СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН ПРИ НАСОСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК E21B47/01 E21B23/14 

Область техники

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для доставки геофизических приборов и оборудования к забоям наклонно-направленных и горизонтальных скважин, может использоваться при различных исследованиях и работах в скважинах, в частности для контроля параметров флюида скважины.

Уровень техники

Известен способ доставки геофизических приборов и оборудования, включающий размещение и спуск оборудования на геофизическом кабеле по непрерывному трубопроводу меньшего, чем колонна насосно-компрессорных труб (далее НКТ), диаметра, закрепленному на наружной поверхности НКТ. Непрерывный трубопровод спускают совместно с НКТ, а перемещение оборудования в непрерывном трубопроводе осуществляют за счет гидродинамического напора подаваемых в непрерывный трубопровод жидкости или газа (патент № RU2352753, МПК E21B 23/08, опубл. 20.04.2009).

Недостатком известного способа является неразрывность связи НКТ и непрерывного трубопровода, закрепленного на НКТ. При необходимости перемещения или подъема из скважины одного из элементов, например НКТ, неизбежно приходится перемещать или поднимать из скважины второй элемент - непрерывный трубопровод.

Известен способ исследования горизонтальных скважин (Патент № RU2491422, МПК Е21В 47/01, опуб. 27.08.13), включающий технологический комплекс для геофизических исследований наклонно-направленных и горизонтальных скважин, состоящий из скважинного прибора, стыковочных узлов различной конструкции и геофизического кабеля. Стыковочные узлы, выполняющие роль движителя и удлинителя, изготавливаются соответственно из толстостенных и тонкостенных труб, нижняя и верхняя часть которых заканчивается электрическими соединителями, выполняющими функции механического и электрического соединения труб и пропущенного в них кабеля. В составе комплекса имеется герметизирующее оборудование устья скважины, обеспечивающее также спуск прибора и стыковочных узлов в скважину при наличии избыточного устьевого давления.

Недостатком данного способа является низкая вероятность обеспечения надежной электрической связи с геофизическим прибором из-за необходимости сборки большого количества стыковочных узлов в условиях повышенной влажности на устье скважины. Количество электрических соединений при исследовании скважин с условно-горизонтальным участком порядка 500 м может составить 100 и более.

Известен способ контроля параметров флюида (Патент № RU54395, МПК E21B 43/00, опубл. 27.06.2006 г.), включающий спуск закрепленных на геофизическом кабеле измерительных приборов в скважину совместно с электроцентробежным насосом (далее ЭЦН) и их подвешивание ниже ЭЦН на весь межремонтный период, осуществление герметизации устья скважины, предварительно пропустив геофизический кабель и силовой кабель через сальниковые вводы. Фиксация геофизического кабеля на сальниковом вводе с учетом хода приборов и его расположение внутри скважины с использованием децентраторов. Исследование параметров флюида скважины посредством спуско-подьемов геофизических приборов в интервале от насоса до необходимого интервала наклонно-направленного или горизонтального участка ствола скважины.

Недостатком известного способа является его применение исключительно в вертикальных скважинах. Для случаев использования в горизонтальных скважинах данный способ неприменим.

Известен способ доставки геофизических приборов в горизонтальные или наклонно-направленные скважины (Патент № RU2459926, МПК Е21В 23/08, опубл. 27.08.2012 г.), включающий размещение и спуск геофизического кабеля в непрерывном трубопроводе меньшего, чем колонна НКТ, диаметра и совместный спуск непрерывного трубопровода и колонны НКТ в эксплуатационную колонну. При этом нижний конец непрерывного трубопровода соединяют с насадкой герметичным неразъемным в скважинных условиях соединением, колонну НКТ соединяют с насадкой разъемным соединением. Проталкивают колонну НКТ по эксплуатационной колонне горизонтального или наклонной части ствола скважины. Посредством насадки протягивают непрерывный трубопровод, отсоединяют разъемное соединение и поднимают из скважины колонну НКТ. Снабжают колонну НКТ глубинным насосом и спускают в скважину параллельно непрерывному трубопроводу, при этом колонна НКТ с глубинным насосом и геофизический кабель в непрерывном трубопроводе размещены в скважине независимо друг от друга.

