технологический комплекс для геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин с избыточным давлением на устье и способ его использования

Формула изобретения

1. Технологический комплекс для геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин с избыточным давлением на устье, состоящий из наземного оборудования, основными узлами которого являются плашечный превентор, герметизирующая головка и лубрикатор с приемной камерой, и скважинного оборудования, включающего геофизический кабель и скважинную сборку, отличающийся тем, что лубрикатор помимо приемной камеры содержит поворотный кронштейн, а скважинная сборка состоит из скважинного прибора и стыковочных узлов, выполняющих роль движителя и удлинителя, причем электрическая связь между скважинным прибором и наземным оборудованием осуществляется через геофизический кабель и разъемы, а доставка скважинного прибора в интервал исследования осуществляется за счет собственного веса скважинной сборки.

2. Способ геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин с избыточным давлением на устье, характеризующийся тем, что скважинная сборка, включающая скважинный прибор и стыковочные узлы, выполняющие роль движителя и удлинителя, а также геофизический кабель спускают в скважину и извлекают из скважины поэтапно, под действием собственного веса с использованием быстросъемной приемной камеры лубрикатора и плашечного превентора, устанавливаемого на устье скважины, причем герметизацию устья скважины в процессе производства спуско-подъемных операции производят на переходниках стыковочных узлов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований в наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважинах приборами и инструментами на геофизическом кабеле.

Проведение геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин с избыточным давлением на устье (действующих скважин) является сложной технологической проблемой из-за технических трудностей доставки геофизических приборов в горизонтальные и наклонные участки скважин. Решение этой проблемы связано с большими материальными затратами и повышенной опасностью выполнения операций. В настоящее время известно очень мало технических средств и технологических комплексов в той или иной степени позволяющих выполнять такие работы.

Известен технологический комплекс на базе специализированного жесткого геофизического кабеля, состоящего из токоведущих жил, электрической изоляции, двухслойного повива брони, отличающийся тем, что поверх этой брони нанесено покрытие из пластичного материала толщиной 1.5 2.5 мм, дополнительная двухслойная броня с взаимно противоположным повивом и промежутками между отдельными проволоками в повивах, равными 0.5 1 диаметра проволок, поверх которой нанесено общее покрытие из пластичного материала, заполняющего промежутки между проволоками, (см., например. Патент РФ на изобретение № 2087929 кл. 6 G01V 3/18, 1996 г.).

Недостатком такого комплекса являются большой диаметр кабеля и его пружинящие свойства, что приводит к невозможности эффективной герметизации кабеля и спуска его в скважину при наличии избыточного давления на устье скважины.

Известен способ спуска геофизического пробора в скважину с избыточным давлением, при котором устанавливают на устьевой арматуре превентор, приемную секцию лубрикатора с размещенным в ней скважинным прибором, выравнивают давление в приемной секции и скважине и затем посредством уплотнителя и системы роликов спускают прибор в скважину, отличающийся тем, что предварительно соединяют скважинный прибор с отрезком кабеля и осуществляют спуск прибора до момента расположения свободного конца отрезка кабеля над превентором, закрывают превентор, стравливают давление в приемной секции, секцию убирают, соединяют свободный конец отрезка кабеля с каротажным кабелем подъемника, а на превенторе устанавливают уплотнитель и направляющий ролик и спускают прибор до заданной глубины, (см., например, Патент РФ на изобретение № 2029853 кл.6 E21B 33/03, 47/00 1991 г.).

Недостатком такого способа является невозможность его использования для исследования горизонтальных и наклонных действующих скважин, поскольку он применим только в вертикальных скважинах.

Известен технологический комплекс на базе непрерывной гибкой металлической трубы, намотанной на барабан подъемника (coiled tubing), внутри которой пропускается геофизический кабель, к которому подсоединен скважинный прибор. Этот комплекс позволяет доставлять геофизические скважинные приборы в нужные зоны горизонтальных скважин путем их заталкивания в ствол скважины с помощью барабана подъемника, на котором намотана труба. Комплекс можно использовать в том числе для исследования скважин с избыточным давлением на устье, (см. например, А.Г. Молчанов и др. «Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб». Стр. 182-183 М., Издательство Академии горных наук, 1999 г.).

