скважинный контрольно-измерительный комплекс и способ его монтажа в горизонтальной скважине

Формула изобретения

1. Скважинный контрольно-измерительный комплекс, содержащий наземную станцию управления с системой телеметрической информации, соединенную геофизическим кабелем с погружным электроприводным насосом, колонну насосно-компрессорных труб, систему измерительных модулей, включающих в себя геофизические датчики регистрации скважинных параметров (дебита, давления, температуры, влагосодержания) и движитель доставки их в условно-горизонтальный участок скважины, последовательно соединенных между собой на заданном расстоянии друг от друга, обеспечивающем жесткое крепление измерительных модулей и движителя в стволе скважины и передачу информации на станцию управления, отличающийся тем, что геофизические датчики регистрации скважинных параметров и движитель системы измерительных модулей соединены между собой геофизическими кабелями, а геофизический кабель от системы измерительных модулей соединен с геофизическим кабелем от блока телеметрии, расположенного на торце электропривода погружного насоса, посредством кабельного разъема, при этом геофизический кабель блока телеметрии помещен в патрубке, закрепленном на блоке телеметрии, на конце которого установлена розетка кабельного разъема, ориентированная относительно ответного штыря контактной пары кабельного разъема, положение которого зафиксировано другим патрубком, закрепленным в механическом якоре, охватывающим геофизический кабель от системы измерительных модулей.

2. Скважинный контрольно-измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что движитель содержит последовательно состыкованные между собой и электрически соединенные с наземной станцией управления геофизическими кабелями два шагающих модуля, приводимых в движение с помощью электрических микроприводов поочередной перестановки расклинивающихся подпружиненных опор по стенке ствола скважины.

3. Скважинный контрольно-измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что розетка кабельного разъема снабжена уловителем штыря контактной пары.

4. Скважинный контрольно-измерительный комплекс по п.1, отличающийся тем, что на патрубке, закрепленном на блоке телеметрии, расположен центратор ориентации розетки кабельного разъема относительно ответного штыря контактной пары.

5. Способ монтажа контрольно-измерительного комплекса в горизонтальной скважине, включающий сборку оборудования на поверхности скважины, спуск в скважину посредством лебедки с каротажным кабелем системы измерительных модулей, содержащей геофизические датчики регистрации скважинных параметров (дебита, давления, температуры, влагосодержания) и движитель доставки их в условно-горизонтальный участок скважины, спуск электроприводного насоса на колонне насосно-компрессорных труб и установку его на заданной глубине, отличающийся тем, что монтаж скважинного контрольно-измерительного комплекса ведут в два приема, первоначально в скважину спускают систему измерительных модулей с помощью лебедки с каротажным кабелем и закрепляют геофизическим кабелем в механическом якоре, для чего на поверхности скважины закрепляют дополнительно изготовленную установочную трубу верхним переводником на конце колонны насосно-компрессорных труб, а нижним переводником соединяют с механическим якорем, каротажный кабель соединяют с геофизическим кабелем от системы измерительных модулей кабельным разъемом, штырь которого пропускают через сквозной паз, выполненный в стенке установочной трубы шириной, большей поперечного размера кабельного разъема, после чего осуществляют спуск системы измерительных модулей с помощью лебедки путем пропускания геофизического кабеля через сквозной паз установочной трубы и патрубок в механическом якоре, причем сначала при действии усилий собственного веса до поворота движителя системы измерительных модулей в условно-горизонтальный участок скважины, на котором через последовательно соединенные каротажный и геофизический кабели от лебедки включают электропитание микроприводов движителя, последним протягивают систему измерительных модулей в условно-горизонтальном участке скважины до момента посадки кабельного разъема в патрубок механического якоря, в котором фиксируют штырь контактной пары кабельного разъема, затем с помощью установочной трубы и колонны насосно-компрессорных труб механический якорь с кабельным разъемом спускают в скважину и закрепляют на заданной глубине, определяющей достижение системой измерительных модулей заданной зоны в условно-горизонтальном участке скважины, после чего отключают электропитание микроприводов, с помощью лебедки и каротажного кабеля отсоединяют розетку от штыря кабельного разъема и удаляют каротажный кабель с розеткой кабельного разъема из скважины через сквозной паз установочной трубы, последнюю поднимают на колонне насосно-компрессорных труб на поверхность скважины и производят демонтаж установочной трубы, вторым приемом на поверхности скважины производят монтаж на конце колонны насосно-компрессорных труб электроприводного насоса с блоком телеметрии и геофизическим кабелем с розеткой контактной пары кабельного разъема, установленной на торце патрубка, которые затем спускают в скважину и движением ориентированной розетки на зафиксированный штырь контактной пары кабельного разъема при действии усилий контактного нажатия осуществляют сочленение контактной пары кабельного разъема и электрическое соединение геофизических кабелей от блока телеметрии наземной станции управления и системы измерительных модулей в скважине.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что перед спуском в скважину электроприводного насоса с блоком телеметрии и геофизическим кабелем, полости уловителя штыря и розетки кабельного разъема предварительно заполняют жидким герметизирующим наполнителем и предварительно закрывают диафрагмой, последняя при сочленении контактной пары разрывается штырем кабельного разъема и движением штыря вытесняет жидкий герметизирующий наполнитель из полостей уловителя штыря и розетки, герметизируя кабельный разъем.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для измерения и контроля параметров скважины и способам их монтажа, которые могут найти применение при эксплуатации горизонтальных скважин, оборудованных электроприводными насосами.

