способ измерения длины колонны длинномерных тел, соединяемых между собой и спускаемых в скважину канатной лебедкой, снабженной измерителем веса

Формула изобретения

Способ измерения длины колонны длинномерных тел, соединяемых между собой и спускаемых в скважину канатной лебедкой, снабженной измерителем веса, включающий измерение длины колонны с учетом ее удлинения под собственным весом, отличающийся тем, что в процессе измерения длины колонны осуществляют циклический подсчет числа оборотов фрикционно связанных с канатом лебедки мерных роликов, начиная с первого длинномерного тела, спускаемого в скважину без учета его веса, последующий счет циклов ведут при наличии нагрузки на канате лебедки, равной весу не менее чем двух длинномерных тел, соединяемых в колонну, а съем показаний осуществляют, по крайней мере, с двух мерных роликов, причем в каждом цикле засчитывают показания мерного ролика, завершившего оборот первым.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для контроля длины колонны длинномерных тел, в частности насосно-компрессорных труб, спускаемых в нефтяную скважину при проведении в ней подземного ремонта.

Известен "Способ измерения длины кабеля", заключающийся в подсчете числа оборотов фрикционно связанного с кабелем лебедки мерного ролика (Спр. по нефтепромысловому оборудованию", Е. И. Бухаленко. - М.: Недра, 1983 г., стр. 222). Способ позволяет осуществлять непрерывное измерение длины кабеля лебедки с закрепленным на его конце длинномерным телом (глубинным прибором) в процессе спуска или подъема последнего в скважине.

Недостатком способа является возможность проскальзывания кабеля относительно мерного ролика, приводящего к возникновению погрешности измерения.

Известен "Способ измерения длины кабеля", заключающийся в циклическом подсчете числа оборотов фрикционно связанных с кабелем лебедки мерных роликов, причем в каждом цикле засчитывают показания мерного ролика, завершившего оборот первым (а.с. СССР 1310513, кл. Е 21 В 47/04, Бюл. 18, 1987 г.).

Способ позволяет осуществлять непрерывное измерение длины кабеля лебедки с грузом на его конце при спуске или подъеме последнего в скважине с большей точностью за счет увеличения числа мерных роликов и обеспечения при измерении принципа независимого приоритетного счета.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому является "Способ определения глубины буровой скважины", заключающийся в определении средневзвешенного веса единицы длины колонны труб и по отношению веса колонны труб к средневзвешенному весу единицы длины труб определение глубины скважины (а.с. СССР 947409, кл. Е 21 В 47/04, Бюл. 28, 1982 г.).

Общими для аналога и прототипа недостатками являются: а) ошибки измерения длины кабеля (каната) при спуске длинномерных тел, соединяемых в колонну, связанные с непрерывностью процесса подсчета числа оборотов мерных роликов, и вследствие этого невозможностью исключения из процесса измерения вспомогательных спускоподъемных операций с лебедкой (подъем на канате лебедки длинномерного тела с мостков и подвешивание его над устьем скважины, спуск до устья и соединение с последним длинномерным телом, уже спущенным в скважину); б) ошибки измерения длины колонны, возникающие из-за неучета в процессе измерения удлинения ее под собственным весом. Эти недостатки приводят к существенному ухудшению точности измерения длины колонны при спуске ее в скважину и в конечном счете не позволяют точно доставить закрепленное на нижнем конце колонны устройство (насос, нагреватель и т.п.) на заданную глубину.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы создать такой способ измерения длины колонны длинномерных тел, соединяемых между собой и спускаемых в скважину канатной лебедкой, снабженной измерителем веса, который бы обеспечивал измерение длины, исключая его при вспомогательных и подготовительных реверсивных движениях каната перед спуском длинномерного тела в скважину и учитывая удлинение колонны под собственным весом.

Целью изобретения является повышение точности измерения длины колонны длинномерных тел, спускаемых в скважину на канатной лебедке, за счет исключения из процесса измерения вспомогательных и подготовительных спускоподъемных операций с подвешиваемыми на канате лебедки длинномерными телами перед спуском их в скважину и учета удлинения колонны под собственным весом.