Недостатком известного способа является низкая надежность, связанная с необходимостью отсоединения НКТ от насадки в скважине, в случае неотсоединения - невозможность подъема колонны НКТ на поверхность и проведение повторных работ. Кроме того, при реализации известного способа наблюдается большая продолжительность работ, связанная с одновременным спуском непрерывного трубопровода и колонны НКТ, а также проведением дополнительных работ, связанных с необходимостью расстыковки разъемного соединения и подъемом колонны НКТ из скважины, снабжением колонны НКТ эксплуатационным оборудованием (глубинным насосом) и повторным спуском колонны НКТ с эксплуатационным оборудованием (глубинным насосом) в скважину параллельно непрерывному трубопроводу.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ доставки геофизических приборов и оборудования (Патент № EA032471, МПК E21B 47/01, опуб. 31.05.19, прототип) с использованием геофизического кабеля, движителя и удлинителя, устройства осуществления электрической связи в проводящей среде, устройства крепления движителя к геофизическому кабелю, контейнера. При этом движитель и удлинитель состоят из стальных бесшовных насосно-компрессорных труб диаметром 33 мм, которые спускаются в скважину по стандартным технологиям, а контейнер состоит из труб из непроводящего материала.

Недостатком известного способа является выполнение исследований с ограниченной длиной только до кровли продуктивного пласта, НКТ толкают прибор по собственным весом - все это делает невозможным измерение параметров флюида в забойной зоне. Кроме того, отсутствие герметизации устья скважины влияет на точность показателей величины измеряемого давления в скважине из-за снижения давления при аэрации (прокачки воздуха) жидкости, а отсутствие децентраторов для определенного места расположения и крепления геофизического кабеля и кабеля ЭЦН в скважине влияет на надежность спуска геофизических приборов в целом.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности и эксплуатационной безопасности спуска геофизических приборов и оборудования в горизонтальные и наклонно-направленные скважины.

Технический результат заключается в повышении качества измерений параметров флюида скважины за счет возможности реверсивного движения геофизического кабеля с измерительными приборами и/или оборудованием с помощью скважинного трактора и контроля его движения ЭВМ наземной каротажной станции, а также устранения всех перечисленных недостатков, выявленных у прототипа.

Достигается технический результат тем, что способ исследования горизонтальных или наклонно-направленных скважин включает спуск закрепленных на геофизическом кабеле приборов в скважину совместно с погружным насосом, например электроцентробежным насосом (ЭЦН), и их подвешивание ниже насосного оборудования, осуществление герметизации устья скважины, фиксацию геофизического кабеля на сальниковом вводе устройства герметизации устья скважины с учетом хода приборов и его расположение внутри скважины с использованием децентраторов, последующее исследование параметров флюида скважины путем продвижения геофизических приборов в интервале от насосного оборудования до забоя. В отличие известных способов исследования горизонтальных и наклонно-направленных скважин, в предлагаемом способе осуществляется продвижение геофизических приборов с использованием скважинного трактора, при этом обеспечивается бесперебойная связь скважинного трактора через геофизический кабель с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции для контроля и управления движением скважинного трактора и контроля натяжения геофизического кабеля.

Основными особенностями технологии исследования горизонтальных участков скважин является доставка геофизических приборов под глубинно-насосное оборудование (далее ГНО) скважинным трактором, выполненным с возможностью реверсивного движения. Бесперебойная связь скважинного трактора через геофизический кабель с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции и контроль натяжения геофизического кабеля обеспечивают безопасное продвижение приборов в стволе скважины. При этом используется комплекс оборудования, включающий в себя устройство герметизации устья скважины, выполненный в виде устьевой планшайбы (переводника) с двумя сальниковыми вводами, один из которых используется для геофизического кабеля. При этом осуществляется децентрирование колонны НКТ с помощью системы децентраторов, обеспечивающих свободное хождение геофизического кабеля, геофизической аппаратуры и/или оборудования и скважинного трактора от необходимого интервала сильно наклонного горизонтального участка ствола скважины до насоса.

Таким образом, применение данного способа снижает аварийность проведения работ в осложненных участках скважин, обеспечивает возможность прогнозирования проблемных участков для движения, а также обеспечивает возможность безопасно продвигать геофизические приборы на большое расстояние по горизонтальному участку скважины.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется описанием конкретного примера выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:

фиг. 1 схема размещения оборудования в стволе и на устье скважины;

фиг. 2 - планшайба с двумя сальниковыми вводами;

фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1 (устройство децентратора)

фиг. 4 - скважинный трактор.

На представленных изображениях позициями отмечены следующие элементы устройства: 1 - скважина; 2 - колонна насосно-компрессорных труб (НКТ); 3 - насосное оборудование; 4 - устройство герметизации устья скважины; 5 - децентраторы; 6 - скважинный трактор; 7, 8 - сальниковые вводы; 9 - кабель ЭЦН; 11 - фонтанная арматура; 12 - геофизический кабель; 13 - спускоподъемный ролик; 14 - лопасть децентратора; 15 - рычаг скважинного трактора; 16 - центратор; 17 - электронный блок скважинного трактора.