Известен скважинный контрольно-измерительный комплекс, содержащий последовательно соединенные между собой модуль телеметрии и, по крайней мере, один связочный узел, соединенные при помощи геофизического кабеля с наземной аппаратурой (Патент RU № 2425213 С1. Скважинный контрольно-измерительный комплекс.- МПК: Е21В 47/00, Е21В 47/12. - 27.07.2011).

Известно устройство для контроля глубинных технологических параметров в процессе эксплуатации скважины, включающее устьевое оборудование, электроцентробежный насос с системой передачи телеметрической информации, наземный измерительный пульт и скважинный приборный блок, выполненный в виде системы измерительных модулей, последовательно соединенных между собой посредством отрезков жесткого каротажного кабеля, обеспечивающими жесткое крепление измерительных блоков в стволе скважины, с числом модулей, равным числу продуктивных пластов скважины, и передачу информации от измерительных модулей к электроцентробежному насосу и посредством системы передачи телеметрической информации по силовому кабелю электроцентробежного насоса на наземный измерительный пульт (Заявка RU № 2007130921 А. Устройство для контроля глубинных параметров в процессе эксплуатации скважины. - МПК: Е21В 47/00. - 20.02.2009).

Известно устройство для контроля глубинных технологических параметров в процессе эксплуатации скважины, включающее лебедку с каротажным кабелем, устьевое оборудование, наземную измерительную систему и скважинный приборный блок, последний выполнен в виде измерительных модулей, последовательно соединенных между собой посредством трубных секций, верхняя из которых подсоединена через переходную перфорированную камеру к низу подъемной трубы для продукции скважины. Число модулей равно n-1, где n - число продуктивных пластов скважины. Причем при эксплуатации скважины с повышенным устьевым давлением переходная перфорированная камера жестко соединена с низом насосно-компрессорных труб. При механизированной эксплуатации скважины переходная перфорированная камера закреплена на нижнем конце насосно-компрессорных труб под приемом насоса (Патент RU № 2270918 С1. Устройство для контроля глубинных параметров в процессе эксплуатации скважины. - МПК: Е21В 47/00. - 27.02.2006). Данное устройство принято за прототип.

Недостатком известных технических решений является ограниченность их функциональных возможностей при эксплуатации условно-горизонтальных скважин.

