устройство для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин

Формула изобретения

Устройство для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин, содержащее спускаемую в скважину колонну пустотелых герметичных труб и геофизический прибор, обеспечивающий проведение геофизических исследований, отличающееся тем, что на нижнем конце колонны пустотелых герметичных труб установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий попадание в открытый ствол многозабойной горизонтальной скважины, при этом нижний конец гидравлического отклонителя оснащен штоком и легкоразбуриваемой сбивной насадкой с калиброванным отверстием, причем сбивная насадка в исходном положении зафиксирована срезным штифтом со штоком с возможностью разрушения в рабочем положении продавочной пробкой под действием избыточного давления в колонне пустотелых герметичных труб, геофизический прибор оснащен жестким кабелем, посредством которого геофизический прибор спускается с устья скважины в колонну труб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к геофизическим исследованиям открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Известно устройство для исследования скважин с применением гибких труб (Clarrer С.The Challenge of Logging Horizontal Wells. Tbie hog Analist, Narch-April 1991, c. 67-69), представляющее собой барабан лебедки большого диаметра, на который намотаны гибкие металлические трубы, внутри которых пропущен каротажный кабель. Гибкие трубы с закрепленным на конце геофизическим прибором проталкивают в горизонтальный ствол скважины. Благодаря упругости гибкой трубы они достигают забоя скважины.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, геофизический прибор не защищен от механических повреждений в процессе спускоподъемных операций, что может вывести его из строя;

- во-вторых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Также известно устройство для исследования горизонтальных скважин (патент RU № 2108459, МПК Е21В 47/01, опубл. 10.04.1998 г. в бюл. № 10), содержащее спускаемый в скважину на каротажном кабеле толкатель с токопроводящими жилами внутри, имеющий длину, равную суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины, к которому снизу прикреплен геофизический прибор, а сверху него на каротажном кабеле закреплен груз-двигатель, при этом толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивностойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, и имеющего толщину, выбираемую в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю, при этом поверх толкателя навита дополнительная броня из стальной проволоки, покрытая сверху защитным слоем из агрессивностойкой изоляции.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая надежность работы, связанная с возможностью того, что геофизический прибор не дойдет до забоя скважины, если вес груза-двигателя окажется недостаточным, поскольку невозможно заранее определить сопротивление, возникающее в скважине в процессе спуска устройства;

- во-вторых, устройство спускается на геофизическом кабеле, что может привести к его прихвату в процессе спускоподъемных операций с возможным обрывом геофизического кабеля и последующими аварийными работами по извлечению геофизического прибора;

- в-третьих, низкая успешность в работе, так как критерием успешной работы является то, что толкатель выполняют в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивностойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, при этом плотность этой жидкости вследствие обводнения продукции изменяется в широком интервале, поэтому достаточно сложно выполнить это условие;

- в-четвертых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования горизонтальных скважин (патент RU № 2114298, МПК Е21В 47/01, опубл. 27.06.1998 в бюл. № 18). Устройство содержит спускаемый в горизонтальную скважину на каротажном кабеле геофизический прибор, обеспечивающий измерение расхода и состава жидкостей в скважине. К геофизическому прибору жестко прикреплены поплавковые элементы, представляющие собой воздухонаполненные герметичные отрезки труб. Средняя плотность поплавковых элементов вместе с геофизическим прибором меньше плотности нефти, откачиваемой из скважины. К поплавковому элементу прикреплен толкатель, выполненный в виде колонны пустотелых герметичных труб, средняя плотность которых близка к плотности откачиваемой из скважины нефти. Внутри труб толкателя проходят токоподводящие жилы к геофизическому прибору. К толкателю прикреплен груз-двигатель, выполненный в виде колонны утяжеленных труб, через который пропущен каротажный кабель, подсоединенный к токоподводящим жилам толкателя. Длина толкателя соответствует суммарной длине горизонтального и искривленного участков скважины. Груз-двигатель имеет такую массу, что усилие, развиваемое весом груза-двигателя при спуске устройства в скважину, достаточно для проталкивания геофизического прибора поплавковыми элементами посредством толкателя к забою скважины.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин;

