Технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин, съемный утяжелитель для геофизического комплекса (варианты) и способ исследования горизонтальных и наклонных скважин
Изобретение относится к области геофизических и гидродинамических исследований. Технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин содержит геофизический кабель-основу, движитель и комплексный каротажный прибор. Движитель, размещенный на кабеле-основе, выполнен из двух участков: верхнего, на котором монтируется съемный утяжелитель, и нижнего, содержащего постоянный утяжелитель и облегченную часть. На нижний участок кабеля-основы уложены слои в следующей последовательности: полимерная подложка, постоянный утяжелитель, армирующий повив проволок, первая – выравнивающая полимерная оболочка, затем вторая – наружная полимерная оболочка. Постоянный утяжелитель выполнен из металлической, например свинцовой, трубки, или обмотки из металлической, например свинцовой, ленты, или чередующихся обмоток стальной и свинцовой проволок, уложенных в один или более слоев, при определяемой расчетным путем, фиксированной длине постоянного утяжелителя. Съемный утяжелитель по первому варианту выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы с центральным каналом по длине, шириной, необходимой для размещения кабеля, поперечным пазом и закладной деталью для паза и центрального канала, при этом торец с одной стороны корпуса имеет вогнутую сферическую форму, а с другой – выпуклую сферическую форму с гнездом под фиксатор крепления закладной детали. Съемный утяжелитель по второму варианту выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы с центральным пазом, необходимым для размещения кабеля, при этом торцы имеют выступы-фиксаторы длиной, равной половине длины центрального паза, и расположенные асимметрично относительно центрального паза. Способ исследования горизонтальных и наклонных скважин включает доставку приборов в интервал исследований геофизическим кабелем-основой с движителем и последующей регистрацией геофизических параметров. Оптимальные весовые и линейные соотношения верхнего и нижнего участков движителя предварительно рассчитывают для каждого профиля ствола скважины с учетом данных инклинометрии, скважинных условий и веса геофизических приборов, и в результате определяют массу дополнительного съемного утяжелителя, монтируемого на верхнем участке движителя. Технический результат: повышение достоверности полученных в результате исследований результатов. 4 с. и 1 з.п. ф-лы. 17 ил.
Изобретение относится к области геофизических и гидродинамических исследований и работ в наклонно направленных и горизонтальных скважинах геофизическими приборами и другими устройствами.
Известно устройство для транспортировки геофизических приборов в глубокие наклонно направленные скважины, включающее шток, каретку с ползуном и расклинивающимися опорами, установленную на штоке с возможностью перемещения вдоль него и соединенную с одним концом тягового троса, пружину, установленную на штоке между упором на нем и кареткой, дополнительную пружину и втулки, причем ограничители установлены в головной части штока и на каретке со стороны расположения пружины, при этом дополнительная пружина размещена на ползуне, который связан с тяговым тросом, втулки же размещены на рычагах опор и шарнирно закреплены на ползуне, а привод с барабаном снабжен муфтой сцепления, соединенной с ограничителями перемещения каретки, и размещен внутри штока (см. а.с. СССР №1105625, МПК G 01 V 3/18, Бюл. №12, 1984 г.).
Недостатком устройства является то, что оно требует дополнительных механизмов, систем питания и управления, что повышает вероятность сбоев и аварий в процессе транспортировки. Кроме того, скорость перемещения по горизонтальному участку скважины мала, что не дает возможности транспортировать приборы на требуемые расстояния за ограниченный промежуток времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению (как для способа, так и для устройств - прототипом является технологический комплекс доставки приборов на забой ГС с “плавающими” пластиковыми трубами (“Горизонталь-4”). Перемещение геофизическою прибора в горизонтальном стволе осуществляется с помощью движителя, закрепляемого на каротажном кабеле.
