Геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к геофизическим кабелям, и предназначено для спуска и подъема геофизических приборов и аппаратов, их питания электроэнергией и осуществления связи между наземной аппаратурой и приборами, использующимися при геофизических исследованиях горизонтальных и восходящих участков нефтяных и газовых скважин. Геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин содержит по меньшей мере одну токопроводящую жилу и наружную оболочку, при этом по меньшей мере одна токопроводящая жила расположена в массе полимерного композиционного материала цилиндрического сечения, армированного стеклянными или углеродными волокнами. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение продольной упругости геофизического кабеля для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин, обеспечивающей его самовыпрямление при эксплуатации, при одновременном сохранении его прочности и жесткости для проталкивания геофизических приборов в горизонтальных участках скважин. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к геофизическим кабелям, и предназначено для спуска и подъема геофизических приборов и аппаратов, их питания электроэнергией и осуществления связи между наземной аппаратурой и приборами, использующимися при геофизических исследованиях горизонтальных и восходящих участков нефтяных и газовых скважин.

Из существующего уровня техники известен геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин, состоящий из токопроводящих жил, электрической изоляции, двухслойного повива брони, при этом поверх этой брони нанесено покрытие из пластичного материала толщиной 1,5-2,5 мм, дополнительная двухслойная броня с промежутками между отдельными проволоками в наружном повиве, поверх которой нанесено общее покрытие, заполняющее промежутки между проволоками (Патент РФ №2087929, G01V 3/18, опубл. 20.08.1997 г.).

Конструкция кабеля имеет зазоры между проволоками наружного повива дополнительной брони, которые заполнены полимерным материалом наружной оболочки, но заполнение промежутков между проволоками только верхнего слоя наружной пары брони не обеспечивает должной адгезионной прочности наружной оболочки к поверхности проволок и, следовательно, не гарантирует длительной работы кабеля в промышленных условиях.

Известен геофизический кабель, содержащий одну или несколько изолированных токопроводящих жил, скрученных в сердечник и помещенных в промежуточную оболочку, поверх которой наложена броня и наружная оболочка. Броня состоит из трех или более повивов. На участке кабеля, предназначенном для работы в наклонной и горизонтальных частях скважины, начиная со второго или третьего повива брони, до 75% проволок отсечены с равномерным смещением мест отсечения по длине участка при переходе от нижнего повива к верхнему, а оставшиеся проволоки образуют армирующий каркас для полимерных оболочек с обеспечением снижения удельной плотности кабеля на данном участке по крайней мере на 20% по отношению к удельной плотности кабеля на участке, предназначенном для работы в вертикальной части скважины, при этом промежутки между проволоками заполнены полимерным материалом в процессе нанесения внешней полимерной оболочки (Патент РФ №2209450, G01V 1/52, 3/18, H01B 7/18, опубл. 27.07.2003 г.).

Данная конструкция кабеля обеспечивает ему гибкость, при этом укладка проволоки с 25% заполняемостью слоя от плотности приводит к значительному снижению прочности кабеля, а в случае использования его в горизонтальных участках скважины к уменьшению его осевой жесткости.

Наиболее близким аналогом является геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин, конструктивно разделенный на три участка, при этом в верхней и средней части сердечник выполнен путем скрутки вокруг центральной стальной изолированной проволоки изолированных токопроводящих жил и стальных изолированных проволок, а в нижней части, предназначенной для работы в наклонных и горизонтальных частях скважины, сердечник выполняется скруткой вокруг силового стеклопластикового элемента изолированных токопроводящих жил и силовых стеклопластиковых элементов. На сердечник накладывается промежуточная оболочка из полимерного материала. На промежуточную оболочку в верхней части кабеля накладывается два повива брони из стальной оцинкованной проволоки, в средней части повив накладывается с уменьшением количества проволок, а в нижней части часть проволок заменена на силовой стеклопластиковый элемент, близкий по диаметру к диаметру проволок второго повива брони. Поверх брони накладывается наружная оболочка из полимерного материала (Патент РФ №69650, G01V 1/52, опубл. 27.12.2007 г.).