Недостатком такого комплекса является высокая стоимость работ в связи с необходимостью использования дорогостоящего спуско-подъемного оборудования и комплектующих, а также существенные ограничения по глубине исследуемых действующих скважин и по величине избыточного давления на устье.

Наиболее близким к предлагаемому является технологический комплекс для геофизических исследований наклонных и горизонтальных скважин «Латераль», который позволяет осуществлять исследование скважин с избыточным давлением на устье Для этого в составе комплекса имеется оборудование, которое позволяет проводить герметизацию геофизического кабеля и труб малого диаметра, а также их принудительный спуск и подъем при наличии давления на устье скважины до 35 МПа.

Технологический комплекс «Латераль» состоит из наземного оборудовании, основными узлами которого являются превентор с трубными и кабельными плашками, герметизирующая головка, лубрикатор, сальниковый очиститель геофизического кабеля, устройство для принудительного спуска (проталкивания) труб и скважинного оборудования: колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) малого диаметра, геофизического кабеля повышенной прочности, кабельного зажима для присоединения колонны НКТ к кабелю и устройства осуществления электрической связи между скважинным прибором и наземным оборудованием («мокрый контакт»).

Технологические операции по доставке геофизических приборов в горизонтальную часть ствола действующей скважины выполняются в следующей последовательности.

1. Превентор и нижнюю часть проталкивающего устройства присоединяют к устью скважины.

2. Собирают подвеску в составе: геофизический скважинный прибор, неподвижная часть «мокрого контакта», нижняя труба НКТ, верхняя часть проталкивающего устройства.

3. Подвеску поднимают над устьем и проталкивают в скважину до задвижки.

4. Приводят в рабочее положение оборудование принудительного спуска (проталкивающее устройство).

5. Открывают задвижку и производят принудительный спуск необходимого количества НКТ.

6. Присоединяют колонну НКТ к кабелю.

7. На превентор монтируют лубрикатор с герметизирующей головкой

8. Осуществляют спуск колонны НКТ в скважину на кабеле. (см., например, А.Д. Савич «Геофизические исследования горизонтальных скважин. Состояние и проблемы» Научно-технический вестник «Каротажник» Выпуск 2(191) стр.28-31 Тверь 2010).

Недостатком комплекса «Латераль» является сложность конструкции, пониженная надежность узла электрической связи скважинного прибора с наземным оборудованием, возможность возникновения аварийных ситуаций при работах с использованием проталкивающего устройства, ограниченный диапазон давлений на устье действующей скважины, высокие материальные затраты при эксплуатации комплекса.

Сущностью изобретения является упрощение конструкции и удешевление оборудования, повышение надежности узла электрической связи скважинного прибора с наземным оборудованием, возможность работы в скважинах при любом избыточном давлении на устье, повышение безопасности работ по исследованию скважин за счет исключения аварийных ситуаций, снижение материальных затрат при эксплуатации комплекса.

Это достигается тем, что за счет использования специальной технологии поэтапного спуска прибора в действующую скважину и конструктивных особенностей комплекса, из его состава исключается проталкивающее устройство, в состав скважинной сборки, состоящей из скважинного прибора, стыковочных узлов и геофизического кабеля включаются стыковочные узлы различной конструкции, выполняющие роль движителя и удлинителя, электрический контакт скважинного прибора с наземным оборудованием осуществляется через геофизический кабель и высоконадежные стандартные разъемы.