Технологические операции комплекса следующие:
- в скважину опускают геофизический контейнер в сборе, выполненный из “прозрачного” для геофизических методов исследований материала, специальной пластмассовой трубы, и движитель; в качестве движителя используют утяжеленные трубы;
- далее внутрь труб спускают геофизический прибор на каротажном кабеле и закрепляют движитель с помощью кабельного зажима;
- в собранном виде геофизический инструмент опускают на кабеле в скважину;
- под воздействием усилия, развиваемого движителем, трубы скользят по наклонной плоскости, перемещая контейнер с измерительной аппаратурой по горизонтальному стволу к забою скважины, и осуществляют регистрацию геофизических параметров (см. А.А. Молчанов и др. Геофизические исследования горизонтальных нефтегазоносных скважин. Уч. пособ. -С.Петербург: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 2001, с.141-143).
Однако из-за большого диаметра пластиковых труб комплекс не позволяет производить исследования добывающих скважин, а также горизонтальных стволов малого диаметра, бурящихся из ранее эксплуатировавшихся скважин. Как показала практика, к недостаткам комплекса следует отнести также разрушение материала труб в местах их соединения, что приводит к авариям в скважинах, и влияние пластикового контейнера на результаты измерений.
Задачей создания изобретения является разработка технологического комплекса и способа его использования, свободного от недостатков прототипа, позволяющего проводить исследования каждой конкретной скважины при помощи предварительно рассчитанных конструкций средств доставки скважинных приборов к забоям.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин, содержащий геофизический кабель-основу, движитель и комплексный каротажный прибор, и отличительных существенных признаков, таких как движитель, размещенный на грузонесущем геофизическом кабеле-основе, выполнен из двух участков, верхнего, на котором монтируется съемный утяжелитель, и нижнего, содержащего постоянный утяжелитель и облегченную часть, при этом на нижний участок кабеля-основы уложены слои в следующей последовательности: полимерная подложка, постоянный утяжелитель, армирующий повив проволок, первая - выравнивающая полимерная оболочка, затем вторая - наружная полимерная оболочка. Это позволяет изготавливать грузонесущий геофизический кабель с расположенным на нем движителем, состоящим из постоянного утяжелителя и облегченной части для конкретного потребителя, который априорно задает размер лебедки применяемого каротажного подъемника и планируемые конструкции подлежащих исследованию скважин. Предварительный расчет позволяет выбрать оптимальное соотношение длины постоянного утяжелителя и облегченной части, используя программу для ЭВМ, авт. свид. №2002611579 от 12.09.2002 г. “Программа выбора способов доставки геофизических приборов к забоям горизонтальных скважин”(ЕНОТ-2002), правообладатель ОАО “Пермнефтегеофизика”, авторы Савич А.Д., Шумилов А.В., Килейко Е.С., Ташкинов И.В (далее программа для ЭВМ).
Конструктивная особенность постоянного утяжелителя отражена в пункте 2 формулы изобретения, а именно постоянный утяжелитель выполнен из металлической, например свинцовой, трубки, или обмотки из металлической, например свинцовой, ленты, или чередующихся обмоток стальной и свинцовой проволок, уложенных в один или более слоев, при определяемой расчетным путем фиксированной длине постоянного утяжелителя.
Особенности выполнения съемного утяжелителя отражены в пунктах 3 и 4 формулы изобретения. По первому варианту съемный утяжелитель для геофизического комплекса выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы с центральным каналом по длине, шириной, необходимой для размещения кабеля, поперечным пазом и закладной деталью для паза, при этом торец с одной стороны корпуса имеет вогнутую сферическую форму, а с другой - выпуклую сферическую форму с гнездом под фиксатор крепления закладной детали.
По второму варианту съемный утяжелитель для геофизического комплекса выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы с центральным пазом, необходимым для размещения кабеля, при этом торцы имеют выступы-фиксаторы длиной, равной половине длины центрального паза, и расположенные асимметрично относительно центрального паза.
Поставленная цель в способе исследований согласно пункту 6 формулы изобретения достигается с помощью признаков, общих с прототипом, таких как способ исследования горизонтальных и наклонных скважин, включающий доставку приборов в интервал исследований геофизическим кабелем-основой с движителем и последующей регистрацией геофизических параметров, и отличительных существенных признаков таких как оптимальные весовые и линейные соотношения верхнего и нижнего участков движителя предварительно рассчитывают для каждого профиля ствола скважины с учетом данных инклинометрии, скважинных условий и веса геофизических приборов, и в результате определяют массу дополнительного съемного утяжелителя, монтируемого на верхнем участке движителя.
