УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 1998 года по МПК E21B47/01 E21B47/00 

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известна технология исследования скважин с применением гибких труб (Clarrer C. The Challenge of Logging Horizontal Wells. Tbie hog Analist, Narch-April 1991, c. 67-69), которая реализуется с помощью устройства, представляющего собой барабан лебедки большого диаметра, на который намотаны гибкие металлические трубы, внутри которых пропущен каротажный кабель. Гибкие трубы с закрепленным на конце геофизическим прибором проталкивают в горизонтальный ствол скважины. Благодаря своей упругости они достигают забоя скважины. Устройство позволяет исследователь практически все типы существующих горизонтальных скважин. Недостатком известного устройства является высокая стоимость и сложность технологических операций, требующих специального вспомогательного оборудования.

Известна технология проведения исследований горизонтальных скважин с помощью простого и недорого устройства (Чесноков В.А., Рапин В.А. Совершенствование технологии проведения промыслово-ГИС в бурящихся и эксплуатируемых горизонтальных скважинах, Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, ВНИИ ОЭНГ, 1995, N 6, с. 26-29), которое принято за прототип. Известное устройство представляет собой спускаемый в скважину на каротажном кабеле толкатель, выполненный из тонкостенных полых герметичных труб с токоподводяющими жилами внутри. Длина толкателя равна суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины. Снизу и толкателю присоединен геофизический прибор, а сверху него на каротажном кабеле закреплен груз-движитель. Устройство в сборе спускают в скважину на каротажном кабеле. При достижении искривленной части скважины геофизический прибор под действием усилия, развиваемого весом груза-движителя и труб толкателя и за счет жесткости последних, передаваемого на корпус прибора, начинает соскальзывать по нижней стенке скважины, как по наклонной плоскости, перехода в горизонтальный ствол. За ним соскальзывают трубы толкатели, перемещая прибор к забою скважины. При этом ведется регистрация каротажных диаграмм. Устройство позволяет исследовать все типы горизонтальных скважин, в том числе и действующие скважины. Недостатком является необходимость монтажа-демонтажа труб толкателя на скважине, что требует достаточно много времени и трудозатрат, кроме этого, трубы толкателя не защищены от агрессивного воздействия окружающей среды и особенно в условиях газовых скважин достаточно быстро разрушаются.

Задачей изобретения является повышение производительности, снижение трудоемкости работ и повышение агрессивной стойкости оборудования при проведении исследований горизонтальных скважин.

Поставленная задача решается следующим образом.

Толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого сверху дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивной стойкой изоляции. Изоляция выполнена из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, и имеет толщину слоя покрытия в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю, поверх дополнительного слоя изоляции может быть навита дополнительная броня из стальной проволоки, покрытая сверху защитным слоем агрессивно стойкой изоляции.

Предложенное устройство отличается от известного тем, что:
- толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого сверху дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивно-стойкой изоляции;
- изоляция выполнена из материала плотностью ниже плотности жидкости, заполняющей скважину и имеет толщину слоя покрытия в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю;
- поверх дополнительного слоя изоляция может быть навита дополнительная броня из стальной проволоки, покрытая сверху защитным слоем агрессивно-стойкой изоляции.

В связи с тем, что толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого сверху дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивно-стойкой изоляции, обеспечивается его намотка на барабан лебедки, что позволяет сократить время спускоподъемных операций, т.е. повысить производительность работ и исключает агрессивное воздействие на толкатель окружающей среды, что повышает срок службы оборудования в условиях агрессивной среды, в том числе и в газовых скважинах. Выполнение изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, и с толщиной слоя покрытия в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю, позволяет изготовить толкатель с заданными параметрами по жесткости и средней плотности. При этом чем больше толщина слоя изоляции, тем выше жесткость толкателя и ниже его средняя плотность. Навивка поверх дополнительного слоя изоляции дополнительной брони из стальной проволоки, покрытой сверху защитным слоем агрессивно-стойкой изоляции, позволяет существенно повысить жесткость толкателя при ограниченной толщине дополнительного слоя изоляции. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает необходимые параметры толкателя по жесткости, средней плотности и агрессивной стойкости, что позволяет проводить исследования в любых типах горизонтальных скважин, повышает производительность, снижает трудоемкость работ и повышает агрессивную стойкость оборудования.

Материальные затраты на изготовление толкателя предлагаемого устройства окупаются за счет повышения срока эксплуатации, сокращения времени спускоподъемных операций (времени непроизводительного простоя скважин).