- во-вторых, низкая надежность работы, связанная с возможностью того, что геофизический прибор не дойдет до забоя скважины, если вес груз-двигателя окажется недостаточным, поскольку невозможно заранее определить сопротивление, возникающее в скважине в процессе спуска устройства;

- в-третьих, низкая успешность исследования геофизическим прибором при определении обводняющего интервала открытого ствола скважины, так как геофизический прибор должен находиться в непосредственном контакте со стенками открытого ствола в потоке скважинной жидкости, а из-за наличия поплавковых элементов прибор лишь частично взаимодействует со стенками исследуемого ствола только в момент снижения плотности потока скважинной жидкости.

Техническими задачами предложения являются разработка надежного устройства, позволяющего проводить селективные геофизические исследования в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины, а также повышение эффективности проводимых геофизических исследований за счет непосредственного контакта геофизического прибора со стенками открытого ствола многозабойной скважины.

Поставленные технические задачи решаются устройством для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин, содержащим спускаемую в скважину колонну пустотелых герметичных труб и геофизический прибор, обеспечивающий проведение геофизических исследований.

Новым является то, что на нижнем конце колонны пустотелых герметичных труб установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий попадание в открытый ствол многозабойной горизонтальной скважины, при этом нижний конец гидравлического отклонителя оснащен штоком и легкоразбуриваемой сбивной насадкой с калиброванным отверстием, причем сбивная насадка в исходном положении зафиксирована срезным штифтом со штоком с возможностью разрушения в рабочем положении продавочной пробкой под действием избыточного давления в колонне пустотелых герметичных труб, геофизический прибор оснащен жестким кабелем, посредством которого геофизический прибор спускается с устья скважины в колонну труб.

На фигурах 1, 2 и 3 показано предлагаемое устройство в процессе работы.

В многозабойной горизонтальной скважине 1 для исследования ее открытых стволов 1', 1" 1ⁿ (см. фиг.1) применяют устройство, спускаемое в скважину на колонне пустотелых герметичных труб 2 (далее - колонне труб), на нижнем конце которых установлен гидравлический отклонитель 3 со штоком 3', обеспечивающий под действием избыточного давления жидкости в колонне труб 2 попадание колонны труб 2 в любой из открытых стволов 1', 1" 1ⁿ многозабойной скважины 1, например, в открытый ствол 1'.

В качестве колонны труб 2 может применяться колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм по ГОСТ 633-80.

В качестве гидравлического отклонителя 3 могут применяться устройства, широко применяемые в ОАО «Татнефть» для проведения промывок и кислотных обработок многозабойных скважин, описанные в патентах RU № 2318111, МПК Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г., или № 2318112, МПК Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г., в бюл. № 6.

Внутренний проходной диаметр - D гидравлического отклонителя 3 (см. фиг.3) выбирают в зависимости от наружного диаметра - d геофизического прибора 4, причем проходной диаметр - D гидравлического отклонителя 3 должен быть больше наружного диаметра - d геофизического прибора 4 (D>d) с возможностью прохождения геофизического прибора 4 через гидравлический отклонитель 3. Например, наружный диаметр геофизического прибора 4 составляет d=42 мм, а внутренний проходной диаметр гидравлического отклонителя 3 составляет D=50 мм.

Используют геофизический прибор 4 любой известной конструкции, например, комплексный прибор модульного типа марки ГДИ-7 производства ООО «Татнефтегеофизика-Универсал» (Республика Татарстан, г.Бугульма), предназначенный для проведения гидродинамических исследований в открытых стволах горизонтальных скважин. Данный геофизический прибор обеспечивает проведение геофизических исследований, например, замера температуры и дебитометрии (притока) с определением обводняющего интервала открытого ствола 1' (см. фиг.3) многозабойной горизонтальной скважины 1 при перемещении геофизического прибора 4 по открытому стволу 1' многозабойной горизонтальной скважины 1.

Нижний конец гидравлического отклонителя 3 (см. фиг.1) оснащен штоком 3' и легкоразбуриваемой сбивной насадкой 5 с калиброванным отверстием 5'. Диаметр калиброванного отверстия 5' определяется опытным путем на лабораторном стенде с учетом диаметров колонны труб 2 и гидравлического отклонителя 3, избыточного давления, расхода жидкости и составляет, например, 4,5 мм.