Технический результатат от использования изобретения - исключение аварийных ситуаций при исследовании скважин; повышенная надежность эксплуатации; возможность исследования каждой конкретной скважины при помощи предварительно рассчитанных конструкций средств доставки скважинных приборов к забоям; обеспечение непрерывного информационного сопровождения процесса бурения ГС за счет регистрации геологических параметров.
Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков (как для способа, так и для устройств) в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности “новизна”.
Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными (как для способа, так и для устройств) обеспечивает решение поставленной задачи, является неочевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.
Объединение трех технических решений в одну заявку связано с тем, что они могут использоваться лишь совместно для решения вышеуказанной технической задачи.
Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид комплекса; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б, постоянный утяжелитель из свинцовой трубки; на фиг.4 - сечение Б-Б, постоянный утяжелитель в виде обмотки из свинцовой ленты; на фиг.5 - сечение Б-Б, постоянный утяжелитель из чередующихся обмоток свинцовой и стальной проволок разного профиля; на фиг.6 - сечение Б-Б, постоянный утяжелитель из стальной проволоки различного сечения, например прямоугольного или круглого; на фиг.7 - съемный утяжелитель по 1-му варианту; на фиг.8 - разрез утяжелителя по А-А фиг.7; на фиг.9 - вид утяжелителя фиг.7 с торца; на фиг.10 - закладная деталь съемного утяжелителя, вид сбоку; на фиг.11 - закладная деталь съемного утяжелителя вид сверху; на фиг.12 - поперечный разрез по А-А фиг.11 утяжелителя; на фиг.13 - общий вид съемного утяжелителя по 2-му варианту; на фиг.14 - вид сбоку фиксатора крепления для утяжелителя по 1-му варианту; на фиг.15 - вид с торца фиксатора крепления фиг 14; на фиг.16 - вилка для расцепления съемных утяжелителей; на фиг.17 - схема исследования горизонтальной скважины.
В комплексе используется съемный утяжелитель конструкции, см. фиг.7-12 (вариант 1) или фиг.13 (вариант 2).
Технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин (фиг.1) содержит геофизический кабель-основу 1, например, марки КГ 7×0,75-75-150, движитель 2 и комплексный каротажный прибор 3. Движитель 2, размещенный на кабеле-основе 1, выполнен из двух участков: верхнего 4, на котором монтируется между фиксаторами 5 съемный утяжелитель 6, и нижнего 7, содержащего постоянный утяжелитель 8 и облегченную часть 9, при этом на нижний участок 7 кабеля-основы 1 уложены слои в следующей последовательности: полимерная подложка 10, постоянный утяжелитель 8, армирующий повив проволок 11, первая - выравнивающая полимерная оболочка 12, затем вторая - наружная полимерная оболочка 13.
Постоянный утяжелитель 8 (фиг.1) выполнен из металлической, например свинцовой, трубки 14 (фиг.3), или обмотки из металлической, например свинцовой, ленты 15 (фиг.4), или чередующихся обмоток 16 (фиг.5) стальной и свинцовой проволок, уложенных в один 17 (фиг.6) или более слоев. При этом определяют расчетным путем фиксированную длину нижнего участка 7 движителя 2 (используется программа для ЭВМ, авт. свид. №2002611579).
Съемный утяжелитель 6 (фиг.1) для геофизического комплекса по 1-му варианту выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых (фиг.7) имеет корпус 18, например, цилиндрической формы с центральным каналом 19 по длине, шириной 20 (фиг.8), необходимой для размещения кабеля 1, поперечным пазом 21 и закладной деталью 22 (фиг.10) для паза 21 и центрального канала 19. Торец 23 с одной стороны корпуса 18 имеет вогнутую сферическую форму, а с другой стороны - выпуклую сферическую форму 24 с гнездом 25 под фиксатор крепления закладной детали 22.
