СПОСОБ ДОСТАВКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ЗОНУ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УЧАСТКА СТВОЛА СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО НАВЕСНОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2019 года по МПК E21B23/14 E21B47/01 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и производство ремонтных работ в наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважинах приборами инструментами на геофизическом кабеле.

Известен технологический комплекс на базе непрерывной гибкой металлической трубы, намотанной на барабан подъемника, внутри которой пропускается геофизический кабель, к которому подсоединен скважинный прибор. Этот комплекс позволяет доставлять геофизические скважинные приборы в нужные зоны горизонтальных скважин путем их заталкивания в ствол скважины с помощью барабана подъемника, на котором намотана труба (см. например, А.Г. Молчанов и др. «Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб». Стр. 182-183 М., Издательство Академии горных наук, 1999 г.).

Недостатком такого комплекса является высокая стоимость работ в связи с необходимостью использования дорогостоящего спускоподъемного оборудования и комплектующих, а также существенные ограничения по глубине исследуемых действующих скважин.

Известен технологический комплекс для геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин «Латераль» (см., например, А.Д. Савич «Геофизические исследования горизонтальных скважин. Состояние и проблемы» Научно - технический вестник «Каротажник» Выпуск 2(191) стр. 28-31 Тверь 2010), который позволяет осуществлять исследование скважин с избыточным давлением на устье. Комплекс «Латераль» состоит из наземного оборудовании, основными узлами которого являются превентор с трубными и кабельными плашками, герметизирующая головка, лубрикатор, сальниковый очиститель геофизического кабеля, устройство для принудительного спуска (проталкивания) труб и скважинного оборудования: колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) малого диаметра, геофизического кабеля повышенной прочности, кабельного зажима для присоединения колонны НКТ к кабелю и устройства осуществления электрической связи между скважинным прибором и наземным оборудованием («мокрый контакт»).

Недостатком комплекса «Латераль» является сложность конструкции, пониженная надежность узла электрической связи скважинного прибора с наземным оборудованием, возможность возникновения аварийных ситуаций при работах с использованием проталкивающего устройства, ограниченный диапазон давлений на устье действующей скважины, высокие материальные затраты при эксплуатации комплекса.

Известен способ доставки геофизических приборов в горизонтальные скважины, в котором геофизический прибор спускают в скважину и перемещают в горизонтальном стволе в защитном прозрачном для геофизических методов контейнере, закрепленном на нижнем конце колонны бурильных труб. При этом для перемещения геофизического прибора в качестве движителя используют бурильные трубы. Способ обеспечивает высокую надежность проведения геофизических исследований горизонтальных скважин. Однако для его осуществления необходимо проводить спуско-подъем колонны бурильных труб, что требует значительного времени и материальных затрат. В России эта система и другие ее модификации известны под названием «Горизонталь - 1, 2, 3, 4, 5» (см. например, Технология промыслово-геофизических исследований горизонтальных скважин. Проспект АО НПФ «Горизонталь». Уфа).

Известен способ доставки геофизических приборов с помощью груза, подвешиваемого на каротажный кабель выше геофизического прибора (патент США №4082144, кл. Е21В 47/00, опубл. 04.04.1978 г.). Груз выполнен в виде секций, состоящих из трубчатых насадок, связанных между собой при помощи разъемных замковых элементов таким образом, что секции груза свободно насаживаются на каротажный кабель и вместе с геофизическим прибором спускаются в открытый ствол скважины на заданную глубину. Благодаря приданной кабелю жесткости геофизический прибор перемещается в горизонтальной и искривленной части скважины. Преимущество способа по сравнению с известным способом доставки приборов на бурильных трубах состоит в более высокой производительности, т.к. не требуется производить спуско-подъем труб, а все операции по доставке геофизического прибора в горизонтальный ствол осуществляются при помощи каротажного оборудования.

Недостатком способа является низкая надежность, обусловленная возможностью прихвата груза с геофизическим прибором в горизонтальном стволе, т.к. груз обладает значительной массой и требуется значительное усилие для его передвижения по горизонтальному стволу.

Известен технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин, съемный утяжелитель для геофизического комплекса (варианты) и способ исследования горизонтальных и наклонных скважин (патент РФ №2242034 от 12.01.2004 г.).

Недостатком данного комплекса является его сложность и индивидуальность.