Поставленная цель достигается описываемым способом измерения длины колонны длинномерных тел, соединяемых между собой и спускаемых в скважину канатной лебедкой, снабженной измерителем веса, включающий измерение длины колонны с учетом ее удлинения под собственным весом.

Предложенный способ отличается от известного тем, что в процессе измерения длины колонны дополнительно учитывают число оборотов фрикционно связанных с канатом лебедки мерных роликов, начиная с первого длинномерного тела, спускаемого в скважину без учета его веса, с последующим подсчетом циклов при наличии нагрузки на канате лебедки, равной весу не менее чем двух длинномерных тел, соединяемых в колонну. При этом съем показаний осуществляют по крайней мере с двух мерных роликов, причем в каждом цикле засчитывают показания мерного ролика, завершившего оборот первым.

Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявленная совокупность отличительных признаков. Следовательно, предлагаемый способ отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично представлен чертеж устройства, реализующего способ измерения длины колонны длинномерных тел, спускаемых в скважину канатной лебедкой, снабженной измерителем веса.

На фиг.2 представлена блок-схема, поясняющая устройство и взаимодействие измерительного блока и блока обработки в процессе измерения длины длинномерных тел, спускаемых в скважину.

Устройство для измерения длины колонны длинномерных тел, спускаемых в скважину, взаимодействует с ходовой ветвью каната 1 лебедки 2, установленной на шасси 3 передвижного агрегата для подземного ремонта скважин. Ходовая ветвь каната 1 через кронблок 4, закрепленный на мачте 5, соединена с талевым блоком 6, на крюке которого подвешивается каждое спускаемое в скважину длинномерное тело 7. Мачта 5 закреплена на шасси 3. С ходовой ветвью каната 1 фрикционно связаны мерные ролики измерительного блока 8, размещенного на кронштейне 9. На неподвижной ветви каната 10, конец которой закреплен на шасси 3, установлен измеритель веса 11. Измерительный блок 8 и измеритель веса 11 электрически связаны с блоком обработки 12. Спуск и подъем длинномерных тел 7, размещенных предварительно на мостках 13 в эксплуатационную колонну 14 скважины, может осуществляться любым способом, например с помощью элеватора 15 и спайдера 16.

Измерительный блок 8 (см. фиг.2) включает в себя не менее двух (в данном случае три) мерных роликов 17, фрикционно связанных с канатом 1. Каждый из роликов 17 снабжен четырьмя датчиками 18, установленными с одинаковым шагом по окружности ролика. Около каждого ролика 17 на необходимом расстоянии от датчиков 18 неподвижно закреплены по два чувствительных элемента 19. Чувствительные элементы 19 каждого ролика 17 электрически соединены со "своими" блоками первичного анализа и счета 20, размещенными в блоке обработки 12, который включает в себя также блок реверсивных счетчиков 21 и индикатор 22.

Измерение длины длинномерных тел, соединяемых в колонну, проводили на примере спуска в нефтяную скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в процессе проведения подземного ремонта.

С помощью элеватора 15 (см. фиг.1), подвешенного на крюке талевого блока 6, с мостков 13 снимали первую НКТ 7, опускали ее в эксплуатационную колонну 14, фиксировали клиновым захватом спайдера 16, установленного на фланце эксплуатационной колонны 14. Затем, таким же образом, с мостков снимали вторую НКТ 7 и соединяли с первой НКТ с помощью резьбового соединения. Колонну из двух соединенных НКТ 7 приподнимали лебедкой с целью освобождения захвата спайдера 16, затем опускали в эксплуатационную колонну и фиксировали клиновым захватом спайдера. Далее с мостков снимали очередную НКТ и весь цикл, включающий в себя соединение труб НКТ, приподъем их с целью освобождения клинового захвата спайдера, опускание в эксплуатационную колонну очередной НКТ и фиксацию ее клиновым захватом спайдера повторяли до завершения спуска всей колонны НКТ.