Известен способ подготовки к работе скважинной струйной установки для каротажа горизонтальных скважин, включающий спуск в скважину колонны труб с пакером и опорой, в которой выполнены перепускные окна и посадочное место с последующей распакеровкой пакера, далее на поверхности осуществляют монтаж оборудования на гладкую гибкую трубу, для чего нижний конец гибкой трубы сначала пропускают через проходной канал герметизирующего узла с возможностью перемещения гибкой трубы относительно герметизирующего узла, затем его пропускают через ступенчатый проходной канал и канал подвода откачиваемой среды корпуса струйного насоса, после чего к нижнему концу гладкой гибкой трубы подсоединяют наконечник и посредством последнего закрепляют на гладкой гибкой трубе прибор для проведения исследований или обработки продуктивного пласта скважины, например каротажный прибор или перфоратор, затем размещают герметизирующий узел в ступенчатом проходном канале струйного насоса и проводят спуск гибкой трубы со струйным насосом и прибором для проведения исследований или обработки продуктивного пласта через колонну труб в скважину, по достижении струйным насосом опоры проводят установку струйного насоса на посадочное место опоры, после чего продолжают спуск гладкой гибкой трубы до тех пор, пока прибор для исследования или обработки продуктивного пласта не достигнет зоны исследования или обработки продуктивного пласта, при этом в процессе спуска гибкой трубы прибором для проведения исследования продуктивного пласта проводят регистрацию фоновых значений физических параметров горных пород, например температурных полей (Патент RU № 2252338 С1. Способ подготовки к работе скважинной струйной установки для каротажа горизонтальных скважин. - МПК⁷ : F04F 5/54, Е21В 47/12. - 20.05.2005). Недостатком известного способа является технологическая сложность монтажа оборудования из-за выполнения многочисленных технологических операций, снижающие эффективность его применения.

Известен способ подготовки к работе скважинного насосного оборудования, включающий монтаж оборудования на поверхности, спуск на колонне труб электронасоса, пакера и установку их на заданной глубине. При этом первоначально осуществляют спуск в скважину электронасоса с погружным электродвигателем до кабельного разъема. Затем производят монтаж скважинного насосного оборудования на поверхности, включающий пропускание силового кабеля через навесные элементы пакера, соединение силового кабеля с погружным электродвигателем, установку ствола пакера с пазом на электронасосе или на насосно-компрессорных трубах, заполнение паза в стволе пакера жидким герметизирующим наполнителем с последующим погружением в него силового кабеля, выдерживание жидкого герметизирующего наполнителя до полного или частичного затвердевания и установку навесных элементов на ствол пакера. После этого осуществляют спуск в скважину электронасоса с погружным электродвигателем и пакера с навесными элементами на заданную глубину, пакеровку пакера, установку устьевой арматуры с кабельным вводом и присоединение силового кабеля к наземной станции управления (Патент RU № 2414584 С1. Способ подготовки к работе скважинного насосного оборудования Гарипова. - МПК: Е21В 23/00. - 20.03.2011). Недостатком известного технического решения, принятого за прототип, является ограниченность функциональных возможностей, допускающих проведение работ только в вертикальных скважинах.

Наиболее близким аналогом способа монтажа в скважине контрольно-измерительного комплекса является способ доставки геофизических приборов в скважины, включающий спуск защитного контейнера, закрепленной на конце колонны, состоящий из набора труб, спуск в защитный контейнер на каротажном кабеле геофизического прибора. На нижнюю трубу устанавливают нижний модуль, в котором размещают геофизический прибор с надетой на него пакер-насадкой. На нижний модуль устанавливают верхнюю трубу и осуществляют спуск на заданную глубину. Спуск прибора осуществляют на неразъемном кабеле. После завершения спуска над верхней трубой колонны устанавливают верхний модуль. Модули выполнены в виде труб с уширением в боковую часть обсадной колонны для обеспечения свободного прохода каротажного кабеля между верхней трубой и обсадной колонной. Внутри нижнего модуля со стороны уширения установлены два центрирующих ролика и сальниковое устройство для пропускания каротажного кабеля (Заявка RU № 2007111404 А на изобретение. Способ доставки геофизических приборов в скважины. - МПК: Е21В 47/00. - 10.10.2007). Данное техническое решение принято за прототип.

Недостатком известного способа является технологическая сложность монтажа оборудования в скважине, которая снижает эффективность эксплуатации скважин.

Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является ускорение действий по подготовке к работе скважинного контрольно-измерительного комплекса за счет снижения трудозатрат и повышение эффективности эксплуатации скважин с условно-горизонтальными забоями.

Техническим результатом от использования указанной группы изобретений является оптимизация действий по подготовке к работе скважинного контрольно-измерительного комплекса и повышение эффективности эксплуатации скважин с условно-горизонтальными забоями.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинном контрольно-измерительном комплексе, содержащем наземную станцию управления с системой телеметрической информации, соединенную геофизическим кабелем с погружным электроприводным насосом, колонну насосно-компрессорных труб, систему измерительных модулей, включающих в себя геофизические датчики регистрации скважинных параметров (дебита, давления, температуры, влагосодержания) и движитель доставки их в условно-горизонтальный участок скважины, последовательно соединенных между собой на заданном расстоянии друг от друга, обеспечивающем жесткое крепление измерительных модулей и движителя в стволе скважины и передачу информации на станцию управления, согласно предложенному техническому решению,

геофизические датчики регистрации скважинных параметров и движитель системы измерительных модулей соединены между собой геофизическими кабелями, а геофизический кабель от системы измерительных модулей соединен с геофизическим кабелем от блока телеметрии, расположенного на торце электропривода погружного насоса, посредством кабельного разъема, при этом геофизический кабель от блока телеметрии помещен в патрубке, закрепленном на блоке телеметрии, на конце которого установлена розетка кабельного разъема, ориентированная относительно ответного штыря контактной пары кабельного разъема, положение которого зафиксировано другим патрубком, закрепленным в механическом якоре, охватывающим геофизический кабель от системы измерительных модулей;

движитель содержит последовательно состыкованные между собой и электрически соединенные с наземной станцией управления геофизическими кабелями два шагающих модуля, приводимых в движение с помощью электрических микроприводов поочередной перестановки расклинивающихся подпружиненных опор по стенке ствола скважины;

розетка кабельного разъема снабжена уловителем штыря контактной пары;

на патрубке, закрепленном на блоке телеметрии, установлен центратор ориентации розетки кабельного разъема относительно ответного штыря контактной пары.

Поставленная цель достигается тем, что в способе монтажа контрольно-измерительного комплекса в горизонтальной скважине, включающем сборку оборудования на поверхности скважины, спуск в скважину посредством лебедки с каротажным кабелем системы измерительных модулей, содержащей геофизические датчики регистрации скважинных параметров (дебита, давления, температуры, влагосодержания) и движитель доставки их в условно-горизонтальный участок скважины, спуск электроприводного насоса на колонне насосно-компрессорных труб и установку его на заданной глубине, согласно предложенному техническому решению,

монтаж скважинного контрольно-измерительного комплекса ведут в два приема, первоначально в скважину спускают систему измерительных модулей с помощью лебедки с каротажным кабелем и закрепляют геофизическим кабелем в механическом якоре, для чего на поверхности скважины закрепляют дополнительно изготовленную установочную трубу верхним переводником на конце колонны насосно-компрессорных труб, а нижним переводником соединяют с механическим якорем, каротажный кабель соединяют с геофизическим кабелем от системы измерительных модулей кабельным разъемом, штырь которого пропускают через сквозной паз, выполненный в стенке установочной трубы шириной, большей поперечного размера кабельного разъема, после чего осуществляют спуск системы измерительных модулей с помощью лебедки путем пропускания геофизического кабеля через сквозной паз установочной трубы и патрубок в механическом якоре, причем сначала при действии усилий собственного веса до поворота движителя системы измерительных модулей в условно-горизонтальный участок скважины, на котором через последовательно соединенные каротажный и геофизический кабели от лебедки включают электропитание микроприводов движителя, последним протягивают систему измерительных модулей в условно-горизонтальном участке скважины до момента посадки кабельного разъема в патрубок механического якоря, в котором фиксируют штырь контактной пары кабельного разъема, затем с помощью установочной трубы и колонны насосно-компрессорных труб механический якорь с кабельным разъемом спускают в скважину и закрепляют на заданной глубине, определяющей достижение системой измерительных модулей заданной зоны в условно-горизонтальном участке скважины, после чего отключают электропитание микроприводов, с помощью лебедки и каротажного кабеля отсоединяют розетку от штыря кабельного разъема и удаляют каротажный кабель с розеткой кабельного разъема из скважины через сквозной паз установочной трубы, последнюю поднимают на колонне насосно-компрессорных труб на поверхность скважины и производят демонтаж установочной трубы, вторым приемом на поверхности скважины производят монтаж на конце колонны насосно-компрессорных труб электроприводного насоса с блоком телеметрии и геофизическим кабелем с розеткой контактной пары кабельного разъема, установленной на торце патрубка, которые затем спускают в скважину и движением ориентированной розетки на зафиксированный штырь контактной пары кабельного разъема при действии усилий контактного нажатия осуществляют сочленение контактной пары кабельного разъема и электрическое соединение геофизических кабелей от блока телеметрии наземной станции управления и системы измерительных модулей в скважине;

