Геофизический кабель с оптическим волокном и капилярной трубкой

Область техники
Полезная модель относится к геофизике и нефтяной промышленности и предназначена для закачки жидких химических соединений при одновременном и отдельном проведении геофизических исследований и работ в скважинах.
Уровень техники.
Известна конструкция шлангокабеля, включающая ряд труб для передачи текучих материалов, электрические проводники, собранные в пучок, заполняющий материал, окружающий перечисленные элементы, стержни, выполненные из композитного материала, и внешнюю защитную оболочку [Патент на изобретение RU 2368755,МПК Е21В 17/00, опуб. 27.09.2009].
Недостатком некоторых моделей данного кабеля являются его недостаточные прочностные свойства, не позволяющие работать при больших гидростатических давлениях порядка 250 атмосфер, соответствующих глубинам 2500 м и более.
Известна конструкция кабеля-канала, используемого в строительных работах. Изделие представляет собой вмещающее изделие прямоугольной формы с полостью внутри. Корпус кабеля канала изготовлен из пластмассового или металлического материала. Полость может быть заполнена любыми элементами на усмотрение владельца [https://srbu.ruyelektrika-v-dome-i-kvartire/461 -kabel-kanaly-vidy-i-razmery.html].
Известна конструкция геофизического кабеля, включающая трос из металлических проволок, уложенных таким образом, что в центре образован свободный канал, и одно или несколько оптических волокон, уложенных в указанный свободный канал, причем указанный свободный канал и свободное пространство между металлическими проволоками троса заполнено материалом с низким модулем упругости [Патент на полезную модель RU 156786 МПК Н01 В 11/22, опубл.19.02.2015].
Недостатком данного кабеля является его невысокая механическая прочность, что при снижении гидростатического давления в скважине (создании депрессии) приведет к разгерметизации кабеля, а в случае ошлангования (покрытия) полимером, может привести к разрыву внешней полимерной оболочки. Кроме того, кабель при стабилизации под нагрузкой может растратить запас волокна, заложенного для температурной компенсации расширения стальных проволок, что и приведет к обрыву волокна в случайном месте.
Известна конструкция геофизического кабеля, для эксплуатации преимущественно в нефтяных скважинах. Кабель состоит из центральной металлической трубки, в которой размещены оптические волокна в гидрофобном геле, силовых элементов в виде стальных проволок, расположенных по окружности, и наружного полимерного покрытия [Патент на изобретение US 23225471, 21.03.2003].
Известна конструкция геофизического кабеля, включающая наружный и внутренний слои брони с возможным слоем изоляции между ними, подушки изолятора, расположенные вокруг центрального стального капилляра из нержавеющей стали, являющегося дополнительной токопроводящей жилой и носителем, вмещающим оптическое волокно [Патент на полезную модель RU 131897 МПК Н01В 7/24, опубл. 27.08.2013].
Недостатком вышеперечисленных технических решений является неприспособленность изделий к изгибающим нагрузкам, к работе в условиях высоких гидростатических давлений более 250 атм, и воздействию агрессивной среды. Так же структурные расположения канала передачи вязких сред и оптического волокна в данных конструкциях не всегда позволяют проводить стабилизацию кабеля и его эксплуатацию, особенно при воздействии предельных разрывных нагрузок.
Известен наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому грузонесущий геофизический кабель, содержащий броню, токопроводящие жилы, изоляцию и центральную трубку/капилляр, обеспечивающий гидродинамический канал связи. [Прототип п. №35035 МПК Н01В 7/00, опуб.20.12.03 г.].
Недостатки прототипа: Недостаточное сопротивление кабеля к изгибающим нагрузкам, непригодность к работе в условиях высоких гидростатических давлений более 250 атм. и воздействию агрессивной среды.
Сущность полезной модели
Проблема, решаемая полезной моделью - создание простой и надежной конструкции геофизического кабеля, свободной от недостатков прототипа.