В процессе перемещения ходовой ветви каната 1 при совершении спускоподъемных операций мерные ролики 17 (см. фиг.2), расположенные вдоль траектории движения каната 1 и фрикционно связанные с ним, совершают реверсивные вращательные движения, причем число оборотов каждого из них пропорционально длине протянутого каната и соответствующей длине участка спускаемой НКТ 7. По мере поворота мерного ролика 17 каждый из датчиков 18 поочередно оказывается против чувствительных элементов 19, тем самым вызывая их срабатывание. Сигналы с чувствительных элементов 19 поступают на входы 23, 24 блоков первичного анализа и счета 20. Очередность поступления этих сигналов на входы 23 или 24 зависит от направления вращения роликов 17. Каждый из блоков первичного анализа и счета 20 осуществляет анализ направления движения "своего" мерного ролика 17 и счет срабатываний чувствительных элементов. По завершению оборота ролика 17, что соответствует числу срабатываний чувствительного элемента 19 за один оборот, с выходов 25 блоков первичного анализа и счета 20 на входы 26 блока реверсивных счетчиков 21 подаются сигналы счета оборотов. После приема этим блоком сигнала, поступившего первым с какого-либо выхода 25 блоков 20, с выхода 27 блока счетчиков 21 на входы 28 всех блоков первичного анализа и счета 20 поступает сигнал возврата их счетчиков в "нулевое" исходное состояние. При этом первый цикл измерения заканчивается и начинается обработка следующего оборота мерных роликов 17. В блоке реверсивных счетчиков 21 накапливается суммарное число оборотов, переводится в пропорциональную длине измеряемой НКТ величину и результат измерения с выхода 30 блока 21 подается на индикатор 22 для визуального контроля. Управление работой блока реверсивных счетчиков 21 осуществляется по его входу 29 сигналом, поступающим с измерителя веса 11. Прием сигналов с блоков первичного анализа и счета 20 через входы 26 блока 21 разрешается для первой спускаемой НКТ 7 по стартовому сигналу начала спуска, а последующие измерения осуществляются только при наличии на входе 29 блока реверсивных счетчиков 21 разрешающего сигнала, соответствующего весу двух и более подвешенных на талевом блоке 6 НКТ 7 длинномерных тел.

Таким образом, счет числа оборотов мерных роликов при подготовительных и вспомогательных операциях с лебедкой перед спуском длинномерного тела в скважину (подъем тела с мостков, спуск его к устью скважины, соединение с колонной) не будет осуществляться, чем будет обеспечиваться точное измерение длины только при спуске колонны в скважину.

Управляющим сигналом с измерителя веса 11, пропорциональным весу колонны, по входу 29 блока реверсивных счетчиков 21 осуществляется корректировка их содержимого в процессе измерения длины колонны, обеспечивающая поправку результата измерения на удлинение колонны под собственным весом.

При движении мерных роликов 17 за счет сил фрикционного трения отсутствует проскальзывание каната 1 относительно роликов 17 и в идеальном случае каждый из них совершает строго одинаковое число оборотов в процессе измерения, по которому судят о длине спущенной в скважину колонны длинномерных тел 7. При проскальзывании каната 1 относительно всех, кроме хотя бы одного из роликов 17, показание снимается и фиксируется в блоке реверсивных счетчиков 21 с того из роликов 16, который первым завершил оборот относительно своего исходного состояния. Длина следующего участка протягиваемого каната 1 определится по тому ролику 17, который в свою очередь первым совершит полный оборот. Погрешность измерения длины появляется только в том случае, когда в течение одного цикла измерения проскальзывают одновременно все ролики 17. Очевидно, что увеличение количества применяемых мерных роликов приводит к уменьшению вероятности возникновения этой погрешности.

Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить из процесса работ по спуску длинномерных тел при подземном ремонте скважин этап предварительных ручных (рулеткой) грубых измерений длины каждого тела на мостках и суммарной длины спускаемой колонны, на который затрачивается 10-12% времени на все работы по спуску колонны. При этом точное измерение длины спускаемой колонны с учетом удлинения ее под собственным весом, обеспечиваемое предлагаемым изобретением позволяет осуществлять точную доставку концевых элементов колонны (насосов, нагревателей, глубинных приборов и т.п.) на заданную глубину скважины.