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1 (а, б, в). Оно содержит спускаемый в скважину на каротажном кабеле 1 толкатель 2 с токопроводящими жилами 3, пропущенными внутри толкателя. Толкатель 2 имеет длину, равную суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины. Снизу к толкателю 2 прикреплен геофизический прибор 4. Сверху толкателя 2 на каротажном кабеле 1 закреплен груз-движитель 5. Толкатель 2 показан в разрезе на фиг. 1б, в. Он выполнен в виде бронированного каротажного кабеля 6, покрытого сверху дополнительным слоем твердой эластичной и агрессивно-стойкой изоляции 7 из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину (например, из полиэтилена). Дополнительный слой изоляции 7 наносится на бронированный каротажный кабель 6 такой толщины, чтобы обеспечить необходимую жесткость и среднюю плотность толкателя. Жесткость толкателя 2 характеризуется величиной массы геофизического прибора 4, который должен быть перемещен в горизонтальном стволе к забою скважины без каких-либо признаков остаточной деформации толкателя 2. Средняя плотность толкателя 2 считается оптимальной, если она равна плотности жидкости, заполняющей скважину. В этом случае толкатель 2 при перемещении его в горизонтальном стволе находится во взвешенном состоянии, не оказывая давления как на верхнюю, так и на нижнюю стенку скважины, т.е. трение его о стенки скважины практически отсутствует и требуется минимальное усилие для перемещения его в горизонтальном стволе. Экспериментально определено, что при покрытии бронированного каротажного кабеля диаметром 6,3 мм дополнительным слоем полиэтилена низкой плотности ГОСТ 16337-77 толщиной 15 мм, обеспечивается жесткость толкателя для проталкивания в горизонтальном стволе геофизического прибора массой 60 кг при средней плотности толкателя 1,0 г/см³. Такой толкатель позволит проводить исследования в обсаженных скважинах, заполненных водой или нефтью, при массе геофизического прибора до 80 кг.

Для проведения исследований в скважинах, заполненных буровым раствором, поверх дополнительного слоя изоляции 7 (фиг. 1, а) навита дополнительная броня из стальной проволоки 9, покрытая сверху защитным слоем агрессивно-стойкой изоляции 9. Наличие дополнительной брони 8 из стальной проволоки позволяет значительно повысить жесткость толкателя 2, а защитный слой агрессивно-стойкой изоляции 9 позволяет защитить толкатель 2 от воздействия агрессивной среды в скважинах, в том числе и в газовых и может быть выполнен, например, из полиэтилена. Экспериментально установлено, что при навитой дополнительной броне из стальной проволоки 9, покрытой сверху защитным слоем агрессивно-стойкой изоляции 9, наружный диаметр толкателя 2 составляет 40 мм. При этом обеспечивается проталкивание геофизического прибора массой до 120 кг в скважинах, заполненных буровым раствором 1,1^oC1,3 г/см³.

Работает устройство следующим образом. К намотанному на барабане большого диаметра 1,2-1,5 м толкателю 2 подсоединяют геофизический прибор 4 и спускают в скважину. Выше толкателя 2 на каротажном кабеле 1 закрепляют груз 5, и устройство в сборе спускают на каротажном кабеле 1 в скважину. При достижении геофизическим прибором 4 искривленной части скважины он под действием усилия, развиваемого весом груза-движителя 5 и передаваемого посредством жесткости толкателя 2, начинает соскальзывать по нижней стенке скважины как по наклонной плоскости и переходит в горизонтальный ствол. Далее по искривленной части скважины соскальзывает толкатель 2 и проталкивает геофизический прибор к забою скважины. При перемещении прибора в горизонтальном стволе ведется регистрация каротажных диаграмм. Перемещение геофизического прибора к забою скважины не требует большого усилия, т.к. средняя плотность толкателя близка к плотности жидкости, заполняющей скважину, и в связи с этим трение толкателя о стенки скважины практически отсутствует. Масса груза-движителя 5 выбирается такой, чтобы усилие, развиваемое его весом, было достаточным для перемещения геофизического прибора 4 в горизонтальном стволе. Практически для перемещения прибора 4 необходимо, чтобы масса груза - движителя 5 в 2-3 раза превышала массу прибора 4.

Проведенные работы показывают, что предлагаемое устройство позволяет в 3-4 раза сократить время, затрачиваемое на спускоподъемные операции по сравнению с прототипом, что повышает производительность проведения геофизических исследований и сокращает вынужденный простой нефтяных скважин.

Использование: устройство для исследования горизонтальных скважин применяется для повышения безопасности и производительности геофизических исследования и сокращения времени спускоподъемных операций при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Устройство содержит толкатель, спускаемый на коротажном кабеле с токопроводящими жилами внутри, имеющий длину, равную суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины. Толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивностойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину. Снизу на каротажном кабеле прикреплен геофизический прибор, а сверху - груз-движитель. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для исследования горизонтальных скважин, содержащее опускаемый в скважину на каротажном кабеле толкатель с токопроводящими жилами внутри, имеющий длину, равную суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины, к которому снизу прикреплен геофизический прибор, а сверху него на каротажном кабеле закреплен груз-двигатель, отличающееся тем, что толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивностойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, и имеющего толщину в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поверх толкателя навита дополнительная броня из стальной проволоки, покрытая сверху защитным слоем и агрессивностойкой изоляции.