УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА И ПОДЪЕМА ПРИБОРОВ НА КАБЕЛЕ Советский патент 1994 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к технике для геофизических исследований скважин и может быть использовано при спуске и подъеме приборов на кабеле и скважинах с высоким давлением на устье.

Цель изобретения - повышение надежности в работе на скважинах с высоким давлением на устье.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - схема обвязки насоса высокого давления; на фиг. 3 - участки кольцевых камер.

Устройство содержит помещенную в кузове транспортного средства (не показано) спускоподъемную часть, которая включает барабан 1 лебедки кабестанной системы, установленный на опорной раме 2, укладчик кабеля маятникового типа с обводными роликами 3 и 4, установленный в кронштейне 5, качающийся принудительно вокруг осей подшипников 6 и 7 при помощи гидроцилиндра (не показан), тяговые ролики 8 и 9, размещенные в герметичном корпусе 10, в стенке которого с одной стороны прикреплено уплотнение (не показано) для пропуска вала реверсивного двигателя 11 к тяговому ролику 9, с другой стороны размещено сальниковое уплотнение, выполненное в виде обособленных друг от друга трех кольцевых камер: рабочей 12, предохранительной 13 и сливной 14, камеры охватывают сходящую с барабана ветвь кабеля.

Холодильный агрегат 15 через нагнетательный канал 16 сливной канал 17 соединен с камерами 12 и 13, в которых обеспечивается циркуляция рабочей жидкости, например фреона. Трубопроводы соединяют полость геометричного корпуса 10 с устьем скважины 18 посредством лубрикатора 19 с установленным на нем верхним роликом 20, нисходящего трубопровода с телескопическим 21 и сферическим 22 и 23 герметическими соединениями и наклонного трубопровода с телескопическим герметизированным соединением 24, своими концами прикрепленного через сферический герметизированный разъем 25 к корпусу 10, а через разъем 26 - к корпусу 27 нижнего ролика 28.

Нисходящий и наклонный трубопроводы, а также лубрикатор снабжены фланцевыми соединениями, расчленяющими их на части, длина которых равна длине кузова транспортного средства, на котором смонтирована спускоподъемная часть устройства.

При таком расчленении соединительных трубопроводов предоставляется возможность отрезки труб длиной по 3-4 м укладывать, например, сбоку кузова на кронштейнах, не извлекая кабель из труб. Укладка труб с кабелем внутри может быть организована змеевиком. На устье скважины 18 имеется вентиль 29 для запирания ее перед установкой лубрикатора и кронштейн 30, к которому присоединяется корпус 27 нижнего ролика при помощи стержня 31 для придания всей системе трубопроводов большей жесткости. Сферические герметизированные соединения 22, 23, 25 и 26, а также телескопические 21 и 24 соединения снабжены фиксаторами, предотвращающими их взаимные относительные перемещения после окончания монтажа и под рабочими нагрузками (не показаны).

К валу барабана 1 присоединен вал приводного двигателя 32. Щели барабана 1 имеют дорожки, в которых расположены колодки (либо лента) тормоза барабана. Конструкция тормоза и его привода обычная (не показана). В устройство включен также насос 33, создающий давление, несколько превышающее давление на устье скважины, для подачи герметизирующей жидкости (например, воды) по трубопроводу 34 в полость герметичного корпуса 10 (по мере надобности), забирая ее трубопроводом 35 из емкости 36. Составляющие устройства, расположенные правее линии А-А размещены на транспортном средстве (грузовом автомобиле) стационарно.

Каротажный кабель 37, намотанный на барабан 1 свободным концом, проходит ролики 3 и 4 укладчика кабеля, сквозь кольцевые камеры 12, 13 и 14 сальникового уплотнения несколькими витками охватывает тяговые ролики 8 и 9, проходит внутри наклонной и нисходящей труб, огибая нижний ролик 28 и верхний ролик 20, и попадает в лубрикатор 18, в котором соединяется со скважинным прибором 38. Устройство также содержит сливной кран 39 и трубопровод 40 с клапаном 41.

На фиг. 2 изображена часть устройства, касающаяся герметичного корпуса 10, насоса 33 и кольцевых камер 12, 13 и 14 сальникового уплотнения кабеля 37 для пропуска его в герметичный корпус 10, находящийся под избыточным устьевым давлением.

