Устройство для доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину

 

Использование: при бурении глубоких скважин, в частности сильнонаклонных и горизонтальных, для доставки геофизических приборов. Сущность изобретения: устройство снабжено зажимами и дополнительным грузом в виде секций, выполненных с возможностью нанизывания на каротажный кабель. На концах секций и зажимов выполнены замковые элементы. Над верхним зажимом на каротажном кабеле размещен дополнительный груз. Секции груза выполнены трубчатыми с разрезом под каротажный кабель. На секциях груза выполнены замковые элементы. Спуск геофизического прибора осуществляют с одновременным набором необходимого числа секций груза. Разборка груза при подъеме каротажного прибора осуществляется в обратной последовательности. Замковые элементы выполнены в виде ниппелей и муфт. У ниппеля имеется фиксирующий выступ, который размещается в разрезном пазу муфты при их стыковке между собой. 3 ил.

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, в частности к бурению горизонтальных и сильнонаклоненных скважин.

Известны способ и устройство для доставки геофизических приборов в горизонтальные скважины [1] заключающиеся в том, что геофизический прибор опускают в скважину и перемещают в горизонтальном стволе в защитном прозрачном для геофизических методов исследований контейнера, закрепленном на нижнем конце колонны бурильных труб. При этом для перемещения геофизических прибора в качестве движителя используются бурильные трубы. Устройство для реализации этого способа обеспечивает высокую надежность проведения геофизических исследований горизонтальных скважин. Однако для его применения необходимо проводить спуск-подъем колонны бурильных труб, что требует значительных затрат времени и материальных затрат.

Известны метод и аппаратура для спуска и подъема каротажного инструмента в скважине с большим углом искривления [2] Указанный метод и устройство обеспечивают доставку геофизических приборов в скважину посредством груза, подвешиваемого на каротажный кабель выше геофизического прибора. Груз выполнен в виде секций, состоящих из трубчатых насадок, связанных между собой посредством разъемных элементов таким образом, что секции груза свободно надеваются на каротажный кабель и вместе с геофизическим прибором опускаются в открытый ствол скважины на заданную глубину. Благодаря придаваемой кабелю жесткости посредством нанизывания секций груза геофизический прибор продвигается в горизонтальной и искривленной частях скважины. Преимущество данного устройства по сравнению с известными устройствами для доставки приборов в скважину на бурильных трубах состоит в снижении стоимости работ, поскольку исключается необходимость спуска-подъема бурильных труб, а все операции по доставке геофизического прибора в горизонтальный ствол осуществляются при помощи каротажного оборудования.

К недостатком данного метода и аппаратуры относится низкая надежность, обусловленная низкой надежностью замковых соединений нанизываемых на кабель секций груза. Применяемые в известной аппаратуре замковые элементы не защищены от внешних динамических воздействий и могут открыться в процессе спуско-подъемных операций или в результате засорения шламом.

Известен каротажный груз, содержащий набор секций, выполненных из полуцилиндрических частей, накладываемых на кабель с противоположных сторон, имеющих на концах несъемные замки для шарнирного сочленения секций между собой, с геофизическим прибором и ловильной головкой [3] Данное устройство принято за прототип.

Известное устройство обеспечивает возможность быстрого размещения на кабеле необходимого количества грузов без отсоединения от кабеля кабельной головки. Тем самым обеспечивается доставка геофизического прибора в призабойную зону скважины под избыточным давлением. Однако применение известного каротажного груза для доставки геофизических приборов в горизонтальный ствол скважины проблематично, поскольку секции с замками выполняются массивными (со свинцовыми наполнителями) и для проталкивания их в горизонтальный ствол потребуется значительный дополнительный груз, в результате чего вес всего груза, подвешиваемого на кабеле будет соизмерим с разрывным усилием кабеля, что может привести к разрыву последнего.