Осуществление изобретения

Предложенный способ применим в скважине 1 с обсадной колонной, в которой установлена колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 с размещенным на ее нижнем конце насосным оборудованием 3 (фиг. 1). Например, в качестве насосного оборудования 3 может быть использован погружной электроцентробежный насос (ЭЦН) или винтовой электронасос (ЭВН), или штанговый глубинный насос (ШГН), или гидроимпульсный насос (ГИН).

Способ спуска геофизических приборов под глубинно-насосное оборудование обеспечивается с использованием оборудования, включающего устройство 4 герметизации устья скважины, систему децентраторов 5 и скважинный трактор 6.

Устройство 4 герметизации устья выполнено в виде устьевой планшайбы с двумя сальниковыми вводами 7 и 8 для кабеля 9 насосного оборудования 3 и геофизического кабеля 12 соответственно и расположено на устьевой фонтанной арматуре 11 (фиг. 1, 2).

Геофизические измерительные приборы закреплены на скважинном тракторе 6, который в свою очередь закреплен на геофизическом кабеле 12, пропущенном через спускоподъемный ролик 13. Расположение геофизического кабеля 12 во внутреннем пространстве скважины контролируется системой децентраторов 5, которые представляют собой хомуты, стянутые вокруг НКТ 2 (фиг. 1, 3). Геофизический кабель 12 пропускается через сальниковый ввод 8 и размещается между направляющими 14 каждого децентратора 5, что обеспечивает свободное хождение геофизического кабеля 12, геофизической аппаратуры и скважинного трактора 6 от забоя до низа насосного оборудования 3.

В предпочтительном примере осуществления способа скважинный трактор 6 содержит (фиг. 1, 4), по меньшей мере, два соединенных тяговых звена, узел фиксации с механизмами, содержащими подвижные рычаги 15 с тяговым и прижимным электродвигателями, обеспечивающими перемещение корпуса и расклинивание подвижных рычагов, и, по меньшей мере, два центратора 16 и электронный блок 17, оснащенный контроллером с программами управления движением, телеметрической системой для связи через геофизический кабель 12 с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции, высокоскоростной телеметрической системой для управления в реальном времени тяговым и прижимным электродвигателями системы рычагов 15.

Геофизические измерительные приборы, установленные на скважинном тракторе 6, закрепленном на геофизическом кабеле 12, спускают в скважину совместно с насосным оборудованием 3 и подвешивают ниже насосного оборудования 3 на весь период исследования или работ.

Спуск геофизических приборов в связке с скважинным трактором 6 в вертикальном участке скважины осуществляется под собственным весом на геофизическом каротажном кабеле 12. При достижении наклонно-направленного или горизонтального участка запускается скважинный трактор 6, назначение которого доставить приборы или оборудование до необходимого интервала в горизонтальный или наклонно-направленный участок скважины, при этом геофизический кабель 12 приспускается. В случае беспрепятственного прохождения аппаратуры до места забоя спускается насосное оборудование 3 на НКТ 2. Кабель 9 насосного оборудования 3 также устанавливается между направляющими 14 децентратора 5 (фиг. 3) и фиксируется предохранительными поясами, причём пояса должны быть пропущены под геофизическим кабелем 12.

После спуска НКТ 2 на верхнюю часть НКТ 2 устанавливают устройство 4 герметизации устья скважины (фиг.1). Остатки геофизического кабеля 12 выматываются со спускоподъемного ролика 13 станции-подъемника и пропускаются через кольцо планшайбы и сальниковый ввод 8. Сальниковый ввод 8 герметизируется, устье обвязывается арматурой. Кабель 9 насосного оборудования 3 аналогичным образом пропускается через сальниковый ввод 7. Запускается насосное оборудование 3, обеспечивая приток жидкости из пласта скважины, скважина выводится на рабочий режим.

Скважинные исследования производится как на спуске, так и подъёме, в зависимости от поставленной задачи. При необходимости контроля параметра флюида устанавливают спускоподъемный ролик 13, наматывают запас геофизического кабеля 12 на барабан лебедки, проводят измерения посредством спуско-подьемов геофизических приборов в интервале от низа насосного оборудования 3 до необходимого интервала наклонно-направленного или горизонтального участка ствола скважины. Движение осуществляется посредством скважинного трактора 6 с одновременной подтяжкой или ослабеванием геофизического кабеля 12 каротажной станцией-подъемником.

