ШЛАНГОКАБЕЛЬ НУЛЕВОЙ ПЛАВУЧЕСТИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F16L11/133 F16L11/127 F16L11/22 

Изобретение относится к области нефтепромысловой геофизики и может быть использовано при проведении геофизических исследований нефтяных и газовых скважин.

Основным сопротивлением при движении шлангокабеля по горизонтальному участку скважины является сила трения, возникающая в местах контакта шлангокабеля со стенками скважины. Величина этой силы пропорциональна разности веса участка шлангокабеля и архимедовой силы, его выталкивающей.

Известен шлангокабель для непрерывного спуска и подъема долота при бурении скважин с каналами для подачи промывочного раствора и электроэнергии к забою скважины, составленный из пучка металлических трубок, симметрично расположенных по сечению и электрически изолированных [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].

Наиболее близким к данному изобретению является шлангокабель для сбора и подъема нефтепродуктов из подводного месторождения 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 [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].

Особенностью такого устройства шлангокабеля является обладание существенным образом отрицательной или положительной нулевой плавучестью.

Недостатком такого шлангокабеля является высокое сопротивление его продвижению в горизонтальной части скважины со стороны стенок последней из-за недостаточно точного соответствия нулевой плавучести.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением является повышение эффективности работы и срока службы шлангокабеля, предназначенного для исследования условно горизонтальной части нефтяных и газовых скважин.

Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является уменьшение сил сопротивления продвижению шлангокабеля в условно горизонтальной части скважины, возникающих в местах контакта шлангокабеля со стенками скважины, а также понижение износа шлангокабеля и увеличение длины его продвижения.

Осуществляется это решение за счет значительного уменьшения силы трения ввиду придания участку шлангокабеля, состоящего из токоведущих жил, изоляции, одного или более слоев брони и оболочки из полимерного материала и находящегося в условно горизонтальной части скважины, существенным образом точной нулевой плавучести из-за расположенного в нем канала или каналов, содержащих рабочее тело низкой плотности (твердое тело, жидкость, газ или их комбинация). Причем плотность рабочего тела и площадь канала или каналов его содержащих должны быть подобраны тщательным образом, исходя из плотности жидкости, окружающей шлангокабель и параметров функциональных элементов 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:

F_TP=k·(P-F_APX),

где

F_TP - сила трения, возникающая между стенкой участка шлангокабеля и стенкой скважины, H;

k - коэффициент трения;

P - вес участка шлангокабеля, H;

F_APX - архимедова сила, действующая на участок шлангокабеля, H.

Если рассматриваемый участок шлангокабеля обладает существенным образом нулевой плавучестью, значит

P-F_APX≈0 или P≈F_APX.

Так как

F_APX=ρ_Ж·g·V_ШК,

P=ρ_ШК·g·V_ШК, следовательно

ρ_Ж·g·V_ШК≈ρ_ШК·g·V_ШК или ρ_Ж·V_ШК≈ ρ_ШК·V_ШК,

где

ρ_Ж - плотность жидкости, окружающей шлангокабель, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

V_ШК - объем участка шлангокабеля, м³;

ρ_ШК - средняя плотность участка шлангокабеля, кг/м³.

Участок шлангокабеля является совокупностью канала или каналов, содержащих рабочее тело низкой плотности, а также электропроводов, изоляции и оболочки из полимерного материала, которые различны по объему и плотности, поэтому:

$${\rho }_{ШК}\cdot V_{ШК}=V_{РТ}\cdot {\rho }_{РТ}+{\displaystyle \sum V_i\cdot {\rho }_i=l_{ШК}\cdot \left(S_{PT}\cdot {\rho }_{PT}+{\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_i}\right)}$$

$${\rho }_{Ж}\cdot V_{ШК}={\rho }_{Ж}\cdot \left(V_{PT}+{\displaystyle \sum V_i}\right)={\rho }_{Ж}\cdot l_{ШК}\cdot \left(S_{PT}+{\displaystyle \sum S_i}\right)$$

Подставляем полученные выражения в предыдущее соотношение:

$${\rho }_{Ж}\cdot l_{ШК}\cdot \left(S_{PT}+{\displaystyle \sum S_i}\right)\approx l_{ШК}\cdot \left(S_{PT}\cdot {\rho }_{PT}+{\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_i}\right)$$

