способ спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину и устройство для измерения температурного распределения

Формула изобретения

1. Способ спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину, включающий спуск волоконно-оптического кабеля, намотанного на транспортный барабан, в межколонное пространство скважины, расположение его в скважине, фиксацию изменения температурного распределения в скважине, отличающийся тем, что перед спуском волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину его размещают в колонне гибких труб ГТ, которую наматывают на транспортный барабан, оснащенный трубной обвязкой для подачи жидкости внутрь колонны ГТ, спускают колонну ГТ в межколонное пространство скважины путем вращения транспортного барабана на длину скважины от устья до забоя, подачей жидкости под давлением внутрь колонны ГТ вытягивают колонну ГТ с волоконно-оптическим кабелем по всей длине паронагнетательной скважины, фиксируют температурное распределение в скважине.

2. Устройство для измерения температурного распределения, включающее спущенный в скважину волоконно-оптический кабель, состоящий из оптического волокна, покрытого защитной оболочкой, которая охватывает ее оплетку из стеклонити, при этом защитная оболочка представляет собой слой металлизации, прилегающий к оптическому волокну, верхний конец волоконно-оптического кабеля соединен с аппаратурой для фиксации температурного распределения в скважине, размещенной на устье, отличающееся тем, что волоконно-оптический кабель концентрично размещен внутри ГТ, при этом нижний конец волоконно-оптического кабеля жестко закреплен в наконечнике, навернутом на нижний конец колонны ГТ, причем в наконечнике выполнены отверстия, геометрические размеры которых обеспечивают вытягивание колонны ГТ относительно скважины под действием избыточного давления внутри колонны ГТ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерения температурного распределения при разработке месторождений высоковязких нефтей и битумов в устройствах для добычи высоковязкой нефти и битумов, при воздействии на призабойную зону скважин пара при высоких температурах до 350°C и давлении до 17 МПа.

Известен способ спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину (www. oil and gas international, corn. New real time down hole fider - optic monitoring system launched at SEG. 10/07/2002; Salt Lake City), включающий спуск волоконно-оптического кабеля в скважину с помощью геофизической лебедки и его расположение в ней, измерение температурного распределения в скважине с помощью известной аппаратуры известным методом.

Известно также устройство для измерения температурного распределения в скважинах (www. oil and gas international, corn. New real time down hole fider - optic monitoring system launched at SEG. 10/07/2002; Salt Lake City), включающий размещенное в герметичной металлической трубке, заполненной наполнителем, покрытое защитной оболочкой оптическое волокно.

Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются:

- во-первых, ограниченная область использования способа (температура эксплуатации до 250°C), которая определяется температурой деструкции полимерных материалов (не более 300°C при постоянном воздействии температуры), поскольку его защитная оболочка выполнена из полимера;

- во-вторых, в качестве наполнителя использовано "силиконовое масло", которое при нагреве выделяет водород, диффундирующий через защитную оболочку в оптическое волокно и совместно с кислородом образующий воду, вызывающую деградацию оптического волокна;

- в-третьих, металлическая трубка (наружная оболочка) кабеля изготовлена по технологии лазерной сварки, что удорожает стоимость кабеля.

Также известен способ спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину (патент RU № 2017246, МПК G02B 6/44), включающий спуск волоконно-оптического кабеля в скважину с помощью геофизической лебедки и его расположение в ней, измерение температурного распределения в скважине с помощью известной аппаратуры известным методом.

А также волоконно-оптический кабель (патент RU № 2017246, МПК G02B 6/44), включающий размещенное в герметичной металлической трубке, заполненной наполнителем, покрытое защитной оболочкой оптическое волокно.

Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются:

- во-первых, самопроизвольное и неконтролируемое скручивание волоконно-оптического кабеля в скважине в процессе его спуска (разматывания с барабана) в вертикальных скважинах, при этом возможно недохождение кабеля забоя;

- во-вторых, волоконно-оптический кабель не предназначен для использования в паронагнетательных скважинах вследствие высоких температур и давлений в них.

