УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к способам и устройствам для проведения геофизических исследований в скважинах различной конфигурации и, в первую очередь, в наклонных (восходящих, нисходящих) и в горизонтальных скважинах. Изобретение может быть использовано при строительстве и ремонте скважин различного назначения.
Известны способы и устройства для проведения геофизических исследований криволинейных скважин с использованием струйной насосной техники, например, раскрытые в патентах RU 2239729 С1, МПК F04F 5/54, 10.11.2004 г., RU 2239730 С1, МПК F04F 5/54, 10.11.2004 г., RU 2307928 С1, МПК Е21В 47/00, F04F 5/54, 10.10.2007 г.
Наиболее близким аналогом предлагаемой группы изобретений являются устройство и способ, раскрытые в патенте RU 2307928 С1, МПК Е21В 47/00, F04F 5/54, 10.10.2007 г. и принимаемые за прототип.
Согласно прототипу, скважинная струйная установка содержит установленные на колонне насосно-компрессорных труб снизу вверх хвостовик с входной воронкой, пакер и струйный насос, в корпусе которого размещены сопло и камера смешения с диффузором, а также выполнен ступенчатый проходной канал. В ступенчатом проходном канале может быть установлен герметизирующий узел, пропущенный через каротажный кабель. Каротажный кабель подключен к геофизическому прибору, предназначенному для измерения физических величин, например дебита откачиваемой из скважины среды, давления в скважине, удельного электрического сопротивления горных пород и др. Геофизический прибор установлен на нижнем конце колонны труб меньшего диаметра, причем через последнюю пропущен каротажный кабель, а колонна труб меньшего диаметра закреплена на каротажном кабеле посредством зажима.
Способ работы скважинной струйной установки, согласно прототипу, заключается в том, что в скважину спускают на колонне труб струйный насос со ступенчатым проходным каналом в его корпусе и расположенные ниже струйного насоса пакер и хвостовик с входной воронкой, проводят распакеровку пакера, далее через колонну труб и ступенчатый проходной канал спускают в скважину колонну труб меньшего диаметра с закрепленным на нижнем конце последней геофизическим прибором, а затем по колонне труб меньшего диаметра спускают пропущенный через герметизирующий узел каротажный кабель, на конце которого установлен кабельный наконечник, подключают посредством кабельного наконечника геофизический прибор к каротажному кабелю, верхний конец колонны труб меньшего диаметра посредством зажима закрепляют на 'каротажном кабеле и с помощью последнего спускают колонну труб меньшего диаметра с геофизическим прибором под ее собственным весом в горизонтальный участок скважины, в процессе спуска геофизическим прибором проводят регистрацию геофизических параметров скважины, располагают геофизический прибор в забое горизонтального участка скважины, а герметизирующий узел устанавливают в ступенчатом проходном канале корпуса струйного насоса, потом подают в сопло струйного насоса рабочую среду, создавая в подпакерном пространстве скважины ряд различных по величине депрессий и при каждой величине депрессии измеряют дебит скважины и забойное давление, после этого при работающем струйном насосе проводят посредством каротажного кабеля подъем колонны труб меньшего диаметра вместе с геофизическим прибором и с помощью последнего проводят регистрацию геофизических параметров пластов вдоль ствола скважины от забоя до входной воронки колонны труб, каротажным кабелем поднимают геофизический прибор с колонной труб меньшего диаметра и герметизирующим узлом на поверхность, устанавливают в ступенчатом проходном канале корпуса струйного насоса депрессионную вставку с обратным клапаном и подвешенным к ней автономным прибором для регистрации параметров откачиваемой из скважины среды и давления, подают в сопло струйного насоса жидкую рабочую среду и создают в подпакерном пространстве скважины депрессию, после чего прекращают подачу жидкой рабочей среды и проводят регистрацию кривой восстановления пластового давления в подпакерном пространстве, а после этого извлекают депрессионную вставку на поверхность.
Скважинная струйная установка по прототипу и способ ее работы позволяют проводить исследование различных параметров скважин геофизическими методами, в том числе путем повышения перепада давлений над и под герметизирующим узлом. Однако установка по прототипу и способ ее работы не позволяют в полной мере использовать возможности струйного насоса по созданию депрессий при геофизических исследованиях.
Практика показывает, что при создании повышенных давлений закачки рабочей жидкости в струйный насос, уплотнительные элементы герметизирующего узла деформируются, радиально расширяются и обжимают каротажный кабель, проходящий внутри герметизирующего узла. Тем самым на кабеле создается сила трения, препятствующая дальнейшему его продвижению с каротажным прибором вглубь скважины. Собственного веса труб меньшего диаметра, как правило, не хватает для преодоления силы трения, создаваемой уплотняющими элементами герметизирующего узла при повышенных давлениях закачки рабочей жидкости и соответственно повышенных депрессиях. Это приводит к остановке геофизического прибора в скважине, что не позволяет проводить ее эффективное исследование.