В обсаженных скважинах коэффициент трения существенно ниже, чем в бурящихся, поэтому доставка приборов может успешно производиться в горизонтальную часть ствола за счет собственного веса скважинной сборки. Для этого в верхнюю часть скважинной сборки необходимо включать достаточное количество стыковочных узлов, изготовленных из толстостенных утяжеленных труб, выполняющих роль движителей а в нижнюю часть сборки напротив надо включать стыковочные узлы, изготовленные из тонкостенных легких труб, выполняющих роль удлинителей и обеспечивающих определенную «плавучесть» сборки в горизонтальной части скважины, в которой нижняя часть сечения ствола, как правило, заполнена водой. При необходимости для уменьшения трения стыковочные узлы могут дополнительно оснащаться шарнирами и подпружиненными роликами.

Используя технологию поэтапного спуска скважинной сборки можно существенно упростить и удешевить наземную часть технологического комплекса.

На фиг.1 представлена схема технологического комплекса а на фиг.2 схема выполнения геофизических исследований в действующей горизонтальной скважине по описанной технологии.

Технологический комплекс (фиг.1) состоит из плашечного превентора 1 с присоединительным фланцем 2, сигнализирующего устройства 3 с манометрическим краном 4 и манометром 5, направляющих роликов: нижнего 6 и верхнего 7, гидравлической системы 8, лубрикатора 9, набора стыковочных узлов 10 и геофизического кабеля 19.

Гидравлическая система 8 состоит из гидроцилиндра 11, насоса 12 и соединительных рукавов 13. Использование в составе технологического комплекса гидравлической системы позволяет основную часть операций монтажа (установка приемной камеры в вертикальное положение) и демонтажа (перевод приемной камеры в наклонное положение) осуществлять дистанционно, с помощью гидроцилиндра 11 с рабочим штоком 20, управляемого гидравлическим насосом 12.

Лубрикатор 9 состоит из поворотного кронштейна 21, двух идентичных быстросъемных приемных камер 14: проволочной и кабельной, в верхней части которых расположены герметизирующие головки 15 с уплотнительными элементами.

К корпусам герметизирующих головок 15 крепятся верхние направляющие ролики 7. К присоединительному фланцу 2 крепится нижний направляющий ролик 6.

Стыковочный узел 10 состоит из герметичной тонкостенной легкой (удлинитель) или толстостенной утяжеленной (движитель) трубы 16, двух герметичных разъемов: верхнего 17 и нижнего 22, включающих механические и электрические соединители на концах трубы и посадочного переходника 18 в верхней части трубы 16.

Между разъемами стыковочного узла проложен отрезок геофизического кабеля 19, жилы которого распаяны на контактах разъемов. Диаметр трубы и разъемов стыковочного узла выбирается равным диаметру скважинного прибора, а диаметр посадочного переходника, для повышения эффективности герметизации устья скважины, выбирается меньшим, чем диаметр трубы.

Конструкция стыковочного узла обеспечивает возможность его изгиба до 5°, что облегчает прохождение скважинной сборкой участков интенсивного набора угла в скважине. При необходимости прохождения сборкой больших зенитных углов отклонения ствола скважины, в состав стыковочных узлов дополнительно включаются шарниры и подпружиненные ролики.

Специальные межтрубные высоконадежные соединители разъемов стыковочных узлов позволяют состыковывать стыковочные узлы путем вертикальной сборки на устье скважины, обеспечивая надежное механическое соединение и электрический контакт.

Стыковочные узлы выполняют роль информационного канала связи, грузонесущую и проталкивающую роль. Стыковочные узлы из толстостенных утяжеленных труб устанавливаются в верхней части скважинной сборки и выполнят роль движителей, стыковочные узлы, из тонкостенных легких труб, устанавливаются в нижней части сборки и выполняют роль удлинителей.

Работа с технологическим комплексом заключается в следующем. На фонтанную арматуру скважины монтируется плашечный превентор 1 с присоединительным фланцем 2, сигнализирующее устройство 3 и поворотный кронштейн 21.

На присоединительном фланце 2 монтируется нижний направляющий ролик 6.