Наиболее близким по технической сущности является способ спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину (патент RU № 2238578, МПК G02B 6/44, опубл. в бюл. № 29 от 20.10.2004 г.), включающий спуск волоконно-оптического кабеля, намотанного на транспортный барабан для измерения температурного распределения в паронагнетательных скважинах и его расположение в ней, измерение температурного распределения в скважине с помощью известной аппаратуры известным методом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температурного распределения в паронагнетательных скважинах (патент RU № 2238578, МПК G02B 6/44, опубл. в бюл. № 29 от 20.10.2004 г.), включающее размещенный в герметичной металлической трубке, заполненной наполнителем, покрытый защитной оболочкой волоконно-оптический кабель, при этом защитная оболочка представляет собой слой металлизации, прилегающий к оптико-волоконному кабелю, и охватывающую его оплетку из стеклонити, при этом в качестве наполнителя применен инертный газ, при этом слой металлизации выполнен из меди, причем толщина слоя металлизации составляет несколько десятков микрометров, а в качестве инертного газа использован аргон, при этом инертный газ находится под давлением примерно 0,1 МПа, причем металлическая трубка выполнена из нержавеющей стали и состоит из сваренных между собой отрезков цельнотянутых трубок, при этом толщина стенки металлической трубки составляет около 1 мм, причем верхний конец волоконно-оптического кабеля соединен с аппаратурой для фиксации температурного распределения в скважине, размещенной на устье.

Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются:

- во-первых, самопроизвольное и неконтролируемое скручивание волоконно-оптического кабеля в скважине в процессе его спуска (разматывания с барабана) в вертикальных скважинах, при этом возможно недохождение кабеля забоя;

- во-вторых, невозможность гарантированного спуска до забоя волоконно-оптического кабеля в наклонно направленных и горизонтальных скважинах;

- в-третьих, в процессе спуска волоконно-оптического кабеля происходит его трение об стенки колонн скважины, герметичная металлическая трубка с толщиной стенки около 1 мм не обеспечивает необходимую механическую защиту оптического волокна вследствие трения в наклонных и горизонтальных скважинах, что приводит к потере герметичности металлической трубки, вытеканию инертного газа и может привести к механическому повреждению и/или обрыву волоконно-оптического кабеля;

- в-четвертых, искаженные данные о температурном распределении по длине скважины, вследствие скручивания кабеля или отсутствия сигнала с оптико-волоконного кабеля при его механическом повреждении или обрыве, что отрицательно влияет на эффективность паронагнетательной работы скважины;

Задачей изобретения является создание надежного способа спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину с гарантированным размещением волоконно-оптического кабеля от устья до забоя скважины, в том числе в наклонно направленных и горизонтальных скважинах, обеспечение точности измерения температурного распределения относительно ствола паронагнетательной скважины, обеспечение долговременной эксплуатации волоконно-оптического кабеля путем создания устройства, позволяющего исключить как механическое повреждение волоконно-оптического кабеля или его обрыва во время его спуска в скважину, так и прямой контакт волоконно-оптического кабеля со стенками колонны скважины в процессе измерения температурного распределения.

Поставленная задача решается способом спуска волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину, включающим спуск волоконно-оптического кабеля, намотанного на транспортный барабан, в межколонное пространство скважины, расположение его в скважине, фиксацию изменения температурного распределения в скважине.

Новым является то, что перед спуском волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину его размещают в колонне гибких труб ГТ, которую наматывают на транспортный барабан, оснащенный трубной обвязкой для подачи жидкости внутрь колонны ГТ, спускают колонну ГТ в межколонное пространство скважины путем вращения транспортного барабана на длину скважины от устья до забоя, подачей жидкости под давлением внутрь колонны ГТ вытягивают колонну ГТ с волоконно-оптическим кабелем по всей длине паронагнетательной скважины, фиксируют температурное распределение в скважине.

Задача также решается устройством для измерения температурного распределения, включающим спущенный в скважину волоконно-оптический кабель, состоящий из оптического волокна, покрытого защитной оболочкой, которая охватывает ее оплетку из стеклонити, при этом защитная оболочка представляет собой слой металлизации, прилегающий к оптическому волокну, верхний конец волоконно-оптического кабеля соединен с аппаратурой для фиксации температурного распределения в скважине, размещенной на устье.

Новым является то, что волоконно-оптический кабель концентрично размещен внутри ГТ, при этом нижний конец волоконно-оптического кабеля жестко закреплен в наконечнике, навернутом на нижний конец колонны ГТ, причем в наконечнике выполнены отверстия, геометрические размеры которых обеспечивают вытягивание колонны ГТ относительно скважины под действием избыточного давления внутри колонны ГТ.