По этой же причине замковые соединения известного устройства не обеспечивают достаточной надежности соединения секций при пропуске в искривленный или горизонтальный ствол скважины. Очевидно, что при значительном изгибе под действием силы тяжести массивных секций любой замок может выйти из строя и составные элементы соответствующей секции выйдут из зацепления, что приведет к аварии в скважине.

Целью изобретения является повышение надежности устройства, а именно его замковых элементов.

Цель достигается изменением конструкции замкового элемента. В предлагаемом техническом решении замковые элементы выполнены в виде удлиненных разрезных муфт и ниппелей, вставляемых друг в друга во взаимно противоположных относительно разрезного паза направлениях с фиксирующим выступом на ниппеле, входящим в паз муфты и исключающим разворот секций вокруг продольной оси. При этом фиксация секций в собранном состоянии от перемещения относительно друг друга вдоль продольной оси осуществляется специальными кабельными зажимами, устанавливаемыми на концах груза. Использование замковых элементов предложенной конструкции и кабельных зажимов на концах груза позволяет надежно фиксировать разрезные секции от перемещения их относительно друг друга как вокруг оси, так и вдоль оси, и исключает их разъединение в результате динамических воздействий (ударов, вибраций).

Предложенная конструкция замковых элементов проста в реализации. Изготовление составных элементов конструкции не требует применения специального оборудования и длительных временных затрат. Применение предложенного устройства на практике позволит сократить время, затрачиваемое на спуско-подъемные операции, так как простота и мобильность замкового элемента позволяют производить быстро сборку секций, а надежность замковых элементов исключает аварийные ситуации и простой скважины.

В совокупности применение предложенного устройства позволит сократить время задержки буровой под геофизические работы не менее чем на 3 ч на каждой буровой по сравнению с прототипом. Полученная таким образом экономия материальных средств позволит окупить затраты на изготовление предлагаемого устройства для доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину в течение 6 мес с начала внедрения.

Сопоставительный анализ конструкции заявляемого устройства с прототипом показал, что предлагаемое устройство имеет следующие существенные отличия: замковые элементы трубчатых секций выполнены в виде удлиненных разрезных муфт и ниппелей, вставляемых друг в друга во взаимно противоположных относительно разрезного паза направлениях, при этом ниппель имеет разрезной паз и снабжен фиксирующим выступом на внешней поверхности напротив разрезного паза ниппеля и параллельно ему; устройство снабжено верхним и нижним кабельными зажимами с замковыми элементами, идентичными замковым элементам для стыковки трубчатых секций; устройство снабжено дополнительным грузом, размещенными на каротажном кабеле над верхним кабельным зажимом.

Совокупность отличительных признаков позволила создать инструмент, обеспечивающий безаварийную доставку геофизического прибора как в вертикальный, так и в сильно искривленный и горизонтальный стволы скважины.

На фиг. 1 представлено устройство для доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Устройство для доставки геофизических приборов в горизонтальную скважину состоит из разрезных трубчатых идентичных друг другу секций 1, состыкованных друг с другом посредством замковых элементов 2. Секции 1 нанизаны на каротажный кабель 3 выше геофизического прибора 4 и зафиксированы на кабеле 3 с помощью верхнего зажима 5 и нижнего зажима 6. Над верхним зажимом 5 на кабеле 3 закреплен дополнительный груз 7.

Замковый элемент 2 (см. фиг.2, 3) представляет собой удлиненную муфту 8 с разрезным пазом 9 и ниппель 10 с разрезным пазом 11 и фиксирующим выступом 12. Ниппель 10 одной из секций 1 вставлен в муфту 8 следующей секции 1, фиксирующий выступ 12 ниппеля 10 входит в разрезной паз 9 муфты 8. Внутри ниппеля 10 пропущен каротажный кабель 3.