Кроме того, поскольку в прототипе продвижение геофизического прибора в скважине осуществляется за счет собственного веса труб малого диаметра, глубина продвижения прибора ограничена длиной этих труб. В свою очередь, поскольку длина труб малого диаметра прямо пропорциональна их весу, то она ограничена разрывным усилием каротажного кабеля, к которому трубы малого диаметра крепятся. В связи с этим, прототип не позволяет провести полное исследование тех наклонных и горизонтальных участков скважин, протяженность которых превышает длину колонны труб малого диаметра, ограниченную предельной нагрузкой на несущий каротажный кабель.
Задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение эффективности и непрерывности проведения геофизических исследований при повышенных депрессиях, создаваемых струйной установкой, расширение возможного диапазона давлений создаваемых в скважине и тем самым расширение критериев и условий для определения параметров работы скважины, с возможностью установления более точных характеристик работы (например, коэффициента продуктивности скважины, характеристик работающих интервалов скважины и т.д.), а также обеспечение возможности исследования при депрессиях наклонных и горизонтальных участков скважин с максимальной протяженностью.
Предлагаемая группа изобретений обеспечивает достижение следующего технического результата:
1. Повышение точности и качества геофизических исследований, за счет измерения параметров скважин в расширенном диапазоне условий, при повышенных депрессиях.
2. Обеспечение непрерывности проведения исследования при создании повышенных депрессий.
3. Увеличение глубины проникновения геофизического оборудования в скважину за счет повышения проходимости применяемого средства доставки.
4. Снижение вероятности остановки геофизического оборудования на наклонных и/или горизонтальных участках скважин.
5. Повышение надежности применяемого устройства.
Указанный технический результат достигается за счет применения в качестве средства доставки геофизического прибора в скважину скважинного манипулятора с встроенным приводом, преимущественно состоящего из секций, снабженных выдвигающимися элементами вращения (колесами, роликами и т.п.), которые могут быть ориентированы в различных направлениях в целях повышения проходимости.
Предлагаемый способ проведения геофизических исследований скважин включает спуск в скважину на колонне труб струйного насоса с проходным каналом в его корпусе, расположенного ниже струйного насоса пакера и, при необходимости, хвостовика с входной воронкой, установку пакера, далее спуск через колонну труб и проходной канал струйного насоса геофизического кабеля с герметизирующим узлом и геофизическим прибором со средством его доставки в наклонные и/или горизонтальные участки скважины, фиксацию герметизирующего узла в проходном канале струйного насоса, создание в подпакерном пространстве скважины различных по величине депрессий, при этом по мере продвижения геофизического прибора по скважине и создания депрессий проводится регистрация геофизических параметров скважины. Согласно изобретению, в качестве средства доставки и перемещения геофизического прибора в скважине используют скважинный манипулятор со встроенным приводом, преимущественно состоящий из одной или более секций, снабженных выдвигающимися элементами вращения (колесами, роликами и т.п.).
Регистрация параметров скважины может производиться как непрерывно по мере продвижения манипулятора с геофизическим прибором внутри скважины, так и периодически, например, через определенные интервалы времени либо отрезки пройденного расстояния.
Предлагаемое устройство для реализации заявляемого способа представляет собой скважинную струйную установку, которая содержит установленные на колонне насосно-компрессорных труб сверху вниз струйный насос, пакер, а также, при необходимости, хвостовик с входной воронкой, в корпусе струйного насоса выполнен проходной канал, в котором установлен герметизирующий узел, пропущенный через каротажный кабель. Каротажный кабель подсоединен к устройству доставки геофизического прибора (приборов) и по меньшей мере к одному геофизическому прибору, предназначенному для измерения физических величин, например дебита откачиваемой из скважины среды, давления в скважине, удельного электрического сопротивления горных пород и др. Согласно изобретению, геофизический прибор установлен на скважинном манипуляторе со встроенным приводом (двигателем), служащем в качестве средства доставки в скважину и перемещения в ней геофизического прибора. Манипулятор состоит из одной или более секций, снабженных выдвигающимися элементами вращения (колесами, роликами).