Сборка съемного утяжелителя (вариант 1) между фиксаторами 5 на кабеле-основе 1 производится в следующей последовательности: на кабель надевается корпус 18 и с поворотом на 90° кабель-основа укладывается в паз 19, затем в паз 21 устанавливается закладная деталь 22 и поворачивается на 90° относительно продольной оси корпуса 18; закладная деталь 22 заполняет полости 19 и 21 корпуса 18. Затем встык к установленному утяжелителю 6 торцем 24 монтируется следующий утяжелитель в той же последовательности. Закладную деталь 22 размещают в корпусе 18, и со стороны выступающей сферической формы 24 окончание “О” и деталь 22 образуют с позицией 24 единую поверхность. А с другой стороны позиция 23, окончание детали 22 с выступом “К” образуют замковое соединение со следующей деталью груза в позиции 25. Набор металлических грузов - съемных утяжелителей 6 начинается и заканчивается размещением на кабеле-основе 1 фиксатора крепления 5 (фиг.14). Фиксатор крепления (фиг.15) состоит из двух частей 26 и 27, которые соединяются между собой соединением в виде “ласточкина хвоста” 28 и штифтами, поджатыми пружиной 29 (фиг.15). Узел фиксации 5 на кабеле-основе 1 имеет пружину 30, размещенную между болтом 31 и пальцем 32, установленными в паз 33. Для демонтажа фиксатора 5 служит вилка для расцепления 34 (фиг.16).
Съемный утяжелитель 6 (фиг.1) по второму варианту (фиг.13) для геофизического комплекса выполнен из металлических грузов, каждый из которых имеет корпус 35, например, цилиндрической формы с центральным пазом 36 по длине, шириной паза 37, необходимой для размещения кабеля 1, при этом торцы 38 имеют выступы-фиксаторы 39 длиной, равной половине длины центрального паза 36, и расположенные асимметрично относительно центрального паза.
Сборка съемного утяжелителя (вариант 2) между фиксаторами 5 на кабеле-основе 1 производится в следующей последовательности: на кабель через паз 36 надевается корпус 35 утяжелителя, затем встык к нему устанавливается следующий утяжелитель, выступы-фиксаторы 39 которого входят в паз 36 поверх кабеля-основы 1, и так далее монтируется необходимое количество грузов-утяжелителей. Причем торец 38 корпуса 35, стыкуемый к фиксатору 5, не имеет выступа-фиксатора 39. Таким образом собирается жесткая гирлянда съемных утяжелителей необходимой длины и веса.
Вес съемных утяжелителей по 1-му и 2-му вариантам рассчитывают с использованием пр. ЭВМ авт. свид. №2002611579.
Пример исследования горизонтальных и наклонных скважин с помощью вышеописанных устройств (фиг.17).
Общие условия технологического процесса.
Способ исследования горизонтальных и наклонных скважин предусматривает доставку приборов 3 (фиг.1) в интервал исследований геофизическим кабелем 1, имеющим движитель 2, с последующей регистрацией геофизических параметров. Оптимальные весовые и линейные соотношения верхнего 4 и нижнего 7 участков движителя 2 предварительно рассчитывают (используется программа для ЭВМ, авт. свид. №2002611579) для каждого профиля ствола скважины с учетом данных инклинометрии, скважинных условий и веса геофизических приборов, и в результате определяют массу дополнительного съемного утяжелителя 6, монтируемого на верхнем участке 4 движителя 2.
Проведение геофизических исследований каждой конкретной горизонтальной скважины требует предварительных расчетов усилий, необходимых для доставки скважинных приборов к забоям, на основании которых определяют конструкцию средств доставки, длину и вес съемного утяжелителя, а также осевые усилия, возникающие при подъеме. Предварительные расчеты необходимы также при конструировании средств доставки и подборе материала для их изготовления. При расчетах учитывают особенности всех участков ствола горизонтальной скважины (условно-горизонтального, участка интенсивного набора кривизны, прямолинейных наклонных и вертикального), а также особенности всех технических комбинаций технических средств доставки приборов к забоям.
