИИД-50 [1] предлагает, например, использовать шарнирный стыковочный узел. Однако такой стыковочный узел достаточно громоздкий (до 0,5 метров в длину), а соединительный электрический провод проходит по открытому пространству, что может привести к его разрушению при проведении подготовительных операций на скважине или при спуске в скважину. При использовании нескольких таких шарнирных узлов, из-за большой их длины, существенно увеличивается длина общей связки комплексных приборов.
Известно устройство для соединения скважинных приборов [2], состоящее из переходников, соединённых между собой жёсткой тягой с головками со сферическими шаровыми поверхностями. В тяге выполнено центральное отверстие для электрических проводов. Переходники распираются двумя пружинами с правой и левой навивками витков. Варьируя при помощи гаек заходы втулок на конические расточки сферических головок тяги можно регулировать углы преломления в радиальном направлении стыковочного устройства и комплекса приборов в целом.
Известно также устройство для соединения скважинных геофизических приборов [3], принятое нами за прототип, которое, по сути, является аналогом устройства [2]. Оно содержит переходники и ступенчатые гайки, прикреплённые к элементам скважинного прибора при помощи резьбы. Переходники соединены между собой гибким несущим элементом, выполненным в виде шаровых шарнирных соединений с центральным отверстием в них для электрических проводов, и распираются двумя пружинами с левой и правой навивками витков. При помощи гаек пружины могут сжиматься, образуя жёсткую конструкцию. При ослаблении гаек пружины расслабляются и образуют гибкую и упругую в радиальном направлении конструкцию. Устройства соединяют приборы скважинного комплекса в неразборную конструкцию. Разъединение возможно только при проведении профилактических и ремонтных работ. При полностью освобождённых пружинах приборы комплекса могут складываться параллельно друг другу, обеспечивая тем самым размещение их в транспортном средстве. После доставки сложенного «гармошкой» комплекса приборов на скважину комплекс распрямляют и посредством регулирования гайками затяжки пружин придают ему требуемую упругую гибкость, а затем, преломляя в месте пружин, комплекс спускают в устье скважины.
Рассмотренные устройства имеют следующие основные недостатки:
1)сложность конструкции, требующей тщательного ухода и контроля;
2)воздействие грязи, например, содержащихся в нефти асфальтенов, различны солей, песка и проч., могут привести к заклиниванию шаровых опор и как следствие, поломке комплекса приборов;
3)шаровые шарнирные соединения требуют высокой точности исполнения для предотвращения попадания жидкости при больших скважинных давлениях внутрь конструкции и исключения коротких замыканий электрических соединений. Шаровой шарнир и сложность конструкции в целом приведут к значительному подорожанию скважинных комплексов.
Сущность изобретения
Задачей заявленного изобретения является обеспечение возможности одновременного использования широкой номенклатуры комплексных геофизических и других приборов для параллельной работы в скважинах без ограничений по длине используемых комплексов.
Технический результат заключается в повышении надежности соединения модулей скважинного прибора, а также в экономии времени на спуско-подъёмных операциях и на проведении работ в скважинах в целом, за счёт возможности одновременного проведения нескольких независимых операций в скважине (геофизические исследования, диагностика, очистка призабойной зоны и прочее).
Заявленный технический результат достигается за счет того, что гибкое соединение модулей скважинного комплекса содержит две соединительные втулки, каждая из втулок прикреплена одной стороной к соединяемым модулям скважинного комплекса, а другой стороной соединительные втулки  соединены между собой по меньшей мере двумя гибкими тросиками, при этом соединительные втулки выполнены с осевыми отверстиями, в которых проложены электрические провода, и упомянутое соединение залито силиконом заподлицо с внешним контуром скважинного комплекса.
В частном случае реализации заявленного технического решения во втулках выполнены с отверстия и профилированные пазы, а на концах гибких тросиков закреплены шайбы.
В частном случае реализации заявленного технического решения тросики выполнены диаметром больше  2 мм.
В частном случае реализации заявленного технического решения соединительные втулки прикреплены к модулям скважинного прибора при помощи резьбового соединения.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания технического решения и чертежей, на которых показано:
Фигура 1 – схема шарнирного стыковочного узла (уровень техники).
Фигура 2 – схема устройства для соединения скважинных приборов (уровень техники).
Фигура 3 – схема соединения элементов (модулей) скважинного комплекса.
Фигура 4 – элементы гибкого соединения.
На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1, 4, 5 – элементы (модули) скважинного комплекса, 2 - тросик, 3 – соединительная втулка, 6 – резьбовое соединение, 7 – отверстие под тросик, 8 – направляющий паз для тросика, 9 – шайба.