перед спуском в скважину электроприводного насоса с блоком телеметрии и геофизическим кабелем полости уловителя штыря и розетки кабельного разъема предварительно заполняют жидким герметизирующим наполнителем и предварительно закрывают диафрагмой, последняя при сочленении контактной пары разрывается штырем кабельного разъема и движением штыря вытесняет жидкий герметизирующий наполнитель из полостей уловителя штыря и розетки, герметизируя кабельный разъем.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных скважинного контрольно-измерительного комплекса и способа монтажа его в скважине, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствуют условию патентоспособности «изобретательский уровень».

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку скважинный контрольно-измерительный комплекс и способ монтажа его в горизонтальной скважине предназначены для выполнения измерения и контроля технологических параметров условно-горизонтальных скважин, оборудованных электроприводными насосами. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - повышение оперативности в монтаже скважинного контрольно-измерительного комплекса и эффективности работы скважинного оборудования.

На фиг.1 показана общая схема скважинного контрольно-измерительного комплекса; на фиг.2 - измерительный модуль; на фиг.3 - схема сочленения контактной пары кабельного разъема; на фиг.4 - движитель системы измерительных модулей, на фиг.5 - схема монтажа в горизонтальной скважине контрольно-измерительного комплекса.

Скважинный контрольно-измерительный комплекс включает наземную станцию управления 1 с системой телеметрической информации, соединенную геофизическим кабелем 2 с погружным электроприводным насосом 3 и блоком телеметрии 4, расположенного на торце электропривода 5 погружного насоса 3, колонну насосно-компрессорных труб 6, систему измерительных модулей 7 с движителем 8 доставки их в зону условно-горизонтального участка 9 скважины, последовательно соединенных между собой на заданном расстоянии друг от друга геофизическим кабелем 10, и жесткое закрепление измерительных модулей 7 и движителя 8 в стволе скважины и передачу информации на станцию управления 1 (Фиг.1). Система измерительных модулей 7 включает в себя геофизические датчики регистрации скважинных технологических параметров: дебита 11, давления 12, температуры 13 и влагосодержания 14, заключенные между центраторами 15, фиксирующими положение геофизических датчиков относительно ствола скважины (Фиг.2). Геофизический кабель 10 системы измерительных модулей 7 соединен посредством кабельного разъема 16 с геофизическим кабелем 2 от блока телеметрии 4, связанной с наземной станцией управления 1. Геофизический кабель 2 подвижно помещен в патрубке 17. На конце геофизического кабеля 2 установлена розетка 18 кабельного разъема 16, которая закреплена на торце патрубка 17 и ориентирована относительно штыря 19 контактной пары посредством центратора 20, установленного на патрубке 17. Розетка 18 кабельного разъема 16 снабжена уловителем 21 для улавливания штыря 19 при сочленении контактной пары кабельного разъема 16 (Фиг.3). Положение штыря 19 кабельного разъема 16 зафиксировано патрубком 22, охватывающим геофизический кабель 10 системы измерительных модулей 7 и закрепленным в механическом якоре 23. Движитель 8 содержит два последовательно состыкованных между собой и электрически соединенных шагающих модуля 24, приводимых в движение с помощью электрических микроприводов поочередной перестановки расклинивающихся подпружиненных опор 25 по стенке ствола скважины (Фиг.4).

