Способ доставки приборов в скважину и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в технологиях доставки приборов в скважину на кабеле. Техническим результатом изобретения является повышение жесткости кабеля до требуемой величины без увеличения его диаметра и веса. Для этого выбирают кабель требуемой жесткости и веса и закрепляют на нем приборы. Транспортировку приборов в скважину осуществляют под действием веса приборов и кабеля. При этом кабель содержит внутреннюю герметичную трубку, которую перед спуском кабеля в скважину закупоривают пробками с обоих концов. Закачивают в трубку жидкость под давлением через расположенный в верхней пробке запорный клапан и оставляют ее под постоянным давлением на период работы. После этого опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину. Величину давления жидкости в трубке определяют из формулы: Pтруб≥Pскв(Sкаб/Sтруб-1)-QкабxLкаб/Sтруб<Pразр, где Ртруб - давление жидкости в трубке, кгс/см2; Рскв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см2; Sкаб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см2; Sтруб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см; Qкаб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс; Lкаб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км; Рразр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см2, определяемое по формуле: Рразр=Fразр./Sтруб, где Fразр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Реферат

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в технологиях доставки приборов в скважину на кабеле.

Известны способы и устройства для доставки приборов в скважину на кабеле, заключающиеся в транспортировке в скважину закрепленных на кабеле приборов под действием собственного веса приборов и кабеля (см., например, Е.И.Бухаленко, В.Е.Бухаленко. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. М.: Недра, 1991, с.225-228).

Недостатком известных способов и устройств доставки приборов в скважину является то, что они не обеспечивают доставку приборов в горизонтальные скважины. Причинами является то, что с увеличением глубины спуска приборов в скважину пропорционально возрастает выталкивающая сила от увеличения давления жидкости в скважине, а также то, что приборы и кабель на участках большой кривизны ложатся на стенку трубы и их вес, направленный вертикально вниз, не может перемещать прибор в сторону от вертикали.

Этот недостаток устранен в другом известном способе доставки приборов в скважину и устройстве для его осуществления, принятых за прототип (см., например, С.Я.Элькинд, В.Н.Бабуров. ОАО “Пермнефтегеофизика”. Опыт исследования горизонтальных скважин в Пермской области // НТВ “Каротажник”. Тверь: АИС, 2002, вып.101, с.86-91).

Способ доставки приборов в скважину по прототипу включает выбор кабеля требуемых жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля.

Устройство для доставки приборов в скважину по прототипу содержит кабель требуемой жесткости и веса с закрепленными на нем приборами.

Недостатком прототипа является то, что для повышения жесткости кабеля используют цельный или составной кабель большого диаметра и большого веса, что создает трудности уплотнения кабеля в лубрикаторе на устье скважины и трудности заталкивания кабеля в скважину при наличии в ней давления на устье, так как выталкивающая сила пропорциональна поперечному сечению кабеля. В результате таких затруднений увеличивается время доставки приборов в скважину, что снижает эффективность технологии и, соответственно, производительность труда.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа и устройства для доставки приборов в скважину на кабеле.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенной группы изобретений, является повышение жесткости кабеля до требуемой величины без увеличения диаметра кабеля и без увеличения его веса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе доставки приборов в скважину, включающем выбор кабеля требуемой жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля, согласно изобретению кабель выбирают с внутренней герметичной трубкой, перед спуском кабеля в скважину закупоривают трубку пробками с обоих концов, закачивают в трубку жидкость под давлением через запорный клапан и оставляют ее под давлением на период работы, после чего опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину, при этом величину давления жидкости в трубке определяют из формулы:

где Ртруб - давление жидкости в трубке, кгс/см2;

Рскв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см2;

Sкаб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см2;

Sтруб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см2;

Qкаб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс;

Lкaб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км;

Рразр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см2, определяемое по формуле:

где Рразр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве для осуществления способа доставки приборов в скважину, содержащем кабель требуемой жесткости и веса с закрепленными на нем приборами, согласно изобретению кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачана жидкость, оставленная под постоянным давлением на период работы, при этом давление жидкости в трубке определено по формуле (1).

То, что кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачивают жидкость и оставляют ее под постоянным давлением на период работы, позволяет создать растягивающее усилие одновременно на трубку и на кабель за счет давления жидкости на пробки в противоположных направлениях. При этом чем больше будет давление жидкости в трубке, тем больше будет растягивающее усилие на трубке и на кабеле. При спуске кабеля с приборами как в вертикальную скважину, так и в горизонтальную или наклонную скважины на трубку и кабель действует дополнительное растягивающее усилие от веса кабеля с трубкой и приборов, величина которого пропорциональна длине кабеля. Весом приборов и трением кабеля и приборов о стенки скважин можно пренебречь из-за их небольших значений по сравнению с весом кабеля, незначительного их влияния на жесткость кабеля и взаимно компенсирующего действия веса приборов и указанного трения.

