Способ доставки приборов в скважину и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в технологиях доставки приборов в скважину на кабеле. Техническим результатом изобретения является повышение жесткости кабеля до требуемой величины без увеличения его диаметра и веса. Для этого выбирают кабель требуемой жесткости и веса и закрепляют на нем приборы. Транспортировку приборов в скважину осуществляют под действием веса приборов и кабеля. При этом кабель содержит внутреннюю герметичную трубку, которую перед спуском кабеля в скважину закупоривают пробками с обоих концов. Закачивают в трубку жидкость под давлением через расположенный в верхней пробке запорный клапан и оставляют ее под постоянным давлением на период работы. После этого опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину. Величину давления жидкости в трубке определяют из формулы: P_труб≥P_скв(S_каб/S_труб-1)-Q_кабxL_каб/S_труб<P_разр, где Р_труб - давление жидкости в трубке, кгс/см²; Р_скв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см²; S_каб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см²; S_труб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см; Q_каб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс; L_каб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км; Р_разр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см², определяемое по формуле: Р_разр=F_разр./S_труб, где F_разр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в технологиях доставки приборов в скважину на кабеле.

Известны способы и устройства для доставки приборов в скважину на кабеле, заключающиеся в транспортировке в скважину закрепленных на кабеле приборов под действием собственного веса приборов и кабеля (см., например, Е.И.Бухаленко, В.Е.Бухаленко. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. М.: Недра, 1991, с.225-228).

Недостатком известных способов и устройств доставки приборов в скважину является то, что они не обеспечивают доставку приборов в горизонтальные скважины. Причинами является то, что с увеличением глубины спуска приборов в скважину пропорционально возрастает выталкивающая сила от увеличения давления жидкости в скважине, а также то, что приборы и кабель на участках большой кривизны ложатся на стенку трубы и их вес, направленный вертикально вниз, не может перемещать прибор в сторону от вертикали.

Этот недостаток устранен в другом известном способе доставки приборов в скважину и устройстве для его осуществления, принятых за прототип (см., например, С.Я.Элькинд, В.Н.Бабуров. ОАО “Пермнефтегеофизика”. Опыт исследования горизонтальных скважин в Пермской области // НТВ “Каротажник”. Тверь: АИС, 2002, вып.101, с.86-91).

Способ доставки приборов в скважину по прототипу включает выбор кабеля требуемых жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля.

Устройство для доставки приборов в скважину по прототипу содержит кабель требуемой жесткости и веса с закрепленными на нем приборами.

Недостатком прототипа является то, что для повышения жесткости кабеля используют цельный или составной кабель большого диаметра и большого веса, что создает трудности уплотнения кабеля в лубрикаторе на устье скважины и трудности заталкивания кабеля в скважину при наличии в ней давления на устье, так как выталкивающая сила пропорциональна поперечному сечению кабеля. В результате таких затруднений увеличивается время доставки приборов в скважину, что снижает эффективность технологии и, соответственно, производительность труда.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа и устройства для доставки приборов в скважину на кабеле.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенной группы изобретений, является повышение жесткости кабеля до требуемой величины без увеличения диаметра кабеля и без увеличения его веса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе доставки приборов в скважину, включающем выбор кабеля требуемой жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля, согласно изобретению кабель выбирают с внутренней герметичной трубкой, перед спуском кабеля в скважину закупоривают трубку пробками с обоих концов, закачивают в трубку жидкость под давлением через запорный клапан и оставляют ее под давлением на период работы, после чего опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину, при этом величину давления жидкости в трубке определяют из формулы:

где Р_труб - давление жидкости в трубке, кгс/см²;

Р_скв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см²;

S_каб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см²;

S_труб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см²;

Q_каб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс;

L_кaб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км;

Р_разр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см², определяемое по формуле:

где Р_разр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа доставки приборов в скважину, содержащем кабель требуемой жесткости и веса с закрепленными на нем приборами, согласно изобретению кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачана жидкость, оставленная под постоянным давлением на период работы, при этом давление жидкости в трубке определено по формуле (1).

То, что кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачивают жидкость и оставляют ее под постоянным давлением на период работы, позволяет создать растягивающее усилие одновременно на трубку и на кабель за счет давления жидкости на пробки в противоположных направлениях. При этом чем больше будет давление жидкости в трубке, тем больше будет растягивающее усилие на трубке и на кабеле. При спуске кабеля с приборами как в вертикальную скважину, так и в горизонтальную или наклонную скважины на трубку и кабель действует дополнительное растягивающее усилие от веса кабеля с трубкой и приборов, величина которого пропорциональна длине кабеля. Весом приборов и трением кабеля и приборов о стенки скважин можно пренебречь из-за их небольших значений по сравнению с весом кабеля, незначительного их влияния на жесткость кабеля и взаимно компенсирующего действия веса приборов и указанного трения.