На фиг.1 схематично изображен предлагаемый способ.

На фиг.2 схематично изображена нижняя часть предлагаемого устройства.

На фиг.3 приведен разрез наконечника и волоконно-оптического кабеля с гибкой трубой.

Предложенный способ осуществляют следующим образом

Останавливают работу паронагнетательной скважины 1 (см. фиг.1). Оптиковолоконный кабель 2 размещают внутри колонны гибких труб (ГТ) 3, крепят его нижний конец в наконечнике 4, например, на базе производственного обслуживания (БПО).

У паронагнетательной скважины 1 размещают капиллярную колтюбинговую установку (ККУ) 5, на транспортный барабан которой намотана колонна ГТ 3 (длиномерная безмуфтовая труба) с концентрично размещенным в ней волоконно-оптическим кабелем 2 и наконечником 4 на нижнем конце. ККУ 5 изготавливается, например, в ООО «Спец-М» (г.Пермь, ул. Ольховская, 2) и выпускается по ГОСТ 15150-65. В качестве ГТЗ может быть использована гибкая труба, например, диаметром 25,4 мм и толщиной стенки 2 мм, что позволяет производить фиксацию температурного распределения при воздействии на призабойную зону скважин паром при высокой температуре до 350°C и давлении до 17 МПа. Опытным путем установлено, что толщины стенки ГТ 3 в 2 мм достаточно для исключения механического повреждения при проведении спуска волоконно-оптического кабеля 2 в паронагнетательную скважину 1.

Через отверстие 6 в планшайбе 7, расположенной на опорном фланце 7' устья 9, пропускают в межколонное пространство 8 скважины 1 колонну ГТ 3. Вращением транспортного барабана ККУ 5 (без применения инжектора) спускают колонну ГТ 3 на длину ствола скважины 1 от ее устья 9 до забоя 10.

Например, длина ствола скважины 1 от ее устья 9 до забоя 10 составляет 250 м, соответственно, разматывание колонны ГТ 3 с транспортного барабана ККУ 5 производят на длину 250 м, что контролируют по счетчику (на фиг.1 и 2 не показано).

Далее через трубную обвязку (на фиг.1, 2 и 3 не показано) ККУ 5 (см. фиг.1) с помощью насоса (на фиг.1, 2, 3 не показано), например, цементировочным агрегатом ЦА-320 осуществляют подачу жидкости под давлением внутрь колонны ГТ 3 (см. фиг.1). В качестве жидкости используют, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м³. Также спуск волоконно-оптического кабеля этим способом можно осуществить в наклонно направленных и горизонтальных скважинах, так как есть возможность вытягивания колонны ГТ 3 в скважине 1.

Поднимают давление во внутреннем пространстве 11 колонны ГТ 3 с волоконно-оптическим кабелем 2. Под действием давления жидкости внутри колонны ГТ 3 происходит вытягивание колонны ГТ 3 с волоконно-оптическим кабелем 2 по всей длине паронагнетательной скважины 1.

Далее с помощью волоконно-оптического кабеля 2 производят измерение температурного распределения по всему стволу скважины 1 от забоя 10 до устья 9 и осуществляют передачу данных с транспортного барабана ККУ 5 по беспроводной связи в кабину оператора ККУ 5, на аппаратуру 12, снабженную системой кодирования и декодирования, а также специализированным программным обеспечением, использующимся для получения, отображения, наблюдения и записи в реальном времени распределения температуры по стволу скважины 1. Аппаратура 12 фиксирует распределение температуры по стволу скважины (Научно-практический журнал "Время колтюбинга" № 37 сентябрь 2011 г. Видал НОЯ, Абдур Рахман АДИЛ, Келлен ВОЛЬФ, Сунг Сеон ЧИ, Джон СТАКЕР, Фернандо РОДРИГЕЗ, SPE, Schlumberger «Первый мировой опыт проведения геофизических исследований в добывающих скважинах с использованием ГНКТ с оптоволоконным кабелем»).

Устройство для измерения температурного распределения в паронагнетательных скважинах включает волоконно-оптический кабель 2 (см. фиг.2), состоящий из оптического волокна 13 покрытого защитной оболочкой 14, которая охватывает ее оплетку (на фиг.1, 2 и 3 не показано) из стеклонити. Защитная оболочка 14 (см. фиг.2) представляет собой слой металлизации, прилегающий к оптическому волокну 13.