Сократив длину участка шлангокабеля и раскрыв скобки получим:

$$S_{PT}\cdot {\rho }_{Ж}+{\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_{Ж}\approx S_{PT}\cdot {\rho }_{PT}+{\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_i}}$$

$$S_{PT}\cdot {\rho }_{Ж}-S_{PT}\cdot {\rho }_{PT}\approx {\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_i-{\displaystyle \sum S_i\cdot {\rho }_{Ж}}}$$

$$S_{PT}\cdot \left({\rho }_{Ж}-{\rho }_{PT}\right)\approx {\displaystyle \sum S_i\cdot \left({\rho }_i-{\rho }_{Ж}\right)}$$

Площадь сечения канала или каналов, занимаемых рабочим телом низкой плотности, а также соотношение параметров прочих функциональных элементов рассматриваемого сечения участка шлангокабеля можно определить по следующей формуле:

$$S_{PT}\approx \frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{S}_i\cdot \left({\rho }_i-{\rho }_{Ж}\right)}}{\left({\rho }_{Ж}-{\rho }_{PT}\right)}$$ ,

где

V_PT - объем, занимаемый рабочим телом в участке шлангокабеля, м³;

ρ_РТ - плотность рабочего тела, кг/м³;

V_i - объем, занимаемый i-м функциональным элементом шлангокабеля, м³;

ρ_i - плотность i-го функционального элемента шлангокабеля, кг/м³.

l_ШК - длина участка шлангокабеля, м³;

S_PT - площадь сечения канала или каналов, занимаемых рабочим телом низкой плотности, м²;

S_i - площадь сечения шлангокабеля, занимаемого i-м функциональным элементом, м²;

i=1…n - условный номер функционального элемента.

Рабочее 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 щлангокабеля, необходимая для изоляции, придания прочности, передачи различных сред (оболочка, изоляция, электропровод).

Элементы сечения функциональные элементы шлангокабеля, попавшие в рассматриваемое сечение участка шлангокабеля.

Вариант исполнения шлангокабеля, обладающего существенным образом точной нулевой плавучестью и имеющий один канал, представлен на фиг.1.

Вариант исполнения шлангокабеля, обладающего существенным образом точной нулевой плавучестью и имеющий два канала, представлен на фиг.2.

Шлангокабель состоит из оболочки 1, в которой находятся изоляции 2, покрывающие 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 шлангокабеля в скважине, на большую протяженность с низкими показателями износа исполнительных устройств.

Известны различные способы и устройства доставки геофизических приборов в горизонтальный участок ствола скважины и проведения геофизических исследований: исследования в процессе бурения приборами, установленными на буровом инструменте; доставка геофизических приборов на забой скважины потоком промывочной жидкости; исследование непрерывной колонной гибких труб, внутри которой размещается кабель, соединяемый с прибором на конце колонны, такие трубы наматываются на специальный барабан большого диаметра; система спуска геофизических приборов на бурильных трубах, при этом передача информации производится через геофизический кабель, пропущенный за колонной бурильных труб, а в нижней части через специальный переводник внутри бурильных труб. Эта система разработана французским институтом нефти и широко используется под различными промышленными названиями большинством фирм. В России эту систему использует АО НПФ "Геофизика" под названием "Горизонталь 1; 2; 3; 4; 5".

"Горизонталь 2". В скважину на бурильных трубах со встроенным кабелем электробура спускают геофизический прибор, установленный неподвижно в защищенном горизонтальном контейнере, при этом прибор с помощью электрического разъема присоединен к встроенному электрическому силовому кабелю электробура. Регистрацию производят при подъеме.

"Горизонталь 3". На бурильных трубах спускают в горизонтальный ствол набор "прозрачных" пластиковых труб, через колонну бурильных труб, в скважину до искривленной части ствола спускают на геофизическом кабеле геофизический прибор. На устье закрепляют лубрикатор 1 и путем циркуляции промывочной жидкости продавливают геофизический прибор в интервал исследований.