Спуск геофизического прибора в горизонтальную скважину посредством предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

На каротажный кабель 3 выше геофизического прибора 4 устанавливается нижний зажим 6, и имеющий в своей верхней части ниппель 10. На ниппель 10 нижнего зажима 6 надевают трубчатую секцию 1 с муфтой 8, стыкуя ниппель 10 с муфтой 8 так, чтобы фиксирующий выступ 12 ниппеля 10 вошел в паз 9 муфты 8. При этом каротажный кабель 3 пропущен внутри муфты 8 и ниппеля 10. Разрезной паз 11 ниппеля и разрезной паз муфты находятся с противоположных сторон относительно каротажного кабеля 3 и исключают возможность его выпадания из образованного замкового элемента. Далее геофизический прибор 4 опускают в скважину на длину насадки 1. На ниппель 10 закрепленной на кабеле 3 насадки надевают муфту следующей насадки 1. Аналогично производят спуск геофизического прибора в скважину и стыковку следующей насадки. Указанные выше операции по спуску геофизического прибора 4 и нанизывания насадок 1 повторяют до установки на каротажном кабеле 3 всего необходимого числа насадок 1. Далее надевают на ниппель 10 верхней насадки 1 муфту 8 верхнего зажима 5, закрепляют последний на каротажном кабеле. Выше зажима 5 закрепляют на кабеле 3 дополнительный груз 7. Опускают геофизический прибор 4 в скважину далее. Под воздействием силы тяжести груза 7 геофизический прибор 4 перемещается в горизонтальном стволе к забою скважины.

После выполнения исследований прибор с грузом поднимают на поверхность. Разборка груза осуществляется в обратной последовательности, описанной для сборки. Первоначально снимают груз 7, отсоединяют верхний зажим 5. Далее, поднимая кабель 3 с геофизическим прибором 4 из скважины, снимают с кабеля последовательно все насадки 1, освобождают нижний зажим 6 и извлекают геофизический прибор 4 на поверхность.

Рассмотрим пример конкретного применения предлагаемого устройства. В скважину глубиной 2000 м и горизонтальным стволом 200 м требуется доставить геофизический прибор весом 100 кг. Доставка осуществляется с помощью груза из насадок, изготовленных из стальных труб наружным диаметром 25 мм (вес 1 погонного метра трубы 1,6 кг). Для доставки прибора 4 на забой скважины необходимо, чтобы дополнительный груз 7 находился в вертикальном стволе скважины. При радиусе искривления скважины 50 м примем необходимую длину груза 7 равной 250 м. Вес дополнительного груза 7 определяется из соотношения: Р_доп Р_об ˙ К_тр, где Р_об общий вес (насадки, каротажный кабель, геофизический прибор); К_тр коэффициент трения (примем равным 0,3).

Р_доп (1,6 250 + 0,4 250 + 100)˙0,3 180 кг.

Таким образом для доставки геофизического прибора на забой с помощью предлагаемого устройства требуются разрезные трубчатые насадки общей длиной 250 м и дополнительный груз весом 180 кг.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОСТАВКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ СКВАЖИНУ, содержащее груз в виде секций, выполненных с возможностью нанизывания на каротажный кабель, верхний и нижний кабельные зажимы, замковые элементы на концах секций и кабельных зажимов для стыковки между собой и дополнительный груз, размещенный на каротажном кабеле над верхним кабельным зажимом, отличающееся тем, что секции груза выполнены трубчатыми с разрезом для пропуска каротажного кабеля, замковые элементы на секциях груза - в виде удлиненных муфт с разрезным пазом на одних концах и ниппелей с разрезным пазом и фиксирующим выступом на других концах, при этом фиксирующий выступ выполнен на внешней поверхности ниппеля напротив его разрезного паза параллельно последнему, замковый элемент одного из кабельных зажимов выполнен в виде ниппеля, идентичного ниппелю секции груза, а замковый элемент другого кабельного зажима - соответственно в виде муфты, идентичной муфте секции груза, причем ниппели выполнены с возможностью размещения фиксирующих выступов в разрезных пазах муфт при стыковке между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3