За счет выполнения устройства доставки геофизического прибора в виде скважинного манипулятора со встроенным приводом (двигателем), предлагаемая группа изобретений позволяет создать дополнительное тяговое усилие, которое дает возможность преодолевать силу трения, образующуюся на герметизирующем узле струйного насоса при создании им повышенного давления закачки рабочей жидкости. За счет встроенного двигателя осуществляется приведение манипулятора в рабочее положение, при котором элементы вращения (колеса, ролики и т.п.) выдвигаются и начинают вращаться. Соприкосновение вращающихся элементов со стенками эксплуатационной колонны приводит манипулятор в движение, и он начинает передвигаться вглубь наклонного или горизонтального участка скважины, перемещая закрепленный на нем геофизический прибор, и при этом подавая дополнительное тяговое усилие на каротажный кабель. Глубина проникновения манипулятора в скважину зависит от особенностей рельефа скважины, и во многих случаях не имеет ограничений, что позволяет исследовать наклонные и горизонтальные сважины вплоть до забоя.
Таким образом, применение в заявляемом устройстве компоновки струйного насоса и скважинного манипулятора дает синергетический эффект: беспрецедентное расширение возможностей проведения геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин при депрессиях, а именно обеспечение возможности проведения непрерывного измерения параметров скважин в расширенном диапазоне условий, в том числе при повышенных депрессиях, на любых участках наклонных и горизонтальных скважин любой протяженности, что позволяет говорить об универсальности предлагаемого устройства. Немаловажно и то, что устройство надежно по своей конструкции и работает практически безаварийно, обеспечивая отсутствие непредвиденных остановок геофизического оборудования на наклонных и/или горизонтальных участках скважин.
Элементы вращения (колеса, ролики и т.п.) манипулятора могут быть ориентированы в различных направлениях в целях повышения его проходимости на участках скважин с неровным рельефом.
Элементы вращения могут быть выполнены в виде зубчатых дисков, звездочек или в иных формах, имеющих переменный радиус. Это обеспечивает их лучшее сцепление с поверхностью эксплуатационной колонны при передвижении манипулятора и исключает «пробуксовывания».
В составе скважинной установки в некоторых случаях необходимо использование хвостовика с входной воронкой. Хвостовик обеспечивает откачку жидких сред на нужном интервале скважины, а входная воронка облегчает извлечение из скважины геофизических приборов и оборудования для их доставки по окончании проведения исследовательских работ. Если пакер установлен непосредственно над нужным интервалом откачки, наличие хвостовика не является обязательным для работы установки. Входная воронка может быть установлена непосредственно под пакером. Кроме того, входная воронка может и отсутствовать, если конструкция пакера это позволяет, например, если пакер снизу имеет форму усеченного конуса (воронки).
На фигуре 1 представлено устройство в одном из возможных вариантов его исполнения. Скважинная струйная установка включает установленные на колонне труб 1 сверху вниз струйный насос 2 и пакер 3, при этом в корпусе 4 струйного насоса 2 выполнен проходной канал 5, в котором установлен герметизирующий узел 6, через проходной канал 5 и герметизирующий узел 6 пропущен каротажный кабель 7, несущий устройство 8 доставки геофизического прибора 9 и по меньшей мере один геофизический прибор 9. Геофизический прибор 9 установлен на скважинном манипуляторе 8 со встроенным приводом 10, служащем в качестве средства доставки в наклонные и горизонтальные участки 11 скважин и перемещения по ним геофизического прибора 9, при этом манипулятор 8 содержит две секции 12, снабженные выдвигающимися элементами вращения 13. Снизу колонна труб 1 оборудована хвостовиком 14 с воронкой 15.
При работе установки осуществляется заявляемый способ.
В скважину на колонне труб 1 спускают струйный насос 2 с проходным каналом 5 в его корпусе 4 и пакер 3, проводят установку пакера 3, спускают на каротажном кабеле 7 через колонну труб 1 и проходной канал 5 струйного насоса 2 герметизирующий узел 6 и по меньшей мере один геофизический прибор 9 со средством 8 его доставки в наклонные и/или горизонтальные участки 11 скважины, фиксируют герметизирующий узел 6 в проходном канале 5 струйного насоса 2. Затем создают в подпакерном пространстве скважины депрессии, в том числе повышенные, и регистрируют геофизические параметры скважины по мере продвижения геофизического прибора 9 внутри скважины и создания депрессий. При этом в качестве средства доставки и перемещения геофизического прибора 9 в скважине используют скважинный манипулятор 8 со встроенным приводом 10. При достижении наклонных или горизонтальных участков 11 скважины манипулятор 8 с помощью привода 10 приводят в рабочее положение, при котором элементы вращения 13 выдвигаются и начинают вращаться. Соприкосновение вращающихся элементов 13 со стенками эксплуатационной колонны приводит манипулятор 8 в движение, и он передвигется вглубь наклонного или горизонтального участка 11 скважины, перемещая закрепленный на нем геофизический прибор 9. По окончании проведения исследований всю компоновку поднимают на поверхность.