Устройство для доставки геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины

Устройство для доставки геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к геофизическим исследованиям нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при доставке геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины.

Доставка геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины является важной нефтепромысловой задачей. Важной проблемой является и повышение надежности доставки геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины на большие расстояния.

Известны устройства для доставки геофизических приборов на кабеле в ствол горизонтальной скважины, которые имеют для повышения проталкивающей способности утяжеленный кабель, выполненный, например:

- с покрытием серийного геофизического кабеля двухслойной армирующей броней в пластмассовой оболочке (см. патент № 2087929 от 12.03.96, опубл. 20.08.97, G01V 3/18);

- из токоведущих жил и брони из трех и более слоев стальной проволоки с оболочками из полимерного материала с утяжеляющим наполнителем (см. заявку № 99119036 от 03.09.99, G01V 3/00);

- из двух частей: верхнего более тяжелого за счет наполнения полимерным материалом с утяжеляющим наполнителем и нижнего более легкого (см. патент №2209450 от 14.01.2002, опубл. 27.07.2003, G01V 1/52).

Эти устройства обладают существенным недостатком, связанным с созданием необходимой жесткости кабеля, сложностью обеспечения гидроизоляции кабеля при повышенных давлениях на устье скважины, низкой эффективностью доставки геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины, имеющей нисходящие и восходящие участки.

Более эффективным является устройство для доставки в ствол горизонтальной скважины геофизических приборов, соединенных с геофизическим кабелем, выбранное заявителем в качестве прототипа (см. патент РФ № 2138613 от 18.05.98., опубл. 27.09.99). В данном устройстве геофизический кабель выполнен комбинированным, при этом верхняя часть состоит из серийного кабеля, а нижняя - из кабеля с повышенной жесткостью и увеличенным диаметром. Геофизические приборы доставляются в интервал исследований силой, возникающей за счет разницы в диаметрах нижней и верхней частей кабеля при создании давления на устье скважины 6-7 МПа.

Однако это техническое решение имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью создания избыточного устьевого давления, что может привести к поглощению исследуемыми пластами скважинной жидкости и, как следствие, недостаточной надежностью доставки геофизических приборов в ствол горизонтальной скважины на большие расстояния. К недостаткам относится и сложность изготовления геофизического кабеля, состоящего из двух частей.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка простого и надежного устройства, обеспечивающего доставку геофизической аппаратуры в ствол горизонтальной скважины на большие расстояния.

Поставленная задача решается путем выполнения известного устройства для доставки в ствол горизонтальной скважины геофизических приборов, соединенных с серийным геофизическим кабелем, которое согласно изобретению снабжено соединенным с геофизическими приборами приводом, выполненным в виде рамы с двумя опорными роликами разного диаметра, установленными перпендикулярно продольной оси рамы, при этом ролик с большим диаметром выполнен приводным.

Геофизические приборы установлены на раме привода.

Приводной ролик соединен с двигателем привода, установленным на его раме, а ролик с меньшим диаметром является передним по ходу продвижения геофизических приборов.

Возможность достижения поставленной задачи обусловлена тем, что выполнение привода для продвижения геофизических приборов в виде рамы с двумя опорными роликами разного диаметра, установленными перпендикулярно продольной оси рамы, создает ему (приводу) форму усеченного конуса, а выполнение ролика с большим диаметром приводным приводит к возникновению движущей силы за счет разности диаметров опорных роликов привода и сил трения. Геофизические приборы, установленные на раме привода, приводятся в беспрепятственное движение по стволу на большие расстояния в направлении забоя горизонтальной скважины, в том числе и на нисходящих и восходящих участках. Устройство является простым по своей конструкции, обеспечивает надежную доставку геофизических приборов в ствол нефтегазовой скважины на большие расстояния и повышает достоверность геофизических исследований.

Проведенные патентные исследования не выявили сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.

Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, технологией, оборудованием), необходимыми для изготовления и широкого использования предлагаемого устройства в связи со сравнительно низкой стоимостью его вследствие простоты конструкции, технологичности его изготовления и обеспечения надежной доставки геофизических приборов на большое расстояние в ствол газовой или нефтяной скважины.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в продольном сечении;

на фиг.2 представлены этапы движения устройства в стволе горизонтальной скважины;

на фиг.3 изображено положение устройства в стволе горизонтальной скважины при доставке геофизических приборов.