Сбивная насадка 5 выполнена из легкоразбуриваемого материала марки АМг6 по ГОСТ 4784-97.

Сбивная насадка 5 в исходном положении зафиксирована срезным штифтом 6 со штоком 3' гидравлического отклонителя 3.

В рабочем положении срезной штифт 6 (фиг.2) имеет возможность разрушения продавочной пробкой 7 под действием избыточного давления в колонне труб 2 с последующим отсоединением сбивной насадки 5 от штока 3' гидравлического отклонителя 3 и выпадением сбивной насадки 5 и продавочной пробки 7 в открытый ствол 1' многозабойной горизонтальной скважины 1.

Калиброванное отверстие 5' позволяет исключить эффект «поршневания» технологической жидкости в процессе перемещения продавочной пробки 7 (см. фиг.2) по колонне труб 2. Также калиброванное отверстие 5' позволяет проводить промывку многозабойной горизонтальной скважины 1 в процессе спуска устройства в скважину.

В качестве срезного штифта 6, например, применяют три винта диаметром 8 мм, изготовленных из марки стали 45, разрушаемых под избыточным давлением в колонне труб 2, например, 15 МПа.

Геофизический прибор 4 (см. фиг.3) оснащен жестким кабелем 8, посредством которого геофизический прибор 4 спускается с устья (на фиг.1, 2, 3 не показано) скважины в колонну труб 2 многозабойной горизонтальной скважины 1. В горизонтальном участке скважины геофизический прибор 4 жестким кабелем 8 проталкивается по колонне труб 2 и через гидравлический отклонитель 3 с усилием, создаваемым при размотке барабана (на фиг.1, 2, 3 не показано), до выхода геофизического прибора в открытый ствол 1' (см. фиг.3) многозабойной горизонтальной скважины 1 для проведения в нем геофизических исследований.

Жесткий кабель 8 благодаря своей жесткости позволяет эффективно доставить геофизический прибор 4 в горизонтальную скважину.

В качестве жесткого кабеля 8 применяют, например, кабель переменного сечения марки КЛ 3-160/230-90Оа (диметром 22-28 мм) или кабель постоянного сечения (диаметром 28 мм) марки КГ 3×0,75-150-150 Оа, выпускаемые ЗАО ТИСприбор-М" (Россия, г.Псков, ул. Алмазная, д. 3.).

Устройство работает следующим образом.

На устье скважины собирают предлагаемое устройство для исследования открытых стволов многозабойной горизонтальной скважины 1 (см. фиг.1). Для этого на нижнем конце колонны труб 2 устанавливают гидравлический отклонитель 3, который оснащен штоком 3', легкоразбуриваемой сбивной насадкой 5 с калиброванным отверстием 5'. Например, необходимо произвести исследование открытого ствола 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 с известным забоем 1122 м.

Устройство для исследования открытых стволов многозабойной горизонтальной скважины спускают в многозабойную горизонтальную скважину 1 до тех пор, пока гидравлический отклонитель 3 не окажется напротив входа в открытый ствол 1' (см. фиг.1), например, в интервале 950 м.

В процессе спуска колонны труб 2 производят промывку многозабойной скважины 1 через калиброванное отверстие 5' сбивной насадки 5. Промывка скважины 1 в процессе спуска устройства позволяет исключить завал скважины шламом.

Затем с устья многозабойной горизонтальной скважины 1 с помощью любого известного насоса, например, цементировочного агрегата марки ЦА-320 в колонну труб 2 закачивают технологическую жидкость, в качестве которой используют, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м³ и создают избыточное давление жидкости, которое через внутреннее пространство 9 (см. фиг.3) колонны труб 2 передается во внутреннее пространство 10 гидравлического отклонителя 3.

В результате шток 3' гидравлического отклонителя 3 поворачивается в сторону открытого ствола 1'. Далее, не снижая избыточное давление в колонне труб 2, продолжают спуск колонны труб 2 в открытый ствол 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 до упора в забой 11 (например, в интервале 1122 м) открытого ствола 1' многозабойной скважины 1.