Известен способ доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину (патент РФ №2148167 от 26.12.1997 г.). Для доставки в горизонтальную скважину геофизических приборов на каротажный кабель нанизывают толкатель в виде упирающихся на прибор трубчатых насадок, придающих жесткость кабелю, и груза, закрепляемого на кабеле выше толкателя и развивающего необходимое усилие для проталкивания приборов по горизонтальному стволу. При этом толкатель и груз закрепляют неподвижно на кабеле с помощью зажимов. Причем усилие натяжения кабеля между соседними зажимами не превышает веса обреза кабеля, заключенного между указанными зажимами.

Недостатком способа являются низкая надежность при обратном выходе из горизонтального участка и отсутствие гарантий извлечения рассыпавшегося оборудования при обрыве кабеля.

Известен способ исследования наклонных и горизонтальных скважин использованием кабеля специальной «жесткой» конструкции, с помощью которого осуществляют проталкивание приборов на забой скважины (патенты РФ №2105326 от 20.01.1997 г. и №2138834 от 25.12.1998 г.). А также известны конструкции специальных геофизических кабелей для исследования наклонных и горизонтальных скважин (патенты РФ №2087929 от 12.03.1996 г., №2105326 от 20.01.1997 г., №2138834 от 25.12.1998 г. и №2248594 от 27.08.2003 г.), имеющие многослойное бронированное покрытие и оболочки из полимерного материала.

Наиболее близким к заявленным изобретениям являются «Геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин и способ его использования», описанные в патенте РФ №2087929 от 12.03.1996 г. Способ исследования наклонных и горизонтальных скважин при использовании этого кабеля значительно упрощается и заключается в следующем. К серийному кабелю, намотанному на геофизическом подъемнике, подсоединяется кабель предложенной «жесткой» конструкции. Длина его должна быть на 30-40% больше протяженности горизонтального участка ствола скважины. Кабель исполняет роль информационного канала связи, грузонесушую и проталкивающую роль. При необходимости выше армированного куска кабеля могут быть установлены дополнительные грузы.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа и других известных аналогичных способов и устройств, является недостаточная прочность кабеля для извлечения прибора из горизонтального участка ствола. Она определяется прочностью самого слабого участка в системе подвески прибора, в данном случае это верхний тонкий участок или верхний отдельный кусок кабеля. Необходимо учитывать и тот фактор, что в кабельной заделке прочность искусственно ослабляется на 25% согласно Регламенту по эксплуатации геофизических кабелей, потому что кабель никогда не должен рваться по «телу», т.е. оставаться выше прибора и кабельного наконечника во избежание перекрытия им доступа ловильному инструменту.

Задачей изобретения является повышение производительности и надежности исследований наклонных и горизонтальных скважин.

Поставленная задача достигается тем, что в способе доставки геофизических приборов в горизонтальный участок ствола скважины используется определенный кусок «жесткого» проталкивающего кабеля, в нижней части подвески, прикрепив его верхний конец к трубам с максимально возможной прочностью. Вес связки этих труб составляет проталкивающую силу, при их продвижении в вертикальном участке ствола скважины. Эти же трубы являются и гарантом надежного выдергивания «жесткого» кабеля с прибором из горизонтального участка, на случай обрыва геофизического кабеля в заделке наконечника, на котором была спущена приборно-кабельно-трубная подвеска с применением «Устройства навесного соединения». Перед доставкой геофизического прибора в горизонтальный участок ствола ремонтируемой скважины сначала в скважину опускают, имеющиеся на этой скважине, бурильные трубы или НКТ предварительно установив на них снизу хвостовик. Трубы в расчетном количестве подвешивают на элеваторе. Затем через эти трубы в скважину опускают геофизический прибор на куске «жесткого» кабеля, длиной превышающей сумму длин горизонтального участка скважины и связки опускаемых труб. Верхний конец кабеля, куда заправлено устройство навесного соединения, сначала фиксируют на специальном кабельном элеваторе, а затем присоединяют с кабелем каротажного подъемника. Приподняв на этом кабеле прибор с «жестким» кабелем, убирают кабельный элеватор, а затем устройство присоединяют к трубам. Таким образом, подготовленную подвеску освобождают от трубного элеватора и производят исследования. После завершения работ демонтаж производится в обратном порядке.

Если возникают проблемы при обратном ходе прибора в горизонтальном участке, штатный кабель отрывают на кабельном наконечнике и поднимают. А затем на трубах опускают, входящий в комплект исследовательского оборудования, трубный ловитель и извлекают подвеску с прибором. При этом прибор и система подвески свою работоспособность не теряют.