Пример расчета доставки прибора в горизонтальную часть скважины
Горизонтальная скважина глубиной 1870 м имеет длину условно-горизонтального участка 280 м. Скважина (фиг.17) обсажена технической колонной (40) на глубину 1570 м. Радиус искривления (интервал 1560-1610 м) составляет 75,4 м. Профиль ствола скважины характеризуется следующими значениями зенитных углов: 150 м - 1°; 500 м - 2°; 700 м - 3°; 1000 м - 5°; 1200 м - 11,5°; 1350 м - 15,5°; 1400 м - 32°; 1560 м - 50°; 1610 м - 88°; 1770 м - 96°; 1830 м - 88°; 1880 м - 94°. (R) К забою скважины, заполненной смесью нефти с водой (плотностью 0,9 г/см3), необходимо доставить геофизический прибор (3) массой 20 кг и диаметром 42 мм. Доставка осуществляется при помощи технологического комплекса, состоящего из кабеля-основы (1), постоянного утяжелителя (8) и облегченной части (9), со следующими весовыми характеристиками и приведенной плотностью соответственно: 4,2 Н и 4,8 г/см3; 25,01 Н и 3,1 г/см 3; 19,22 Н и 2,39 г/см3.
Согласно расчета, выполненного по программе “ЕНОТ-2002” для геофизического прибора (3) и облегченной части (9), находящихся в карбонатных отложениях (коэффициент трения 0,35), в составе технологического комплекса необходимо иметь 146 метров постоянного утяжелителя (8), который разовьет усилие 1714,52 Н. Усилие сил трения на горизонтальном участке, создаваемое облегченной частью (9) длиной 280 м и геофизическим прибором (3), составит 1207,97 Н, в том числе геофизическим прибором 21,4 Н. Расчет массы утяжелителя ведут по формуле М=6×D2 - 908 (кг/км), где D - диаметр наружный, мм.
При наличии в конструкции технологического комплекса всего 100 м постоянного утяжелителя (8) создание равноценного усилия возможно при помощи размещения над ним 25 м набора съемных утяжелителей (6), состоящего из свинцовых грузов диаметром 42 мм, с весом единицы длины 125 Н и плотностью 11,35 г/см3 .
Предлагаемое описание подтверждает промышленную применимость технологического комплекса для исследования горизонтальных и наклонных скважин, однако приведенный пример нельзя рассматривать как ограничивающий объем изобретения.
Формула изобретения
1. Технологический комплекс для исследования горизонтальных и наклонных скважин, содержащий геофизический кабель-основу, движитель и комплексный каротажный прибор, отличающийся тем, что движитель, размещенный на кабеле-основе, выполнен из двух участков: верхнего, на котором монтируется съемный утяжелитель, и нижнего, содержащего постоянный утяжелитель и облегченную часть, при этом на нижний участок кабеля-основы уложены слои в следующей последовательности: полимерная подложка, постоянный утяжелитель, армирующий повив проволок, первая - выравнивающая полимерная оболочка, затем вторая - наружная - полимерная оболочка.
2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что постоянный утяжелитель выполнен из металлической, нaпpимep свинцовой трубки или обмотки из металлической, например свинцовой, ленты, или чередующихся обмоток стальной и свинцовой проволок, уложенных в один или более слоев, при определяемой расчетным путем фиксированной длине постоянного утяжелителя.
3. Съемный утяжелитель для геофизического комплекса, отличающийся тем, что он выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы, с центральным каналом по длине, шириной, необходимой для размещения кабеля, поперечным пазом и закладной деталью для паза, при этом торец с одной стороны корпуса имеет вогнутую сферическую форму, а с другой - выпуклую сферическую форму с гнездом под фиксатор крепления закладной детали.
4. Съемный утяжелитель для геофизического комплекса, отличающийся тем, что он выполнен из набора металлических грузов, каждый из которых имеет корпус, например, цилиндрической формы, с центральным пазом, необходимым для размещения кабеля, при этом торцы имеют выступы-фиксаторы длиной, равной половине длины центрального паза, и расположенные асимметрично относительно центрального паза.
5. Способ исследования горизонтальных и наклонных скважин, включающий доставку приборов в интервал исследований геофизическим кабелем-основой, с движителем и последующей регистрацией геофизических параметров, отличающийся тем, что оптимальные весовые и линейные соотношения верхнего и нижнего участков движителя предварительно рассчитывают для каждого профиля ствола скважины с учетом данных инклинометрии, скважинных условий и веса геофизических приборов, и в результате определяют массу дополнительного съемного утяжелителя, монтируемого на верхнем участке движителя.
РИСУНКИ