Участки кольцевых камер 12, 13 и 14 сальникового уплотнения, примыкают к кабелю 37. Здесь диаметр D отверстия кольцевой камеры 13 больше диаметра D¹ соответствующего отверстия в кольцевой камере 12. Пунктирной линией 42 показана поверхность скола, т. е. граница между неподвижной 43 и подвижной 44 "ледяными" корками. Соответственно диаметр dск поверхности скола больше диаметра d_ск¹. Отверстие в кольцевой камере 14 выполнено конусным. Ее стенки снабжены радиальными отверстиями 45 для подачи уплотняющей жидкости насосом 33. Манометр 46 установлен для контроля давления уплотняющей жидкости в кольцевой камере 14. Клапан 47 и кран 48 установлены на выходной линии насоса 33.

Устройство для спуска и подъема приборов работает следующим образом.

Спуск кабеля осуществляется (без давления на устье скважины) включением приводного двигателя 11, вращающего тяговый ролик 9 по направлению движения часовой стрелки. В начальный момент спуска барабан 1 можно не подтормаживать, он будет вращаться кабелем по направлению против движения часовой стрелки. Но по мере увеличения глубины спуска будет обнаруживаться ускорение приводного двигателя 11 и, следовательно, ускоренное движение кабеля 37. В этом случае, подтормозив барабан 1, включают приводной двигатель 11, и в дальнейшем скорость спуска регулируется усилием торможения барабана 1.

Подъем кабеля осуществляется включением обоих приводных реверсивных двигателей (11 и 32). При этом необходимо обеспечить их регулировку по крутящему моменту (М_кр.) с таким расчетом, чтобы приводной двигатель 11 развивал М_кр., необходимый для преодоления силы веса кабеля плюс силы сопротивления его движению в стволе скважины и соединительным трубам, а приводной двигатель 32 развивал натяжение на кабеле, поступающем на барабан 1, равное 150-200 кг, необходимое для создания силы тяги роликом 9 и укладки витков кабеля на барабан.

В случае, если возникает необходимость создания силы натяжения на кабеле, близкой к его разрывной прочности, двигатель 32 необходимо регулировать на максимальный М_кр. такой же, как и у двигателя 11.

Допустим, что устройство смонтировано на устье скважины, заполненной жидкостью (нефть, вода), находящейся под избыточным давлением. Работа выполняется в летних условиях. Включается холодильный агрегат 15, охлаждающий камеры 12 и 13 до необходимой минусовой температуры. При этом броня кабеля примет также минусовую температуру. При открытии вентиля 29 скважиной жидкостью заполняются все полости устройства вплоть до сальникового уплотнения. Скважинная жидкость устремляется по кольцевому зазору между отверстием в кольцевых камерах 12 и 13 и поверхностью кабеля. Однако она, соприкасаясь с холодными стенками кольцевых камер с проволоками брони, примерзает к их поверхностям, затвердевает и этим самым закрывает выход скважинной жидкости в атмосферу. При конструировании кольцевой камеры 12 длина отверстия для пропуска кабеля в ней должна быть выбрана с таким условием, чтобы усилие среза "кольцевой пробки" в сальнике превышало силовое воздействие на ее торец, развиваемое скважинной жидкостью под избыточным давлением.

Для спуска прибора 38 в скважину в условиях, когда кабель "приморожен" в кольцевой камере 12, включается приводной двигатель 11. Тяговый ролик 8 срывает кабель в кольцевой камере 12. Так, в зазоре между кольцевой камерой 12 и кабелем образуются неплотности, в которые устремляются новые порции скважинной жидкости, которые, не успев преодолеть всю длину кольцевого канала, снова вмерзают в кольцевой зазор и движутся вместе с кабелем в полость герметичного корпуса 10. В случае обнаружения выбросов скважинной жидкости в средней камере 14 (выброс из патрубка показан стрелкой) необходимо снизить скорость спуска. Ледяная корка отслаивается от брони и снова переходит в жидкую фазу в герметичном корпусе 10.

Предохранительная кольцевая камера 13 препятствует попаданию выбросов из сальника внутрь помещения, в котором установлена спускоподъемная часть устройства.

Для подъема кабеля включаются приводные двигатели 11 и 32 при одновременном растормаживании барабана 1. При этом движении кабеля "ледяная" корка с кабеля отслаивается частично в камере 14 и в особенности в изгибах кабеля на роликах 3 и 4 укладчика кабеля. В случае появления выбросов скважинной жидкости под давлением в кольцевой камере 14 также следует ограничить скорость движения кабеля.

Если работа устройства выполняется в морозную погоду, то скважинная жидкость, находясь почти неподвижной как внутри лубрикатора 19, так и в трубах, соединяющих его с герметичным корпусом 10, может застыть и затвердеть, препятствуя движению кабеля. В таких условиях необходимо защитить указанные места от переохлаждения, либо (если это допустимо) необходимо стравливать из герметичного корпуса 10 часть скважинной жидкости.