Верхний конец волоконно-оптического кабеля 2 (см. фиг.1) соединен с аппаратурой для фиксации температурного распределения в скважине 1, размещенной на устье 9 в кабине оператора ККУ5 и представляющей собой систему кодирования и декодирования, а также специализированное программное обеспечение, использующееся для получения, отображения, наблюдения и записи в реальном времени распределение температуры по стволу скважины 1.

Оптико-волоконный кабель 2 концентрично размещен внутри колонны ГТ 3, при этом нижний конец волоконно-оптического кабеля 2 жестко закреплен в наконечнике 4, навернутом на нижний конец колонны ГТ 3. Оплетка обеспечивает механическую защиту оптического волокна при изготовлении волоконно-оптического кабеля 2. В наконечнике 4 выполнены отверстия 15, геометрические размеры (диаметры) и количество которых обеспечивают вытягивание колонны ГТ 3 под действием избыточного давления внутри колонны ГТ 3.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском предлагаемого устройства в паронагнетательную скважину 1 отключают парогенератор 16 (см. фиг.1), при этом подача теплоносителя, например, пара в колонну труб 17, спущенную в скважину 1, прекращается. Предлагаемое устройство может быть реализовано как в вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах вследствии возможности вытягивания колонны ГТ 3, по длине скважины 1 независимо от того, под каким углом она выполнена.

Производят спуск волоконно-оптического кабеля 2, намотанного на колонну ГТ 3 в паронагнетательную скважину 1, как описано выше. Далее производят вытягивание колонны ГТ 3 относительно ствола скважины 1. Для этого через трубную обвязку (на фиг.1, 2 и 3 не показано) ККУ 5 (см. фиг.1) с помощью насоса (на фиг.1, 2, 3 не показано) осуществляют подачу жидкости внутрь колонны ГТ 3 (см. фиг.1) и поднимают давление во внутреннем пространтсве 11 колонны ГТ 3 с волоконно-оптическим кабелем 2.

Под действием избыточного давления, например, Р=5 МПа (см. фиг.2) колонна ГТ 3 с волоконно-оптическим кабелем 2 вытягивается по всей длине паронагнетательной скважины 1, при этом жидкость в процессе вытягивания колонны ГТ 3 перепускается под избыточным давлением через отверстия 15 наконечника 4 (см. фиг.1).

Геометрические размеры отверстий 15 (см. фиг.3) и их количество, выполненные в наконечнике 4 (см. фиг.1), обеспечивающие вытягивание колонны ГТ 3 (см. фиг.2) с волоконно-оптическим кабелем 2 внутри относительно длины паронагнетательной скважины 1 (см. фиг.1), определяются опытным путем. Например, опытным путем установлено, что для колонны ГТ 3 диаметром 25,4 мм и толщины стенки в 2 мм для вытягивания колонны ГТ 3 под действием избыточного давления в 5 МПа достаточно выполнить наконечник 4 наружным диаметром 30 мм с 4 отверстиями 15 по периметру диаметром 1,5-2 мм. Далее включают парогенератор 16 и возобновляют подачу пара по колонне труб 17 в пласт 18.

Оптическое волокно 13 волоконно-оптического кабеля 2 воспринимает температуру по всему стволу скважины 1 и с транспортного барабана ККУ 5 по беспроводной связи передает данные в кабину оператора ККУ 5, где расположена аппаратура 12, оснащенная системой кодирования и декодирования, а также специализированным программным обеспечением, использующимся для получения, отображения, наблюдения и записи температурного распределения в реальном времени. Аппаратура 12 фиксирует распределение температуры по стволу скважины.

Предлагаемый способ обеспечивает надежный спуск волоконно-оптического кабеля в паронагнетательную скважину, гарантирует размещение волоконно-оптического кабеля от устья до забоя скважины, в том числе в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, обеспечивает точность фиксации температурного распределения относительно ствола паронагнетательной скважины.

Кроме того, предлагаемое устройство обеспечивает долговременную эксплуатацию волоконно-оптического кабеля путем создания устройства, позволяющего исключить как механическое повреждение волоконно-оптического кабеля или его обрыв во время его спуска в скважину, так и прямой контакта волоконно-оптического кабеля со стенками колонн скважины в процессе измерения температурного распределения в скважине.