Монтаж контрольно-измерительного комплекса в горизонтальной скважине осуществляется в два приема. Первым приемом выполняют сборку на поверхности 26 скважины и спуск в скважину посредством лебедки 27 и каротажного кабеля 28 системы измерительных модулей 7, содержащей геофизические датчики 11, 12, 13 и 14 регистрации скважинных параметров и доставку их движителем 8 в заданную зону условно-горизонтального участка 11 скважины. Для этого на конце каротажного кабеля 28 установлена розетка 18 контактной пары кабельного разъема 16. На поверхности 26 скважины каротажный кабель 28 соединяют с геофизическим кабелем 10 системы измерительных модулей 7 кабельным разъемом 16, пропущенным через сквозной паз 29, выполненный в стенке установочной трубы 30 шириной, большей размера кабельного разъема 16. Установочная труба 30 смонтирована верхним переводником на конце колонны насосно-компрессорных труб 6 и нижним - с механическим якорем 23, в патрубке 22 которого размещен геофизический кабель 10 с возможностью продольного перемещения. Спуск системы измерительных модулей 7 осуществляют с помощью лебедки 27 путем пропускания геофизического кабеля 2 через сквозной паз 29 установочной трубы 30 и механический якорь 23, причем сначала под действием усилий собственного веса до поворота движителя 8 в условно-горизонтальный участок 11 скважины, на котором через последовательно соединенные каротажный 28 и геофизический 10 кабели включают электропитание микроприводов движителя 8, последним перемещают систему измерительных модулей 7 в условно-горизонтальном участке 11 скважины до момента посадки кабельного разъема 16 в патрубок 22 механического якоря 23, в котором фиксируют штырь 19 кабельного разъема 16, затем механический якорь 23 с кабельным разъемом 16 спускают на колонне насосно-компрессорных труб 6 в скважину с помощью установочной трубы 30 и закрепляют на заданной глубине, определяющей достижение системой измерительных модулей 7 заданной зоны в условно-горизонтальной части 11 скважины. После этого отключают электропитание микроприводов. С помощью лебедки 27 отсоединяют розетку 18 от штыря 19 контактной пары кабельного разъема 16 и удаляют каротажный кабель 28 с розеткой 18 кабельного разъема 16 из скважины через сквозной паз 29 установочной трубы 30, последнюю поднимают на колонне насосно-компрессорных труб 6 на поверхность 26 скважины и производят демонтаж установочной трубы 30 (Фиг.5). Вторым приемом на поверхности 26 производят монтаж на конце колонны насосно-компрессорных труб 6 электроприводного насоса 3 с блоком телеметрии 4 и геофизическим кабелем 2, при этом розетку 18 кабельного разъема 16 на конце геофизического кабеля 2 предварительно заполняют жидким герметизирующим наполнителем и предварительно закрывают диафрагмой 31. Затем осуществляют спуск электроприводного насоса 3 на колонне насосно-компрессорных труб 6 и установку его на глубине стыковки геофизического кабеля 2 от блока телеметрии 4 с геофизическим кабелем 10 системы измерительных модулей 7 посредством кабельного разъема 16. Движением розетки 18 в направлении штыря 19 контактной пары кабельного разъема 16 уловитель 21 на розетке 18 улавливает штырь 19 контактной пары кабельного разъема 16, разрывает диафрагму 31 на уловителе 21 и сочленением контактной пары кабельного разъема 16 соединяет геофизический кабель 2 от блока телеметрии 4 с геофизическим кабелем 10 в механическом якоре 23, вытесняя штырем 19 жидкий герметизирующий наполнитель из полости розетки 18 контактной пары, герметизируя тем самым кабельный разъем 16. Таким образом подключается система измерительных модулей 7 к наземной станции управления 1 с системой обработки телеметрической информации.

Предложенный скважинный контрольно-измерительный комплекс позволяет оптимизировать монтаж скважинного контрольно-измерительного комплекса и повысить эффективность эксплуатации скважин с условно-горизонтальными забоями.