Кроме того, на нижнюю пробку трубки действует гидростатическое давление столба жидкости в трубке, равное гидростатическому давлению скважинной жидкости Р_скв в любой точке скважины. Это давление также растягивает трубку и кабель, так как вторым концом кабель закреплен на барабане лебедки.

При действии на кабель указанных растягивающих усилий кабель становится подобным натянутой струне и приобретает определенную жесткость, препятствуя его складыванию вертикально в скважине при принудительном перемещении его закачанной жидкостью и в горизонтальной, и в наклонной, и в вертикальной скважине. В горизонтальную скважину растянутый усилиями жесткий кабель опускается на большую глубину, чем без растяжения, так как жесткий кабель не складывается и продвигает приборы в горизонтальной части скважины. Как видно, жесткий кабель не складывается в любых условиях скважины. Так как диаметр кабеля с трубкой небольшой и для повышения жесткости кабеля увеличивать диаметр не требуется, то на устье скважины выталкивающая сила тоже небольшая и ее легче преодолеть, чем при использовании кабеля большого диаметра, поскольку выталкивающая сила возрастает пропорционально квадрату диаметра кабеля.

Растяжению кабеля с трубкой совместным действием давления жидкости в трубке, гидростатического давления столба жидкости в этой трубке, а также веса кабеля с трубкой противодействует выталкивающая сила, возникающая от давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора, увеличивающаяся пропорционально глубине скважины, то есть пропорционально длине спущенного в скважину кабеля.

Для того чтобы кабель опускался в скважину при доставке в нее приборов, требуется, чтобы растягивающая его сила была равна выталкивающей силе или превышала ее.

Приведенные формулы (1) и (2) выведены как раз из условия превышения растягивающей силы от совместного действия давления жидкости в трубке, гидростатического давления жидкости в трубке и веса кабеля над выталкивающей силой, возникающей от действия давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора.

Указанное условие имеет вид:

где F_{давл.в трубке}=Р_труб×S_труб - сила растяжения кабеля с трубкой давлением жидкости в трубке, кгс;

Р_{гидростат. в трубке}=Р_cвк×S_труб - сила растяжения кабеля с трубкой гидростатическим давлением столба жидкости в трубке, пропорциональным глубине спуска приборов, кгс;

F_{вec кабеля}=Q_каб×L_каб - сила растяжения кабеля с трубкой весом кабеля с трубкой, пропорциональным длине кабеля, спущенного в скважину, кгс;

Р_выталк=Р_cвк×S_каб - выталкивающая сила от действия гидростатического давления столба скважинной жидкости, пропорционального глубине спуска кабеля с приборами, на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора, кгс.

После подстановки в формулу (3) указанных значений сил получаем следующее неравенство, обеспечивающее возможности доставки приборов в разные скважины:

Из неравенства (4) после его преобразования как раз и определяют давление жидкости в трубке Р_труб по формуле (1).

Полученная величина давления жидкости в трубке обеспечивает возможность доставки приборов в вертикальную, горизонтальную и наклонную скважины.

Чтобы предохранить трубку от возможного ее разрыва высоким давлением жидкости Р_труб, введено ограничение этого давления, которое должно быть меньше разрывного давления Р_разр. Разрывное давление Р_разр определяют по разрывному усилию кабеля, приведенному в паспорте кабеля, путем деления этого усилия на площадь поперечного сечения отверстия трубки. Такая формула для определения Р_разр следует из вышеприведенной формулы (4) для определения силы растяжения кабеля с трубкой давлением жидкости в трубке. Если вместо F_{давлв трубке} поставить значение разрывного усилия из паспорта кабеля, тогда F_{давл в трубке}=F_разр, а Р_труб=Р_разр. Из этого равенства и получается значение Р_разр, приведенное выше в формуле (1).

Предложенное устройство, позволяющее осуществить способ доставки приборов в скважину, показано на чертеже, где изображен его продольный разрез.

Устройство для осуществления способа доставки приборов в скважину содержит кабель 1 с внутренней герметичной трубкой 2 с установленными на ее концах пробками 3 и 4. В верхней пробке 4 расположен запорный клапан 5, через который в трубку 2 между пробками 3 и 4 закачана жидкость 6. На нижнем конце кабеля 2 установлены приборы 7.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину кабеля 1 с внутренней герметичной трубкой 2 закупоривают трубку 2 с обоих ее концов пробками 3 и 4. Через запорный клапан 5 закачивают в трубку 2 жидкость 6 под давлением и оставляют ее под давлением на период работы. Затем опускают кабель 1 с закрепленными на нем приборами 7 в скважину. Величину давления жидкости 6 в трубке 2 Р_труб определяют по формуле (1).

Исходные данные для расчета Р_труб по формуле (1) и результаты анализа расчетов приведены ниже в таблице 1 и под таблицей.