На поворотный кронштейн 21 укладывается и закрепляется проволочная приемная камера 14 лубрикатора 9 с протянутым через герметизирующую головку 15 и верхний направляющий ролик 19 грузовым тросиком,

Начальное положении приемной камеры показано на фиг.1

После этого устанавливается и закрепляется на поворотном кронштейне 21 гидроцилиндр гидросистемы 11 с рабочим штоком 20, находящимся в крайнем нижнем положении. Верхняя часть штока 20 крепится к приемной камере 14. К гидроцилиндру 11 с помощью рукавов 13 присоединяется насос 12.

В результате нагнетания насосом 12 рабочей жидкости из бака (на фигуре не показан), в гидроцилиндре 11 создается давление рабочей жидкости, которое развивает усилие на штоке 20, обеспечивающее поворот приемной камеры 14 вокруг оси поворотного кронштейна 21. Приемная камера 14, переходит в наклонное положение, удобное для затягивания в нее геофизического скважинного прибора, к которому присоединяется первый стыковочный узел 10 и грузовой тросик.

Протяжкой тросика скважинный прибор со стыковочным узлом 10 втягивается в приемную камеру 14, после чего с помощью гидроцилиндра 11 приемная камера 14 переводится в вертикальное положение и соединяется с сигнализирующим устройством 3. Рабочее положение приемной камеры 14 показано на фиг.

Далее открывается буферная задвижка скважины и разводятся плашки превентора 1, в результате чего выравнивается давление в приемной камере 14 и на устье скважины. С помощью грузового тросика скважинный прибор с присоединенным стыковочным узлом 10 опускается в скважину. По индикатору сигнализирующего устройства 3 определяется момент, когда к плашкам превентора 1 подходит посадочное место переходника стыковочного узла 18, после чего плашки превентора 1 закрываются и герметизируют устье скважины. С помощью манометрического крана 4 из приемной камеры 14 стравливается давление (контролируется по манометру 5), приемная камера 14 отсоединяется от сигнализирующего устройства 3 и поворачивается на оси кронштейна 21. Грузовой тросик отсоединяется от верхнего разъема 17 первого стыковочного узла 10, нижняя часть которого опущена в скважину вместе со скважинным прибором, и подсоединяется к верхнему разъему 17 следующего стыковочного узла, который затаскивается тросиком в приемную камеру 14. Затем нижний разъем второго стыковочного узла 22 соединяется с верхним разъемом 17 первого стыковочного узла, выступающего из сигнализирующего устройства 3, приемная камера 14 закрепляется на сигнализирующем устройстве 3 и операции по спуску в скважину второго стыковочного узла производятся по ранее описанной схеме. Операции спуска выполняются до тех пор, пока в скважину не будет спущена вся подготовленная скважинная сборка, вес и компоновка которой достаточны для преодоления противодавления скважинного флюида и сил трения между компонентами спускаемой скважинной сборки и внутрискважинного оборудования. После отсоединения тросика от последнего стыковочного узла сборки, проволочная приемная камера 14 отсоединяется от кронштейна 21 и к кронштейну 21 крепится кабельная приемная камера с пропущенным через герметизирующую готовку 15 и через верхний направляющий ролик 7 геофизическим кабелем 19.

Геофизический кабель 19 подсоединяется к последнему стыковочному узлу 10, приемная камера 14 крепится на сигнализирующем устройстве 3, плашки превентора 1 разводятся и скважинная сборка, включающая стыковочные узлы и скважинный прибор на геофизическом кабеле опускается в интервал наклонной или горизонтальной скважины, который планируется исследовать.

Схема выполнения геофизических исследований в действующей горизонтальной скважине по описанной технологии показана на фиг.2

Подъем сборки и отсоединение стыковочных узлов производится в обратной последовательности.

По той же схеме производится замена скважинного прибора.

Описанная технология принципиально позволяет осуществлять скважинные исследования при любом избыточном давлении на устье действующей скважины, ограничений по верхней границе давления нет.