Устройство 1 для доставки в ствол горизонтальной скважины геофизических приборов, соединенных с серийном геофизическим кабелем 4, снабжено соединенным с геофизическими приборами 3 приводом 5, выполненным в виде рамы 6 с двумя опорными роликами разного диаметра 7 и 8, установленными перпендикулярно продольной оси рамы 6, при этом ролик с большим диаметром 7 выполнен приводным, соединен с двигателем 9 привода 5, установленным на его раме 6. Связь ролика 7 с двигателем 9 осуществляется через зубчатую пару колес 10 и 11, при этом ведомое зубчатое колесо 11 жестко закреплено на полом валу 12, установленном на подшипниках 13, на котором жестко смонтировано ролик 7 с большим диаметром. В полом валу 12 установлена полая ось 14, через которую проходит соединенный с геофизическими приборами серийный геофизический кабель 4, например КГФ-60-90, и кабель 15 двигателя 9. Ролик 8 с меньшим диаметром установлен на подшипнике 16 и является передним по ходу продвижения геофизических приборов 3. Геофизические приборы 3 установлены на раме 6 привода 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Геофизические приборы 3, установленные на раме 6 привода 5, подсоединяются с наземным измерительным устройством (на чертеже отсутствует) посредством серийного геофизического кабеля 4, пропущенного через полую ось 14 привода 5. Далее производят доставку известными способами геофизических приборов 3 с приводом 5 до интервала перехода в горизонтальный ствол 2. При включении двигателя 9 привода 5, начинает вращаться приводной ролик 7 и устройство 1 начинает продвигаться продольно по стволу 2 скважины, осуществляя доставку геофизических приборов 3 на любые большие расстояния на забой горизонтальной скважины, имеющей нисходящие и восходящие участки до 10°.

Процесс движения устройства в стволе (по колонне труб) горизонтальной скважины можно разделить на три этапа.

На первом этапе опорные ролики 7 и 8 привода 5 в момент подачи привода 5 в ствол 2 горизонтальной скважины соприкасаются с внутренней поверхностью ствола 2 в точках А и В. В результате вращения вала двигателя 9 приводной ролик 7 начинает вращаться с угловой скоростью ω_Z вокруг собственной оси Z (фиг.2).

На втором этапе, в результате действия сил трения и проскальзывания ролика 8 с меньшим диаметром в точке А (точке соприкосновения ролика 8 со стволом 2 скважины), привод 5 поворачивается с угловой скоростью ω_X вокруг оси X, перпендикулярной продольной оси привода Z и проходящей через его центр тяжести С. Ввиду ограничения привода криволинейными поверхностями ствола 2 скважины этот поворот заканчивается, когда продольная ось Z привода 5 составит с осью скважины некоторый угол β, который зависит от коэффициента трения скольжения, скорости вращения и габаритов привода 5, габаритов ствола 2 скважины и др. факторов.

На третьем этапе (фиг.3) привод 5, находясь под действием сил трения: F_A и F_B и силы тяжести, катится по поверхности ствола так, что угол β сохраняется, а центр тяжести устройства С движется вдоль оси ствола 2 скважины. В плоскости опорного ролика 8 с меньшим диаметром в точке А составляющими сил трения являются F'_A и F''_B, а в плоскости приводного ролика 7 в точке В составляющими сил трения являются F'_B и F''_B.

Составляющие сил трения F'_A И F'_B (параллельные оси ствола 2 скважины) обеспечивают движение привода 5, соединенного с геофизическими приборами 3, вдоль ствола 2 скважины. Составляющие сил трения F''_A, F''_B вращают ролики 7 и 8 вокруг их собственных осей.

Скорость транспортирования (перемещения) геофизических приборов 3 вдоль ствола 2 скважины определяется углом β, габаритами устройства 1 и угловой скоростью вращения ω_Z приводного ролика 7 устройства 1.

Измерения геофизических параметров проводят как в процессе движения устройства 1 к забою горизонтальной скважины, так и при извлечении его из скважины.

Извлечение геофизической аппаратуры из скважины и каротаж проводится посредством серийного геофизического кабеля.

Устройство прошло испытание в лабораторных условиях при стандартных для нефтедобычи диаметрах колонны труб (146 мм).

1. Устройство для доставки в ствол горизонтальной скважины геофизических приборов, соединенных с серийным геофизическим кабелем, отличающееся тем, что оно снабжено соединенным с геофизическими приборами приводом, выполненным в виде рамы с двумя опорными роликами разного диаметра, установленными перпендикулярно продольной оси рамы, при этом ролик с большим диаметром выполнен приводным.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геофизические приборы установлены на раме привода.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводной ролик соединен с двигателем привода, установленным на его раме.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ролик с меньшим диаметром является передним по ходу продвижения геофизических приборов.