Раскрытие изобретения
Гибкость соединения обеспечивается тросиками, соединяющими втулки, которые крепятся к модулям комплекса при помощи резьбового или иного соединения. Втулки имеют осевые отверстия для прохождения электрических проводов. Втулки и тросики заливаются силиконом заподлицо с контуром скважинного комплекса. Заливка силиконом обеспечивает защиту электрических проводов и тросиков от внешних воздействий, а также обеспечивает дополнительную прочность при работе соединения на разрыв и осевую жёсткость на сжатие. Соединение получается гибким, коротким, простым в изготовлении и максимально защищённым от внешних воздействий.
Конструктивно гибкое соединение для скважинных комплексов состоит из трёх основных частей: соединительных втулок (3), тросиков (2) и силиконовой заливки (на схеме не показана).
Соединительные втулки (3) служат для соединения одной стороной с модулями скважинного комплекса. Соединение производится при помощи резьбы (6) или иным способом (сваркой, клеем). Другой стороной втулки (3) соединяются между собой при помощи тросиков (2). На концы тросиков (2) привариваются шайбы (9). Тросики вставляются в отверстия (7) через профилированный паз (8), который также служит для фиксации тросика в отверстии. По оси втулок (3) выполнены отверстия для прохождения электрических проводов. Тросики могут быть различного диаметра (от 2 мм и более) в зависимости от требуемой прочности на разрыв и диаметра соединяемых модулей (узлов) комплекса. Например, для скважинных приборов диаметром 100 мм целесообразно использовать тросики диаметром 5 мм.  В зависимости от требуемой прочности соединения на разрыв количество тросиков также может быть различной, от 2 штук и более, в частности, при диаметре скважинных приборов 38-42 мм и длине комплекса более 12 метров, целесообразно использовать 4 тросика, расположенных попарно на диаметрально противоположных сторонах.
Вся конструкция гибкого соединения, а именно: втулки, тросики и провода заливается силиконом при помощи формы, обеспечивающей заливку заподлицо с внешним контуром скважинного комплекса. Силикон обладает хорошей адгезией с металлами, поэтому соединяясь с поверхностью втулок, силиконовая заливка обеспечивает защиту тросиков и проходящих через втулки электрических проводов от внешних воздействий. Силикон также выдерживает высокие температуры (более 400 ºС), устойчив к воздействию агрессивных сред, встречающихся в скважинах, поэтому силиконовая заливка является отличной защитой любой конструкции. Силикон также обладает хорошей эластичностью, что обеспечивает необходимую гибкость для предлагаемого соединения. Кроме изоляции силиконовая заливка обеспечивает дополнительную прочность при работе соединения на разрыв и осевую жёсткость на сжатие. Используя различные марки силикона, можно варьировать гибкость, защитные и прочностные параметры соединения.
При увеличении длины тросиков увеличивается гибкость соединения. При длине более 150 мм (в зависимости от диаметра скважинного прибора) модули скважинного комплекса можно складывать параллельно друг другу, т.е. «гармошкой», что обеспечит их хорошую транспортабельность при любой общей длине. Если изготавливать модули (узлы) скважинного комплекса достаточно короткими, например, до 150 мм при диаметре 42-52 мм, то скважинный комплекс можно наматывать на барабан аналогично колтюбингу.
Работа гибкого соединения осуществляется следующим образом.
В зависимости от принятой концепции изготовителя или эксплуатирующей организации скважинный комплекс изготавливается из коротких модулей или складным. В первом случае скважинный комплекс присоединяется к геофизическому кабелю и наматывается на барабан каротажного подъёмника вместе с кабелем на базе сервисной (эксплуатирующей) компании. Во втором случае скважинный комплекс складывается «гармошкой» и укладывается в специальные транспортировочные ложементы каротажного подъёмника.
По прибытию на скважину скважинный комплекс в первом варианте сразу спускается в скважину. Во втором варианте комплекс извлекается из ложементов, выпрямляется и присоединяется к геофизическому кабелю, затем спускается в скважину отдельными участками между гибкими соединениями.
Скважинный комплекс, обладая необходимой гибкостью, легко проходит через любые изгибы, сужения и каверны скважин как при спуске, так и при подъёме.
По завершению работ скважинный комплекс после извлечения из скважины и очистки в первом случае наматывается на барабан каротажного подъёмника вслед с геофизическим кабелем во втором случае складывается «гармошкой» и укладывается в ложементы.
Источники информации
1.НИИД-50. Шарнирный стыковочный узел.  http://niid-50.ru/sova-s5-42tu-100.htm.
2.Патент № SU 1668647 A1, Устройство для соединения скважинных приборов, 1988 г.
3.Патент № SU 1446284 A1, Устройство для соединения скважинных геофизических приборов, 1987 г.