Кроме того, на нижнюю пробку трубки действует гидростатическое давление столба жидкости в трубке, равное гидростатическому давлению скважинной жидкости Рскв в любой точке скважины. Это давление также растягивает трубку и кабель, так как вторым концом кабель закреплен на барабане лебедки.

При действии на кабель указанных растягивающих усилий кабель становится подобным натянутой струне и приобретает определенную жесткость, препятствуя его складыванию вертикально в скважине при принудительном перемещении его закачанной жидкостью и в горизонтальной, и в наклонной, и в вертикальной скважине. В горизонтальную скважину растянутый усилиями жесткий кабель опускается на большую глубину, чем без растяжения, так как жесткий кабель не складывается и продвигает приборы в горизонтальной части скважины. Как видно, жесткий кабель не складывается в любых условиях скважины. Так как диаметр кабеля с трубкой небольшой и для повышения жесткости кабеля увеличивать диаметр не требуется, то на устье скважины выталкивающая сила тоже небольшая и ее легче преодолеть, чем при использовании кабеля большого диаметра, поскольку выталкивающая сила возрастает пропорционально квадрату диаметра кабеля.

Растяжению кабеля с трубкой совместным действием давления жидкости в трубке, гидростатического давления столба жидкости в этой трубке, а также веса кабеля с трубкой противодействует выталкивающая сила, возникающая от давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора, увеличивающаяся пропорционально глубине скважины, то есть пропорционально длине спущенного в скважину кабеля.

Для того чтобы кабель опускался в скважину при доставке в нее приборов, требуется, чтобы растягивающая его сила была равна выталкивающей силе или превышала ее.

Приведенные формулы (1) и (2) выведены как раз из условия превышения растягивающей силы от совместного действия давления жидкости в трубке, гидростатического давления жидкости в трубке и веса кабеля над выталкивающей силой, возникающей от действия давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора.

Указанное условие имеет вид:

где Fдавл.в трубкетруб×Sтруб - сила растяжения кабеля с трубкой давлением жидкости в трубке, кгс;

Ргидростат. в трубкеcвк×Sтруб - сила растяжения кабеля с трубкой гидростатическим давлением столба жидкости в трубке, пропорциональным глубине спуска приборов, кгс;

Fвec кабеля=Qкаб×Lкаб - сила растяжения кабеля с трубкой весом кабеля с трубкой, пропорциональным длине кабеля, спущенного в скважину, кгс;

Рвыталкcвк×Sкаб - выталкивающая сила от действия гидростатического давления столба скважинной жидкости, пропорционального глубине спуска кабеля с приборами, на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора, кгс.

После подстановки в формулу (3) указанных значений сил получаем следующее неравенство, обеспечивающее возможности доставки приборов в разные скважины:

Из неравенства (4) после его преобразования как раз и определяют давление жидкости в трубке Ртруб по формуле (1).

Полученная величина давления жидкости в трубке обеспечивает возможность доставки приборов в вертикальную, горизонтальную и наклонную скважины.

Чтобы предохранить трубку от возможного ее разрыва высоким давлением жидкости Ртруб, введено ограничение этого давления, которое должно быть меньше разрывного давления Рразр. Разрывное давление Рразр определяют по разрывному усилию кабеля, приведенному в паспорте кабеля, путем деления этого усилия на площадь поперечного сечения отверстия трубки. Такая формула для определения Рразр следует из вышеприведенной формулы (4) для определения силы растяжения кабеля с трубкой давлением жидкости в трубке. Если вместо Fдавлв трубке поставить значение разрывного усилия из паспорта кабеля, тогда Fдавл в трубке=Fразр, а Ртрубразр. Из этого равенства и получается значение Рразр, приведенное выше в формуле (1).

Предложенное устройство, позволяющее осуществить способ доставки приборов в скважину, показано на чертеже, где изображен его продольный разрез.

Устройство для осуществления способа доставки приборов в скважину содержит кабель 1 с внутренней герметичной трубкой 2 с установленными на ее концах пробками 3 и 4. В верхней пробке 4 расположен запорный клапан 5, через который в трубку 2 между пробками 3 и 4 закачана жидкость 6. На нижнем конце кабеля 2 установлены приборы 7.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину кабеля 1 с внутренней герметичной трубкой 2 закупоривают трубку 2 с обоих ее концов пробками 3 и 4. Через запорный клапан 5 закачивают в трубку 2 жидкость 6 под давлением и оставляют ее под давлением на период работы. Затем опускают кабель 1 с закрепленными на нем приборами 7 в скважину. Величину давления жидкости 6 в трубке 2 Ртруб определяют по формуле (1).

Исходные данные для расчета Ртруб по формуле (1) и результаты анализа расчетов приведены ниже в таблице 1 и под таблицей.

Жидкость 6, находящаяся под расчетным давлением, воздействует на пробки 3 и 4 и создает растягивающее усилие на трубку 2 и на соединенный с ней кабель 1.

Одновременно кабель 1 растягивает его вес и увеличивает гидростатическое давление жидкости 6 на торец пробки 3. Противодействует растягивающим усилиям кабеля выталкивающая сила, равная произведению давления скважинной жидкости на торец кабеля или на его проекцию на торец прибора и поперечного сечения кабеля 1.