Для работы на скважине с высоким устьевым давлением от перегретого водяного пара либо газоконденсата устройство снабжено насосом 33 для заполнения герметичного корпуса 10 и части примыкающего к нему трубопровода водой (либо другой легко замерзающей жидкостью) до уровня сливного крана 39. Эта работа должна быть выполнена до открытия вентиля 29.

Все операции спуска и подъема при этих скважинных средах выполняются описанным способом. Не исключено, однако, что в зимних условиях конденсирование, например водяного пара, в соединительных трубах устройства будет столь интенсивным, что конденсатор заполнит их. Для предотвращения вмерзания кабеля в трубах конденсат необходимо стравливать через сливной кран. В этих условиях насос 33 не будет работать.

В случае работы сальникового уплотнения с подачей жидкости со скважины, либо насосом 33 в полость герметичного корпуса 10 независимо от того, что кабель движется на подъем или на спуск, уплотняющая "ледяная корка", прилипшая к кабелю, образовывается и перемещается с кабелем при подъеме непрерывно, а при спуске прерывисто, с пульсациями. Уплотняющая жидкость то прорывается в зазор между кабелем и стеной камеры 12 сальникового уплотнения, то оказывается запертой в герметичном корпусе 10.

При достаточном высоком давлении на устье скважины (в несколько сот атмосфер) эти пульсации могут привести к прерывистому движению кабеля и, следовательно, к нежелательным динамическим нагрузкам как на кабеле, так и на спускоподъемных механизмах. Выбор скорости спуска и длины отверстия в кольцевой камере 12 могут быть затрудненными.

Новым в варианте работы сальникового уплотнения является то, что при спуске кабеля в скважину уплотняющая жидкость подается насосом 33 в кольцевую камеру 14 по трубопроводу 40, а по трубопроводу 34 в полость герметичного корпуса 10 еще до начала открытия вентиля 29 на устье скважины, т. е. при неподвижном кабеле и включенном холодильном агрегате 15. Давление, развиваемое насосом 33, можно выбирать сколь угодно малым (одна - две атмосферы). Уплотняющая жидкость в кольцевой камере 14 вскоре будет заперта "ледяными" пробками в щелях между кабелем и отверстиями в кольцевых камерах 12 и 13 и будет поступать лишь в полость герметического корпуса до уровня сливного крана 39, отжимая обратный клапан 41.

Закрытием сливного крана 39 и открытием вентиля 29 в герметичном корпусе 10 давление повышается до уровня устьевого. Клапан 41 под этим давлением закрывается, и насос 33 будет сбрасывать уплотняющую жидкость через собственный редукционный клапан (не показан) в емкость 36.

При движении кабеля 37 на спуск обледеневший кабель на участке кольцевой камеры 13 будет непрерывно перемещаться внутри кольцевой камеры 12, своей "ледяной" коркой преграждая выход жидкости или газа изнутри герметичного корпуса 10 наружу. Выбрав достаточно длинным отверстие для прохода кабеля в кольцевой камере 13, а также выполнив это отверстие несколько больше по диаметру в сравнении с отверстием для прохода кабеля в кольцевой камере 12, можно добиться получения определенного натяга между неподвижной "ледяной" коркой внутри кольцевой камеры 12 и "ледяной" коркой, смерзшейся с броней кабеля внутри кольцевой камеры 13.

Диаметр D отверстия кольцевой камеры 13 больше диаметра D¹ соответствующего отверстия в кольцевой камере 12. Пунктирной линией (фиг. 3) 42 показана поверхность скола, т. е. граница между неподвижной 43 и подвижной 44 "ледяными" корками. Соответственно диаметр d_cк. поверхности скола больше диаметра d_ск¹. Отверстие в кольцевой камере 14 выполнено конусным. Стенки камеры 14 снабжены радиальными отверстиями 45 для подачи уплотняющей жидкости насосом 33. Манометр 46 контролирует давление уплотняющей жидкости в кольцевой камере 14. В случае прорыва жидкости или газа через уплотнение кольцевой камеры 12 клапан 47 немедленно закрывается, манометр показывает резкое увеличение давления, и спуск кабеля должен быть замедлен. Это сигнал о том, что уплотняющая "ледяная" корка не успевает образовываться. Для выполнения операции подъема при помощи крана 48 прекращается доступ уплотняющей жидкости в кольцевую камеру 14, поднимается давление, развиваемое насосом 33 выше уровня давления на устье скважины, и уплотняющая жидкость подается внутрь герметичного корпуса 10, в случае если скважина заполнена не жидкостью и нет (или не хватает) конденсата.