Данная технологическая операция позволяет определить точное нахождение (попадание) колонны труб 2 в заданном открытом стволе 1', так как все открытые стволы 1', 1" 1ⁿ многозабойной скважины 1 имеют различные значения забоев.

Поднимают колонну труб 2 вверх до тех пор, пока гидравлический отклонитель 3 не окажется в интервале зарезки 12 (см. фиг.3) открытого ствола 1' (см. фиг.1), при этом гидравлический отклонитель 3 остается в открытом стволе 1'. Например, длина - А гидравлического отклонителя 3 (см. фиг.1) составляет 2 м. Тогда гидравлический отклонитель 3 размещается в интервале зарезки 12 (фиг.3) на расстоянии: 950+2=952 м. Зная забой скважины 1 (1192 м) определяют высоту, на которую необходимо поднять колонну труб 2: 1192-952=240 м. Таким образом поднимают колонну труб 2 вверх на 240 м.

С устья многозабойной скважины 1 в колонну труб 2 устанавливают продавочную пробку 7 (см. фиг.2), которую под действием избыточного давления закачкой насосным агрегатом ЦА-320 технологической жидкости, например, пресной воды плотностью 1000 кг/м³, проталкивают через внутренние пространства 9 и 10 (см. фиг.3), соответственно, колонны труб 2 (см. фиг.2) и гидравлического отклонителя 3. Продавочная пробка 7 под действием избыточного давления смещается к сбивной насадке 5.

При достижении избыточного давления, например, 18 МПа, разрушаются срезной штифт 6 и сбивная насадка 5 с продавочной пробкой 7, они выпадают в открытый ствол 1' многозабойной горизонтальной скважины 1.

Далее в колонну труб 2 (см. фиг.3) спускают геофизический прибор 4 на жестком кабеле 8. Жесткий кабель 8 проталкивает геофизический прибор 4 через внутренние пространства 9 и 10, соответственно, колонны труб 2 и гидравлического отклонителя 3 до тех пор, пока геофизический прибор 4 не окажется в открытом стволе 1' многозабойной горизонтальной скважины 1.

Проталкиванием геофизического прибора 4 жестким кабелем 9 от интервала зарезки 12 (952 м) до забоя 11 (1122 м) открытого ствола 1' определяют, например, обводнившийся участок (на фиг.1, 2, 3 не показано) открытого ствола 1' (см. фиг.3) многозабойной скважины 1 в интервале 1072-1094 м.

После проведения геофизических исследований в открытом стволе 1' многозабойной горизонтальной скважины 1 извлекают устройство из многозабойной горизонтальной скважины 1. Извлечение устройства производят в обратной последовательности, при этом сначала извлекают жесткий кабель 8 с геофизическим прибором 4 из колонны труб 2, а затем - колонну труб 2 с гидравлическим отклонителем 3.

При необходимости сбивную насадку 5 с продавочной пробкой 7, выполненные из легкоразбуриваемых материалов, разбуривают.

Для проведения геофизических исследований в другом открытом стволе 1" 1ⁿ многозабойной скважины 1, например, в открытом стволе 1", на устье скважины на колонне труб 2 с гидравлическим отклонителем 3 устанавливают сбивную насадку 5 с калиброванным отверстием 5' в шток 3' и фиксируют срезным штифтом 6, как описано выше. Повторяют технологические операции, аналогично выполненным при исследовании открытого ствола 1.

В процессе проведения геофизических исследований в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины геофизический прибор находится непосредственно в контакте со стенками открытого ствола многозабойной скважины, что позволяет повысить эффективность проведения геофизического исследования по сравнению с известным устройством, а также измерить интенсивность и состав потока и тем самым определить обводняющие интервалы открытых стволов многозабойной скважины.

Предлагаемое устройство надежно в работе и обеспечивает проведение селективных геофизических исследований в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины, а повышение эффективности проводимых геофизических исследований достигается за счет непосредственного контакта геофизического прибора со стенками открытого ствола многозабойной скважины в процессе его перемещения.