При превышении величины растягивающей кабель 1 силы над выталкивающей силой кабель 1 приобретает дополнительную жесткость и не складывается при спуске кабеля 1 в горизонтальную и наклонную скважины или в глубокую вертикальную, что позволяет доставить приборы 7 в любую скважину.

Увеличивать диаметр кабеля 1 для повышения его жесткости не требуется. Следовательно, выталкивающая сила не возрастает и для преодоления сопротивления заталкивания кабеля в скважину требуется меньше усилий.

Таблица 1Эффективность доставки приборов в скважину увеличивается.
№№ппРскв, кгс/см2dкаб, ммSкаб, cм2dтруб, ммSтруб, см2Qкаб, кгсРразр, кгс/см2Ртруб, кгс/см2Lкаб, км
110011,315.30,224,353327272,7333,90,01
211011,315,30,2243,53327272,7183,950,1
312011,315,30,2287,06627272,713,40,2
415011,315,30,22217,66527272,7-498,5450,5
520011,315,30,22435,3327272,7-1351,591,0
630011,315.30,22870,6627272,7-3057,682,0
740011.315,30,221305,9927272,7-4763,773,0

Расчеты Ртруб, введенные в таблицу, показывают следующее:

с учетом возможности выбросов газов и нефти из пласта в скважину расчеты выполнены для давления флюида на устье скважины Рcкв=100 кгс/см2, действие которого учтено и в глубине скважины;

получается, что наибольшее давление жидкости в трубке Ртруб необходимо создавать в начальный период спуска кабеля из лубрикатора в скважину, когда вес кабеля еще не действует. Но давление необходимо поддерживать до глубины спуска кабеля примерно 200 м, хотя и в меньших значениях;

учтено, что при входе кабеля с приборами в горизонтальную или вертикальную скважину происходит то же самое, что и на устье, а именно вес кабеля не растягивает участок кабеля, лежащий на стенке скважины, но подталкивает этот участок. Если этот участок кабеля будет растянут давлением жидкости в трубке для обеспечения жесткости этого участка, то кабель будет перемещаться в горизонтальную или наклонную скважины точно так же, как при входе кабеля в скважину на ее устье, когда вес кабеля еще не действует;

учитывая приведенное, принимаем величину постоянного давления жидкости в трубке на период работы превышающим расчетное значение 333,9 кгс/см2 на предложенную величину гидравлических потерь: Ртруб=350 кгс/см2;

для указанного кабеля ⊘ 11,3 мм с трубкой ⊘ 5,3 мм рекомендуемое паспортом максимальное рабочее давление составит 400 кгс/см2. Как видно, расчетное значение 333,9 кгс/см2 и принятое давление Ртруб=350 кгс/см2 не превышают ни рекомендуемого, ни разрывного давления;

отрицательное значение Ртруб означает, что на глубинах более 200 м действие веса кабеля уже не требует действия давления в трубке для вертикальных скважин. Однако для горизонтальных и вертикальных участков скважин давление Ртруб требуется, как и на устье скважин.

1. Способ доставки приборов в скважину, включающий выбор кабеля требуемых жесткости и веса, закрепление приборов на кабеле и транспортировку их в скважину под действием веса приборов и кабеля, отличающийся тем, что кабель выбирают с внутренней герметичной трубкой, перед спуском кабеля в скважину закупоривают трубку пробками с обоих концов, закачивают в трубку жидкость под давлением через запорный клапан и оставляют ее под давлением на период работы, после чего опускают кабель с закрепленными на нем приборами в скважину, при этом величину давления жидкости в трубке определяют из формулы

Ртруб≥Рскв(Sкаб/Sтруб-1)-Qкаб×Lкаб/Sтрубразр (1)

где Ртруб - давление жидкости в трубке, кгс/см2;

Рскв - гидростатическое давление столба скважинной жидкости на глубине запланированного спуска приборов на кабеле, кгс/см ;

Sкаб - поперечное сечение кабеля с трубкой, см2;

Sтруб - площадь поперечного сечения отверстия трубки и равная ей площадь пробки, контактирующей с жидкостью в трубке, см2;

Qкаб - вес 1 км кабеля с трубкой, кгс;

Lкаб - длина кабеля до глубины запланированного спуска приборов, км;

Рразр - давление жидкости в трубке, приводящее к разрыву кабеля, кгс/см2, определяемое по формуле Рразр=Fразр/Sтруб, где Fразр - разрывное усилие кабеля по его паспорту, кгс.

2. Устройство для осуществления способа доставки приборов в скважину, содержащее кабель требуемых жесткости и веса с закрепленными на нем приборами, отличающееся тем, что кабель содержит внутреннюю герметичную трубку с установленными на ее концах пробками, в верхней пробке расположен запорный клапан, через который в трубку между пробками закачана жидкость, оставленная под постоянным давлением на период работы, при этом давление жидкости в трубке определено по формуле п.1.