Жидкость 6, находящаяся под расчетным давлением, воздействует на пробки 3 и 4 и создает растягивающее усилие на трубку 2 и на соединенный с ней кабель 1.

Одновременно кабель 1 растягивает его вес и увеличивает гидростатическое давление жидкости 6 на торец пробки 3. Противодействует растягивающим усилиям кабеля выталкивающая сила, равная произведению давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора и поперечного сечения кабеля 1.

При превышении величины растягивающей кабель 1 силы над выталкивающей силой кабель 1 приобретает дополнительную жесткость и не складывается при спуске кабеля 1 в горизонтальную и наклонную скважины или в глубокую вертикальную, что позволяет доставить приборы 7 в любую скважину.

Увеличивать диаметр кабеля 1 для повышения его жесткости не требуется. Следовательно, выталкивающая сила не возрастает и для преодоления сопротивления заталкивания кабеля в скважину требуется меньше усилий.

Таблица 1 Эффективность доставки приборов в скважину увеличивается.
№№пп	Рскв, кгс/см2	dкаб, мм	Sкаб, cм2	dтруб, мм	Sтруб, см2	Qкаб, кгс	Рразр, кгс/см2	Ртруб, кгс/см2	Lкаб, км
1	100	11,3	1	5.3	0,22	4,3533	27272,7	333,9	0,01
2	110	11,3	1	5,3	0,22	43,533	27272,7	183,95	0,1
3	120	11,3	1	5,3	0,22	87,066	27272,7	13,4	0,2
4	150	11,3	1	5,3	0,22	217,665	27272,7	-498,545	0,5
5	200	11,3	1	5,3	0,22	435,33	27272,7	-1351,59	1,0
6	300	11,3	1	5.3	0,22	870,66	27272,7	-3057,68	2,0
7	400	11.3	1	5,3	0,22	1305,99	27272,7	-4763,77	3,0

Расчеты Р_труб, введенные в таблицу, показывают следующее:

с учетом возможности выбросов газов и нефти из пласта в скважину расчеты выполнены для давления флюида на устье скважины Р_cкв=100 кгс/см², действие которого учтено и в глубине скважины;

получается, что наибольшее давление жидкости в трубке Р_труб необходимо создавать в начальный период спуска кабеля из лубрикатора в скважину, когда вес кабеля еще не действует. Но давление необходимо поддерживать до глубины спуска кабеля примерно 200 м, хотя и в меньших значениях;

учтено, что при входе кабеля с приборами в горизонтальную или вертикальную скважину происходит то же самое, что и на устье, а именно вес кабеля не растягивает участок кабеля, лежащий на стенке скважины, но подталкивает этот участок. Если этот участок кабеля будет растянут давлением жидкости в трубке для обеспечения жесткости этого участка, то кабель будет перемещаться в горизонтальную или наклонную скважины точно так же, как при входе кабеля в скважину на ее устье, когда вес кабеля еще не действует;

учитывая приведенное, принимаем величину постоянного давления жидкости в трубке на период работы превышающим расчетное значение 333,9 кгс/см² на предложенную величину гидравлических потерь: Р_труб=350 кгс/см²;

для указанного кабеля ⊘ 11,3 мм с трубкой ⊘ 5,3 мм рекомендуемое паспортом максимальное рабочее давление составит 400 кгс/см². Как видно, расчетное значение 333,9 кгс/см² и принятое давление Р_труб=350 кгс/см² не превышают ни рекомендуемого, ни разрывного давления;

отрицательное значение Р_труб означает, что на глубинах более 200 м действие веса кабеля уже не требует действия давления в трубке для вертикальных скважин. Однако для горизонтальных и вертикальных участков скважин давление Р_труб требуется, как и на устье скважин.

1. Способ доставки приборов в скважину, включающий выбор кабеля требуемых жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля, отличающийся тем, что кабель выбирают с внутренней герметичной трубкой, перед спуском кабеля в скважину закупоривают трубку пробками с обоих концов, закачивают в трубку жидкость под давлением через запорный клапан и оставляют ее под давлением на период работы, после чего опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину, при этом величину давления жидкости в трубке определяют из формулы

Р_труб≥Р_скв(S_каб/S_труб-1)-Q_каб×L_каб/S_труб<Р_разр (1)

где Р_труб - давление жидкости в трубке, кгс/см²;

Р_скв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см ;

S_каб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см²;

S_труб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см²;

Q_каб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс;

L_каб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км;

Р_разр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см², определяемое по формуле Р_разр=F_разр/S_труб, где F_разр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс.

2. Устройство для осуществления способа доставки приборов в скважину, содержащее кабель требуемых жесткости и веса с закрепленными на нем приборами, отличающееся тем, что кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачана жидкость, оставленная под постоянным давлением на период работы, при этом давление жидкости в трубке определено по формуле п.1.