В предлагаемом устройстве навесного соединения, где происходит стыковка двух кабелей и труб, применяемых в качестве груза, выполнен специальный узел для взаимодействия с освобождающимся трубным ловителем. Верхний кабель к устройству присоединяется через обычное кабельное соединение: кабельный наконечник - приборный мост. Для верхнего конца нижнего кабеля - усиленного и «жесткого» и его соединение выполнено максимально прочным, используя для этого двух и более заделочных конусов с регулируемыми распирающими элементами между ними. Узел присоединения труб выполнен с возможностью свободного вращения относительно кабельных переходов для защиты кабелей от перекручивания и для удобства монтажа и демонтажа подвески. При этом, для повышения надежности вращения использован шариковый подшипник насыпного типа.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что применяемый для проталкивания прибора кабель, специальной «жесткой» конструкции, сначала вместе с прибором пропускается через трубы, используемые как утяжелитель. А потом, верхним концом, присоединяется к трубам с максимально возможной прочностью. И только затем присоединяется к каротажному кабелю подъемника, на котором приборная подвеска опускается в зону исследования горизонтального участка ствола скважины. Тем самым решается техническая задача повышения надежности исследований, гарантируя выдергивание прибора с «жестким» кабелем из горизонтального участка на этих трубах, при возможном обрыве каротажного кабеля. Для осуществления указанных соединений используется устройство навесного соединения. Таким образом, предлагаемые технические решения соответствуют критерию «новизна».

Заявителю не известны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых решений критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ. Геофизический прибор 1 в горизонтальный участок ствола 2 скважины 3 проталкивается «жестким» кабелем 4. Верхний конец «жесткого» кабеля 4, максимально прочно прикрепляется к устройству навесного соединения 5, который, в свою очередь, присоединяется через обычное соединение: приборный мост 6 - кабельный наконечник 7 на каротажный кабель 8. Устройство навесного соединения 5 также имеет вращающийся узел соединения к трубам 9 и специальную ловильную шейку 10, для освобождающегося стандартного трубного ловителя (на чертеже не показан). К узлу соединения 9 завернуты трубы 11, используемые как груз для создания проталкивающей силы на «жесткий» кабель 4, при продвижении труб 11 по вертикальному участку ствола 12. Причем кабель 4 с прибором 1 через трубы 11 пропущен после их монтажа на устье скважины 3. На трубах 11, с нижнего конца, установлен хвостовик-обтекатель 13 защищающий кабель 4 от повреждений, а всю подвеску от зацепов при спуске в скважину 3 на серийном каротажном подъемнике (на чертеже не показан) на его кабеле 8.

На фиг. 2 представлено устройство навесного соединения в составе глубинной подвески. Устройство состоит из приборного моста 6, от стандартного кабельного наконечника 7, продолжением которого является переход 14 к корпусу кабельной заделки 15 для верхнего конца «жесткого» кабеля 4. Корпус кабельной заделки 15 выполнен удлиненным для расположения в нем двух и более задел очных конусов 16 со своими гайками 17. Между заделочными конусами 16 установлены распорные элементы 18, состоящие из пары гайка-болт со сквозными центральными отверстиями под жилы кабеля. Корпус кабельной заделки 15 на своем нижнем конце имеет конусные сухари 19 и гайку 20 для дополнительной фиксации оболочки кабеля 4 и для защиты его жил от перекручивания. А с наружной стороны, этот корпус кабельной заделки 15 имеет кольцевую канавку 21, выполняющую роль внутренней обоймы подшипника. Роль наружной обоймы играет зазор 22, оставленный при соединении узла соединений труб 9 и его ловильной шейки 10. Это соединение выполнено для того чтобы появилась возможность насыпки шариков 23 в подшипник, построенный таким образом и служащий для придания возможности взаимного вращения связки кабелей 4, 8 и труб 11.

Пример работы на скважине.

В скважину опускают несколько прошаблонированных рабочих НКТ, предварительно установив, на нижнем конце, хвостовик-обтекатель. Количество труб зависит от протяженности наклонно-горизонтального участка ствола и прочности подъемника с кабелем. Через эти трубы, когда они находятся в подвешенном на элеваторе состоянии, в скважину опускают геофизические приборы на куске «жесткого» каротажного кабеля. Длина «жесткого» кабеля должна быть больше суммы длин горизонтально-наклонного участка скважины и опускаемых труб. Затем, закрепив верхний конец «жесткого» кабеля, на котором заделано устройство навесного соединения, на кабельном элеваторе (на рисунке не показан), присоединяют кабельный наконечник от кабеля каротажного подъемника. Приподнимая прибор на двух кабелях, снимают кабельный элеватор, и устройство навесного соединения присоединяют к трубам. Подвеска готова к исследованиям. Сняв трубный элеватор, прибор доставляют в зону исследований и производят ее в штатном режиме. Демонтаж производится в обратном порядке. В случае возникновения осложнений при обратном ходе прибора, увеличивая нагрузку, обрывают кабель на кабельной заделке и приборную подвеску поднимают на трубах. Затем, установив трубы подвески на элеваторе, довершают подъем прибора на «жестком» кабеле.