Конструкция данного кабеля имеет постоянный диаметр по длине, который обеспечивает высокое прохождение горизонтальных участков скважин, при этом в нижней части кабеля, предназначенной для работы в горизонтальных участках скважин, упругость достигается за счет сочетания стальных проволок и стеклопластиковых элементов, которые не обеспечивают необходимую жесткость и прочность кабеля.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка конструкции геофизического кабеля для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин, лишенной недостатков вышеуказанных аналогов, а также расширение арсенала средств указанного назначения.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение продольной упругости геофизического кабеля для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин, обеспечивающей его самовыпрямление при эксплуатации, при одновременном сохранении его прочности и жесткости для проталкивания геофизических приборов в горизонтальных участках скважин.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин содержит по меньшей мере одну токопроводящую жилу и наружную оболочку, при этом по меньшей мере одна токопроводящая жила расположена в массе полимерного композиционного материала, армированного стеклянными или углеродными волокнами.

Целесообразно, чтобы параллельно по меньшей мере одной токопроводящей жиле в массе полимерного композиционного материала был размещен стальной трос.

Целесообразно, чтобы наружная оболочка была выполнена из полимерного материала.

Целесообразно, чтобы наружная оболочка была выполнена из гелькоута.

Параллельно по меньшей мере одной токопроводящей жиле в массе полимерного композиционного материала может быть размещено оптическое волокно.

В отличие от прототипа, для придания необходимых механических свойств в конструкции кабеля используется цельный композитный пруток, вовнутрь которого помещен стальной трос, а не сочетание силовых композитных элементов и проволок. Использование в конструкции кабеля композитного материала обеспечивает высокую прочность, жесткость, износостойкость и легкость кабеля. А наружная оболочка из гелькоута, защищает материал от преждевременного износа. Гелькоут устойчив к химическому воздействию, царапинам, ударам и высокой температуре. Он не подвержен растрескиванию и разрушению при резких перепадах температур.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлена конструкция геофизического кабеля для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин, где:

1 - токопроводящие жилы;

2 - полимерный композиционный материал;

3 - стальной трос;

4 - наружная оболочка;

5 - оптическое волокно.

На фиг. 2 представлена технологическая схема исследования скважины с заявленным геофизическим кабелем, где:

6 - заявленный геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин;

7 - барабан с жестким геофизическим кабелем типа КГЖ;

8 - жесткий металлический геофизический кабель типа КГЖ;

9 - кабельный наконечник жесткого геофизического кабеля;

10 - геофизический подъемник;

11 - рольганг;

12 - кабельный наконечник заявляемого геофизического кабеля;

13 - кабельная головка заявляемого геофизического кабеля;

14 - геофизический прибор;

15 - фонтанная арматура;

16 - стопор;

17 - обтюратор.

Геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин включает одну или несколько токопроводящих жил 1, расположенных в массе полимерного композиционного материала 2, армированного стеклянными или углеродными волокнами. Параллельно по меньшей мере одной токопроводящей жиле 1 в массе полимерного композиционного материала 2 размещается стальной трос 3 для аварийного извлечения геофизического прибора из скважины и оптическое волокно 5 для передачи данных. Поверх полимерного композиционного материала 2 нанесена защищающая от преждевременного износа наружная оболочка 4, выполненная из гелькоута или другого полимерного материала. Номинальный диаметр кабеля может быть от 8 до 30 мм, в зависимости от радиуса изгиба скважины и от длины ее горизонтального участка.

Использование предлагаемого кабеля при исследовании горизонтальных и восходящих участков скважин упрощает процесс исследований и заключается в следующем.

