ШЛАНГОКАБЕЛЬ НУЛЕВОЙ ПЛАВУЧЕСТИ

Полезная модель относится к области нефтепромысловой геофизики и может быть использована при проведении геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.
Основным сопротивлением при движении шлангокабеля по условно горизонтальной части скважины является сила трения, возникающая в местах контакта шлангокабеля со стенками скважины. Величина этой силы пропорциональна разности веса участка шлангокабеля, находящегося в условно горизонтальной части скважины и архимедовой силы, его выталкивающей.
Известен шлангокабель для непрерывного спуска и подъема долота при бурении скважин [Патент СССР на изобретение №286881 / Шлангокабель для непрерывного спуска и подъема долота при бурении скважин / Гоглов, А.Г. №646569/22-13; Заявл. 09.12.1959; Опубл. 19.11.1970] с каналами для подачи промывочного раствора и электроэнергии к забою скважины, составленный из пучка металлических трубок, симметрично расположенных по сечению и электрически изолированных.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является шлангокабель для сбора и подъема нефтепродуктов из подводного месторождения [Патент США на изобретение №4332509 / Riser pipe system for collecting and raising petroleum produced from an underwater deposit / Remi Reynard, Christian Atbe, Jean-Paul Aubert №158261; Заявл. 10.06.1980; Опубл. 01.06.1982] содержащий каналы для передачи нефтепродуктов и электроэнергии, расположенные внутри секций, которые частично заполнены пеной низкой плотности таким образом, что каждый канал внутри своей секции окружен пеной.
Особенностью такого устройства шлангокабеля является обладание существенным образом отрицательной или положительной нулевой плавучестью.
Недостатком такого шлангокабеля является высокое сопротивление его продвижению в условно горизонтальной части скважины со стороны стенок последней из-за недостаточно точного соответствия нулевой плавучести.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью является повышение эффективности работы и срока службы шлангокабеля, предназначенного для исследования условно горизонтальной части нефтяных и газовых скважин.
Техническим результатом применения предлагаемой модели является уменьшение сил сопротивления продвижению шлангокабеля в условно горизонтальной части скважины, возникающих в местах контакта шлангокабеля со стенками скважины, а так же понижение износа шлангокабеля и увеличение длины его продвижения.
Осуществляется это решение за счет значительного уменьшения силы трения ввиду придания шлангокабелю нулевой плавучести, находящегося в условно горизонтальной части скважины, существенным образом точной нулевой плавучести из-за расположенного в нем по всей длине канала или каналов, заполненные рабочим телом низкой плотности (твердое тело, жидкость, газ или их комбинация), а также оболочку, в которой находится изоляция покрывающая электропровода. Причем плотность рабочего тела и площадь канала или каналов его содержащих должны быть подобраны тщательным образом исходя из плотности жидкости, окружающей шлангокабель и параметров составляющих частей шлангокабеля.
Примем в дальнейшем, что участок шлангокабеля - такая его часть, имеющая по существу точную нулевую плавучесть и находящаяся в условно горизонтальной части скважины.
Рассмотрим силу трения, действующую на участок шлангокабеля, находящийся в условно горизонтальной части скважины:
ТР
АРХ
F=k·(P-F),
ТР
где F - сила трения, возникающая между стенкой участка шлангокабеля и стенкой скважины, H;
k - коэффициент трения;
P - вес участка шлангокабеля, H;
АРХ
F - архимедова сила, действующая на участок шлангокабеля, H.
Если рассматриваемый участок шлангокабеля обладает существенным образом нулевой плавучестью, значит
АРХ
АРХ
P-F≈0 или P≈F.
Так как
АРХ
Ж
ШК
F=ρ·g·V
ШК
ШК
Р=ρ·g·V, следовательно
Ж
ШК
ШК
ШК
Ж
ШК
ШК
ШК
ρ·g·V≈ρ·g·V или ρ·V≈ρ·V,
Где
Ж
3
ρ - плотность жидкости, окружающей участок шлангокабеля, кг/м;
2
g - ускорение свободного падения, м/с;
ШК
3
V - объем участка шлангокабеля, м;
ШК
3
ρ - средняя плотность участка шлангокабеля, кг/м.
Участок шлангокабеля является совокупностью канала или каналов, содержащих рабочее тело низкой плотности, а так же электропроводов, изоляции и оболочки из полимерного материала, которые различны по объему и плотности, поэтому:
ШК
ШК
РТ
РТ
i
i
ШК
РТ
РТ
i
i
ρ·V=V·ρ+∑V·ρ=l·(S·ρ+∑S·ρ)
Ж
ШК
Ж
РТ
i
Ж
ШК
РТ
i
ρ·V=ρ·(V+∑V)=ρ·l·(S+∑S)
Подставляем полученные выражения в предыдущее соотношение:
Ж
ШК
РТ
i
ШК
РТ
РТ
i
i
ρ·l·(S+∑S)≈l·(S·ρ+∑S·ρ)
Сократив длину участка шлангокабеля и раскрыв скобки получим:
РТ
Ж
i
Ж
РТ
РТ
i
i
S·ρ+∑S·ρ≈S·ρ+∑S·ρ
РТ
Ж
РТ
РТ
i
i
i
Ж
S·ρ-S·ρ≈∑S·ρ-∑S·ρ
РТ
ж
РТ
i
i
Ж
S·(ρ-ρ)≈∑S·(ρ-ρ)
Площадь сечения канала или каналов, занимаемых рабочим телом низкой плотности, а так же соотношение параметров прочих функциональных элементов рассматриваемого сечения участка шлангокабеля можно определить по следующей формуле:
,
где:
РТ
3
V - объем, занимаемый рабочим телом в участке шлангокабеля, м;
РТ
3
ρ - плотность рабочего тела, кг/м;
i
3
V - объем, занимаемый i-м функциональным элементом шлангокабеля, м;
i
3
ρ - плотность i-го функционального элемента шлангокабеля, кг/м.
ШК
3
l - длина участка шлангокабеля, м;
РТ
2
S - площадь сечения канала или каналов, занимаемых рабочим телом низкой плотности, м;
i
2
S - площадь сечения шлангокабеля, занимаемого i-м функциональным элементом, м.
Рабочее тело - тело с плотностью ниже, чем плотность жидкости, окружающей шлангокабель (твердое тело, жидкость, газ или их комбинация).
Жидкость, окружающая шлангокабель среда, в которой находится шлангокабель (нефтепродукты, буровая жидкость и т.п.).
Функциональный элемент - составляющая часть шлангокабеля (оболочка, изоляция, электропровод).
На фигуре представлен вариант исполнения предлагаемого шлангокабеля, обладающего существенным образом точной нулевой плавучестью, в поперечном разрезе.
Шлангокабель состоит из оболочки 1, в которой находится изоляция 2, покрывающая токоведущие жилы 3 и канал с рабочим телом 4. Шлангокабель погружен в среду 5, наполняющую исследуемую скважину.
Предлагаемое устройство позволяет производить работы по исследованию горизонтальных скважин с малыми затратами энергии, необходимой для проталкивания кабеля в скважине, на большую протяженность с низкими показателями износа исполнительных устройств.