Повышение надежности в работе, технологичности и улучшение эксплуатационных качеств достигается тем, что в герметичный корпус 10, соединенный с помощью скважины, находящийся под избыточным давлением, установлена не вся лебедка с тянущим барабаном, а лишь тяговые ролики 8 и 9. Накопительный барабан лебедки расположен вне герметичного корпуса. При этом сходящая ветвь кабеля с барабана введена в герметичный корпус через сальниковое уплотнение, а привод выполнен в виде двух реверсивных гидро- или электродвигателей, один из которых кинематически связан с наиболее нагруженным усилием перемещения кабеля роликом тягового механизма посредством вала, пропущенного через уплотнение в стенке герметичного корпуса, а другой - с накопительным барабаном 1.

Поскольку диаметр тяговых роликов 8, 9 практически равен размеру бочки барабана, то габариты и масса загерметизированного корпуса 10, в которой они заключены, резко снизились. Расположение тягового механизма возле сальникового уплотнения со стороны скважины (т. е. со стороны высокого давления) позволяет уверенно опускать кабель в скважину и практически независимо от величины избыточного давления на устье и сил сопротивления в сальниковом уплотнении, т. к. усилие, развиваемое тяговым механизмом на кабеле, сравнимо с разрывной прочностью брони.

Улучшению эксплуатационных качеств устройства способствует также введение в него сальникового уплотнения нового типа, в котором вместо традиционных сальниковых набивок, для нагнетания консистентных смазок в уплотняемую щель используется либо скважинная жидкость либо конденсат, либо обычная вода, вводимая в герметичный корпус, которые в уплотняемой щели сальника переводятся в твердое состояние холодильным агрегатом. Этой же цели служит миниатюризация трубопровода, соединяющего герметическую полость корпуса тягового механизма с полостью скважины и введение в него сферических и телескопических разъемов, полностью компенсирующих технологические погрешности изготовления, установки узлов и монтажа. (56) Авторское свидетельство СССР N 712376, кл. Е 21 В 47/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР N 367043, кл. Е 21 В 47/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР N 1051014, кл. Е 21 В 47/00, 1982.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин. Цель изобретения - повышение надежности в работе на скважинах с высоким давлением на устье. Устройство содержит лубрикатор 19, связанный с полостью герметичного корпуса 10 с сальниковым уплотнением посредством трубопроводов. Они выполнены в виде телескопических отрезков 21 и 24 с длиной, равной длине кузова транспортного средства и связаны своими концами со сферическими герметичными соединениями 22 и 23. В кузове размещена спуско подъемная часть включающая барабан 1, размещенные в полости корпуса 10 тяговые ролики 8 и 9 и приводные реверсивные двигатели 11 и 32 посредством вала, пропущенного через уплотнение, а двигатель 32 - с барабаном 1. Сальниковое уплотнение корпуса 10 выполнено в виде трех кольцевых камер 12 - 14, охватывающих сходящую с барабаном 1 ветвь кабеля 37. Камеры 12 и 13 через нагнетательный 16 и сливной 17 каналы соединены с холодильным агрегатом 15, а камера 14 - с атмосферой. Полость корпуса 10 для подачи в нее герметизирующей жидкости связана с насосом 33. Двигатель 11 вращает ролик 9. По мере увеличения глубины скорость вращения двигателя 11 и, следовательно, кабеля 37 увеличивается, тормозить это движение можно с помощью барабана 1. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА И ПОДЪЕМА ПРИБОРОВ НА КАБЕЛЕ , содеpжащее лубpикатоp и помещенную в кузове тpанспоpтного сpедства спускоподъемную часть, включающую баpабан, тяговые pолики, пpиводные pевеpсивные двигатели, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в pаботе на скважинах с высоким давлением на устье, оно снабжено геpметичным коpпусом с сальниковым уплотнением, холодильным агpегатом и насосом, тpубопpоводами для соединения полости геpметичного коpпуса с лубpикатоpом, пpи этом тяговые pолики помещены в полости геpметичного коpпуса, гидpавлически связанной с насосом, сальниковое уплотнение геpметичного коpпуса выполнено в виде тpех кольцевых камеp, охватывающих сходящую с баpабана ветвь кабеля, две из котоpых соединены с нагнетательным и сливным каналами холодильного агpегата, а тpетья - с атмосфеpой. 2. Устpойство по п. 1, отличающееся тем, что один из pевеpсивных двигателей связан с тяговым pоликом посpедством вала, пpопущенного чеpез уплотнение в стенке геpметичного коpпуса, а дpугой - баpабаном. 3. Устpойство по п. 1, отличающееся тем, что тpубопpоводы выполнены в виде телескопических отpезков с длиной, pавной длине кузова тpанспоpтного сpедства, и связаны своими концами сфеpическими геpметичными соединениями.