Вышеуказанная проблема решается, и достигается технический результат с помощью указанных в формуле полезной модели признаков, общих с прототипом, таких как геофизический кабель, содержащий броню 1, токопроводящие жилы 2, изоляцию 3 и центральную трубку/капилляр 4, обеспечивающий гидродинамический канал связи, и отличительных существенных признаков, таких как броня 1 имеет наружный 5 и внутренний 6 проволочные слои, при этом кабель дополнительно снабжен оптоволоконным модулем, оптические волокна 7 которого размещены в одной или нескольких металлических трубках 8, выполненных в виде одной или нескольких проволок внутреннего слоя 6 брони, а токопроводящие жилы 2 расположены в слое изоляции 3 вокруг центральной трубки/капилляра 4.
Техническая проблема, решаемая в предлагаемой полезной модели, состоит в расширении арсенала технических средств, т.е. в создании конструкции геофизического кабеля, позволяющей производить его стабилизацию под нагрузкой без нарушения целостности оптического волокна и капиллярного канала, при этом обеспечивается передача вязких сред с поверхности в скважину и обратно, проведение измерений посредством оптического волокна для контроля технологических процессов в скважине с изучением температурного поля разреза, а также работа приборами с электрическим каналом связи, альтернативного устройству прототипу и свободного от его недостатков.
Перечень графических материалов.
На Фиг. 1. Зависимость расхода жидкостей от давления прокачки
На Фиг. 2 Поперечный разрез кабеля.
Сведения, подтверждающие осуществимость полезной модели.
Выбор конструкции капиллярного канала определяется максимальным давлением прокачки, генерируемым наземным оборудованием, выражаемым в паскалях, необходимым рабочим расходом жидкости (дебитом), свойствами жидкости и временными рамками, выделенными на проведение процедуры прокачки. Все это отражено в следующей формуле:
3
где, Q - дебит, м/с; r - радиус капилляра, м; Р - давление прокачки, Па; μ -вязкость флюида, Па⋅с; l - длина капилляра, м.
Для наглядности на Фиг. 1 приведены зависимости расхода жидкостей с различными значениями вязкости, проходящими через капилляр диаметром 2 мм и длиной 1000 м при различных давлениях прокачки [А.В. Робин, А.А. Семенцов, А.В. Шумилов. Освоение скважин геофизическим кабелем, оснащенным внутренним капилляром // Каротажник. - 2008. - №11 (176). - С. 97-106].
Технический результат достигается тем, что в центре геофизического кабеля размещается капиллярная трубка, имеющая определенный диаметр, обеспечивающий необходимый расход жидкости для прокачки на расстояние равное длине данного кабеля.
Способствуют достижению технического результата следующие условия:
- трубка размещена в центре кабеля, она удалена от брони, на которую приходится основная разрывная нагрузка;
- оптические волокна размещены в одной или нескольких трубках, выполненных в виде одной или нескольких проволок внутреннего слоя брони;
- токопроводящие жилы расположены в слое изоляции вокруг центральной трубки/капилляра.
Конструкция геофизического кабеля (Фиг. 2) включает в себя: броню 1, токопроводящие жилы 2, изоляцию 3 и центральную трубку/капилляр 4, обеспечивающий гидродинамический канал связи.
Броня 1 имеет наружный 5 и внутренний 6 проволочные слои. Кабель дополнительно снабжен оптоволоконным модулем, оптические волокна 7 которого размещены в одной или нескольких металлических трубках 8, выполненных в виде одной или нескольких проволок внутреннего слоя 6 брони. Токопроводящие жилы 2 расположены в слое изоляции 3 вокруг центральной трубки/капилляра 4 (см. Фиг. 2).
Броня 1 состоит из металлической проволоки, располагаемой однослойным или многослойным повивом, или встречным повивом по многозаходовой винтовой линии.
Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий полезную модель, сущность которой и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.