"Горизонталь 5". В обсадную колонну или НКТ с устья скважины последовательно опускают геофизический прибор, закрепленный с помощью стыковочного узла на нижнем конце набора стальных герметичных тонкостенных труб, затем присоединяют набор толстостенных утяжеленных труб и производят дальнейший спуск труб в скважину, после чего внутрь наборов труб и сбрасывают токопровод с контактной муфтой. Затем к верхнему концу утяжеленных труб с помощью верхнего стыковочного узла механически и электрически присоединяют геофизический кабель и продолжают дальнейший спуск прибора и наборов труб непосредственно на геофизическом кабеле. По горизонтальному участку прибор движется под действием силы тяжести утяжеленных труб. Общая длина набора труб 500 м.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследований скважин с большим углом наклона и горизонтальных [патент RU 2087929 / Геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин и способ его использования / Корженевский A.Г., Корженевский А.А., Алейников В.Н.; Заявл. 12.03.1996; Опубл. 20.08.1997], в котором используется серийный кабель, намотанный на геофизическом подъемнике, к которому подсоединяется кабель предложенной конструкции. Кабель выполняет роль информационного канала связи, грузонесущую и проталкивающую роль.

Недостатком такого способа является высокое сопротивление продвижению кабеля в наклонной и горизонтальной части скважины со стороны стенок последней.

Технической задачей, решаемой предлагаемым способом является снижение энергопотребления при проведении работ по исследованию наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Техническим результатом применения предлагаемого изобретения является уменьшение сил сопротивления продвижению шлангокабеля в наклонной и горизонтальной части скважины, возникающих в местах контакта шлангокабеля со стенками скважины.

Осуществляется это решение за счет применения вышеописанного шлангокабеля нулевой плавучести.

Реализация предлагаемого способа производится следующим образом.

Для исследования скважины используют комбинированный кабель, намотанный на геофизическом подъемнике, расположенном на наземном оборудовании. Верхняя часть этого кабеля состоит из геофизического кабеля, а нижняя - из шлангокабеля нулевой плавучести. Последний, в свою очередь соединен с глубинным прибором, который доставляется в интервал исследований проталкиванием. Шлангокабель нулевой плавучести, с закрепленным на одном его конце глубинным прибором, опускают в обсадную колонну или НKT с устья скважины. При этом шлангокабель нулевой плавучести выполняет роль информационного канала связи, грузонесущую и проталкивающую роль. А геофизический кабель, прикрепленный к другому концу шлангокабеля нулевой плавучести и образующий с ним комбинированный кабель, выполняет аналогичные роли.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить затраты энергии, необходимые для проведения работ по исследованию наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, необходимой для проталкивания шлангокабеля в скважине.

Изобретение относится к области нефтепромысловой геофизики и может быть использовано при проведении геофизических исследований наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин. Шлангокабель содержит внутри себя по всей длине канал или каналы, заполненные рабочим телом низкой плотности, а также оболочку, в которой находится изоляция, покрывающая электропровода при этом соотношение параметров элементов сечения шлангокабеля определяют в соответствии с формулой. Предлагаемое изобретение позволяет производить работы по исследованию горизонтальных скважин с малыми затратами энергии, необходимой для проталкивания шлангокабеля в скважине, на большую протяженность с низкими показателями износа исполнительных устройств. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шлангокабель, предназначенный для исследования скважин, содержащий внутри себя по всей длине канал или каналы, заполненные рабочим телом низкой плотности, а также оболочку, в которой находится изоляция, покрывающая электропровода, отличающийся тем, что соотношение параметров элементов сечения шлангокабеля определяют в соответствии с формулой:
$$S_{PT}\approx \frac{{\displaystyle \sum _{i=1}^n{S}_i\cdot \left({\rho }_i-{\rho }_{Ж}\right)}}{{\rho }_{Ж}-{\rho }_{PT}}$$ ,
где S_PT - площадь сечения канала или каналов, занимаемых рабочим телом низкой плотности, м²;
ρ_PT - плотность рабочего тела, кг/м³;
ρ_Ж - плотность жидкости, окружающей шлангокабель, кг/м³;
S_i - площадь сечения шлангокабеля, занимаемого i-м функциональным элементом, м²;
ρ_i - плотность i-го функционального элемента шлангокабеля, кг/м³;
i=1…n - условный номер функционального элемента.

2. Способ исследования наклонных и горизонтальных скважин, отличающийся тем, что применяют комбинированный кабель, верхняя часть которого состоит из геофизического кабеля, а нижняя из шлангокабеля нулевой плавучести по п.1, с помощью которого осуществляют проталкивание приборов в забой скважины.