Электронный блок 17 скважинного трактора 6 осуществляет бесперебойную связь через геофизический кабель 12 с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции для управления в реальном времени электродвигателями системы рычагов 15 скважинного трактора 6 и контроля его перемещения (фиг. 4).

После выполнения поставленной задачи насосное оборудование 3 останавливается и выполнятся демонтаж в обратном порядке.

Предлагаемый способ дает возможность безопасно продвигать геофизические приборы на большое расстояние в осложненных условиях горизонтальной скважины одновременно осуществляя контроль перемещения скважинного трактора 6 и контроль натяжения геофизического кабеля 12, что по сравнению с известными аналогами, повышает качество измерений параметров скважины, снижает аварийность и увеличивает сферу применяемости.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, предназначено и может использоваться при геофизических исследованиях горизонтальных или наклонно-направленных участков нефтяных и газовых скважин. Способ исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин при насосной эксплуатации включает спуск закрепленных на геофизическом кабеле измерительных приборов в скважину совместно с насосным оборудованием и их подвешивание ниже насосного оборудования, осуществление герметизации устья скважины, фиксацию геофизического кабеля на сальниковом вводе устройства герметизации устья скважины с учетом хода измерительных приборов и его расположение внутри скважины с использованием децентраторов, последующее исследование параметров флюида скважины путем продвижения геофизических приборов в интервале от насосного оборудования до необходимого для проведения исследования участка ствола скважины. Измерительные приборы присоединены к скважинному трактору, который в свою очередь закреплен на геофизическом кабеле. Насосное оборудование размещено на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, а продвижение измерительных приборов относительно насосного оборудования осуществляется с использованием скважинного трактора, выполненного с возможностью реверсивного движения. Для обеспечения бесперебойной связи скважинного трактора через геофизический кабель с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции для контроля и управления движением скважинного трактора и контроля натяжения геофизического кабеля децентраторы расположены вокруг насосно-компрессорных труб, а геофизический кабель размещается между направляющими каждого децентратора с возможностью свободного хода геофизического кабеля относительно децентраторов. Технический результат заключается в повышении качества измерений параметров скважины, снижении аварийности и увеличении сферы применяемости путем возможности безопасного продвижения геофизических приборов на большое расстояние в осложненных условиях ствола скважины. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ исследования наклонно-направленных и горизонтальных скважин при насосной эксплуатации, включающий спуск закрепленных на геофизическом кабеле измерительных приборов в скважину совместно с насосным оборудованием и их подвешивание ниже насосного оборудования, осуществление герметизации устья скважины, фиксацию геофизического кабеля на сальниковом вводе устройства герметизации устья скважины с учетом хода измерительных приборов и его расположение внутри скважины с использованием децентраторов, последующее исследование параметров флюида скважины путем продвижения геофизических приборов в интервале от насосного оборудования до необходимого для проведения исследования участка ствола скважины, отличающийся тем, что измерительные приборы присоединены к скважинному трактору, который в свою очередь закреплен на геофизическом кабеле, насосное оборудование размещено на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб, а продвижение измерительных приборов относительно насосного оборудования осуществляется с использованием скважинного трактора, выполненного с возможностью реверсивного движения, при этом для обеспечения бесперебойной связи скважинного трактора через геофизический кабель с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции для контроля и управления движением скважинного трактора и контроля натяжения геофизического кабеля децентраторы расположены вокруг насосно-компрессорных труб, а геофизический кабель размещается между направляющими каждого децентратора с возможностью свободного хода геофизического кабеля относительно децентраторов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят исследование параметров флюида скважины посредством спуско-подьемов измерительных приборов, для чего устанавливают спускоподъемный ролик и наматывают запас геофизического кабеля на барабан лебедки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство герметизации устья скважины выполнено в виде устьевой планшайбы с двумя сальниковыми вводами для кабеля насосного оборудования и геофизического кабеля соответственно и расположено на устьевой фонтанной арматуре.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважинный трактор содержит, по меньшей мере, два соединенных тяговых звена с управляемой системой подвижных рычагов, выполненных с возможностью перемещения скважинного трактора, по меньшей мере, два центратора и электронный блок, оснащенный контроллером с программами управления движением, телеметрической системой для связи через геофизический кабель с бортовой ЭВМ наземной каротажной станции.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве насосного оборудования использован погружной электроцентробежный насос (ЭЦН), или винтовой электронасос (ЭВН), или штанговый глубинный насос (ШГН), или гидроимпульсный насос (ГИН).