Использование дополнительной проталкивающей силы, а также использование для этих целей, имеющихся на скважине (готовых), труб, позволяющих быстрый и без затратный их монтаж, надежное и легкое соединение этих труб с кабельной подвеской с применением устройства навесного соединения, позволяют повысить производительность труда при доставке приборов в горизонтальный участок ствола скважины.

Таким образом, преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является повышение надежности и производительности доставки геофизических приборов в горизонтальный ствол скважины, благодаря чему повышается эффективность их исследования методами промысловой геофизики.

Технический результат от использования изобретения - исключение аварийных ситуаций при исследовании наклонных и горизонтальных скважин; повышенная надежность эксплуатации; возможность исследования наклонных и горизонтальных скважин серийными приборами и оборудованием.

Группа изобретений относится к области геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин приборами. Способ включает доставку геофизических приборов в зону исследования горизонтального участка ствола скважины применением кабеля специальной «жесткой» конструкции в нижней части подвески для проталкивания прибора. Согласно изобретению глубинная подвеска оснащена дополнительным облегчающим проталкивание утяжелителем, в качестве которого использована связка, составленная из имеющихся на исследуемой скважине труб (НКТ или бурильные), предварительно опускают их в скважину и удерживают на устье элеватором, а затем опускают через них в скважину прибор на куске «жесткого» кабеля длиной, превышающей сумму длин горизонтального участка скважины и связки опускаемых труб, а верхний конец «жесткого» кабеля присоединен одновременно к верхнему концу этих труб и к кабельному наконечнику каротажного кабеля подъемника, доставляющего эту подвеску в зону исследования, при помощи устройства навесного соединения, причем трубы-утяжелители одновременно являются и гарантом выдергивания на них «жесткого» кабеля с прибором из горизонтального участка при аварийном отрыве каротажного кабеля. Устройство навесного соединения для осуществления способа состоит из двух кабельных переходов для различных конструкций геофизических кабелей, объединенных в одном корпусе, при этом на нем же выполнен отдельный узел присоединения к трубам, имеющий в верхней своей части ловильную шейку с проточками для освобождающегося трубного ловителя. Технический результат заключается в повышении надежности доставки геофизических приборов в зону исследования. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ доставки геофизических приборов в зону исследования горизонтального участка ствола скважины применением кабеля специальной «жесткой» конструкции в нижней части подвески для проталкивания прибора, отличающийся тем, что глубинную подвеску оснащают дополнительным облегчающим проталкивание утяжелителем, в качестве которого используют связку, составленную из имеющихся на исследуемой скважине труб (НКТ или бурильные), предварительно опускают их в скважину и удерживают на устье элеватором, а затем опускают через них в скважину прибор на куске «жесткого» кабеля длиной, превышающей сумму длин горизонтального участка скважины и связки опускаемых труб, а верхний конец «жесткого» кабеля присоединяют одновременно к верхнему концу этих труб и к кабельному наконечнику каротажного кабеля подъемника, доставляющего эту подвеску в зону исследования, при помощи устройства навесного соединения, причем трубы-утяжелители одновременно являются и гарантом выдергивания на них «жесткого» кабеля с прибором из горизонтального участка при аварийном отрыве каротажного кабеля.

2. Устройство навесного соединения для осуществления способа по п. 1, состоящее из двух кабельных переходов для различных конструкций геофизических кабелей, объединенных в одном корпусе, отличающееся тем, что на нем же выполнен отдельный узел присоединения к трубам, имеющий в верхней своей части ловильную шейку с проточками для освобождающегося трубного ловителя.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что узел присоединения к трубам имеет дополнительную степень свободы относительно кабельных переходов как вращение вокруг их общей вертикальной оси на упорном шариковом подшипнике насыпного типа.

4. Устройство по любому из пп. 2, 3, отличающееся тем, что верхний конец «жесткого» кабеля к кабельному переходу подсоединен максимально возможной прочностью, используя для этого два и более заделочных конуса с установленными между ними распирающими элементами, которые регулируются по длине для равномерного распределения воспринимаемой нагрузки на этих заделочных конусах.