В 25-30 метрах от устья скважины устанавливается геофизический подъемник 10 с намотанным на барабане 7 жестким металлическим геофизическим кабелем 8 типа КГЖ. Кабель имеет кабельный наконечник 9 с наружного конца кабеля 8.

В 25-30 метрах от скважины устанавливается барабан с намотанным заявленным геофизическим кабелем 6 для исследования горизонтальных участков скважин. Кабель 6 имеет с наружного (относительно барабана) конца кабельный наконечник 12, а с внутреннего - кабельную головку 13, закрепленную за барабан. К наконечнику 12 прикручивается геофизический прибор 14. Кабель 6 пропускают через рольганг 11, а затем рольганг 11 подвешивают на подъемное устройство.

Прибор 14 на кабеле 6 опускают в скважину, пропуская его в фонтанную арматуру 15 через установленные на фонтанной арматуре 15 стопор 16 и обтюратор 17. Прибор 14 спускают в скважину на всю длину кабеля 6 и закрепляют кабель 6 стопором 16.

Отсоединяют кабельную головку 13 заявленного кабеля 6 от барабана и соединяют с кабельным наконечником 9 геофизического кабеля 8. Делают небольшую натяжку кабеля 8.

Открепляют стопор 16 на фонтанной арматуре 15 и начинают спускать кабель 6 с помощью геофизического подъемника 10.

Спустив прибор 14 до начала горизонтального участка ствола скважины («пятки»), продолжают спускать кабель 6 до конца горизонтального участка скважины («носка»), при этом масса геофизического кабеля 8, находящегося в вертикальной части скважины, является движителем при проталкивании заявленного кабеля 6 до «носка» скважины. Производят регистрацию геофизических параметров скважины на различных режимах ее работы, перемещая прибор 14 от «носка» к «пятке» и обратно. Поднимают прибор 14, наматывая геофизический кабель 8 на барабан 7.

После выхода из скважины соединения кабельного наконечника 9 и кабельной головки 13 заявленного кабеля 6 соединение дотягивают до барабана геофизического подъемника 10 и закрепляют стопор 16 на устье скважины. Раскручивают кабельный наконечник 9 и кабельную головку 13 заявленного самовыпрямляющегося кабеля 6. Кабельную головку 13 закрепляют на барабане. Отпускают стопор 16 на устье скважины и зажимают обтюратор 17 для очистки кабеля 6 от скважинного флюида. С помощью инжектора тянут заявленный кабель 6 к барабану и одновременно наматывают на барабан.

После выхода из скважины геофизического прибора 14 его откручивают от кабельного наконечника 12 заявленного самовыпрямляющегося кабеля 6 и остатки кабеля 6 наматывают на барабан.

Конструкция заявленного геофизического кабеля позволяет доставлять в протяженные горизонтальные участки скважин геофизические приборы методом проталкивания без использования специальных внутрискважинных механизмов.

Таким образом, предлагаемая конструкция изобретения найдет широкое применение в геофизических исследованиях горизонтальных и восходящих участков скважин.

1. Геофизический кабель для исследования горизонтальных и восходящих участков скважин, содержащий по меньшей мере одну токопроводящую жилу и наружную оболочку, отличающийся тем, что по меньшей мере одна токопроводящая жила расположена в массе полимерного композиционного материала цилиндрического сечения, армированного стеклянными или углеродными волокнами.

2. Геофизический кабель по п. 1, отличающийся тем, что параллельно по меньшей мере одной токопроводящей жиле в массе полимерного композиционного материала расположен стальной трос.

3. Геофизический кабель по п. 1, отличающийся тем, что параллельно по меньшей мере одной токопроводящей жиле в массе полимерного композиционного материала расположено оптическое волокно.

4. Геофизический кабель по п. 1, отличающийся тем, что наружная оболочка выполнена из полимерного материала.

5. Геофизический кабель по п. 4, отличающийся тем, что наружная оболочка выполнена из гелькоута.