геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин

Формула изобретения

1. Геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин, состоящий из токопроводящих жил с электрической изоляцией каждой жилы, многослойных повивов брони с покрытием из пластического клеящего материала, отличающийся тем, что каждая жила выполнена бронированной, промежутки между бронированными жилами и центральная часть кабеля заполнены проволоками, бронированные жилы и проволоки заполнения свиты между собой, а многослойные повивы брони расположены на свитых бронированных жилах.

2. Геофизический кабель по п.1, отличающийся тем, что промежутки между свитыми жилами и центральная часть кабеля заполнены проволоками круглого и/или фасонного сечения.

3. Геофизический кабель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что диаметр проволок брони токопроводящих жил и диаметр проволок, заполняющих промежуток между свитыми жилами, составляют 0,1-0,7 и 0,3-2,0 диаметра проволок наружного слоя брони соответственно.

4. Геофизический кабель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что диаметр проволок, заполняющих центральную часть кабеля, составляет 0,3-3,0 диаметра проволок брони токопроводящей жилы.

5. Геофизический кабель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что каждая токопроводящая жила бронирована одним или более слоями проволоки.

6. Геофизический кабель по п.5, отличающийся тем, что при многослойной броне токопроводящих жил промежутки между слоями заполнены пластическим материалом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к метизной и кабельной промышленности, а именно к производству витых проволочных изделий повышенной осевой жесткости, и может быть использовано для геофизических методов исследований наклонных и горизонтальных скважин приборами, закрепленными на кабеле.

В практике разработки нефтяных и газовых месторождений широко применяют конструкцию скважин с условно горизонтальным участком ствола, проведенного по продуктивному пласту. Информационное обеспечение таких скважин при их строительстве и дальнейшей эксплуатации является сложной проблемой из-за технических трудностей доставки геофизических приборов в горизонтальные участки скважин.

Наиболее распространенным способом доставки приборов в скважину является подача приборов на геофизическом кабеле через обсадную трубу. Кабель выполняет роль информационного канала связи, грузонесущую и проталкивающую роль.

Технической задачей изобретения является создание конструкции геофизического кабеля для исследования скважин с повышенной осевой жесткостью.

Известен геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин, содержащий токоведущие жилы, электрическую изоляцию, двухслойный повив брони, поверх которой нанесено покрытие из пластичного материала, дополнительную двухслойную броню с повивом, взаимно противоположным первому слою брони, и, наконец, общее покрытие из пластического материала, которым заполнены и промежутки между отдельными проволоками в повивах второго слоя брони (см. патент РФ №2087929, 1997, G 01 V 3/18).

Конструкция кабеля обеспечивает гибкость для наматывания на барабан, но одновременно с этим снижается осевая жесткость за счет заполнения пластмассой промежутков между проволоками.

Известен геофизический кабель для исследования скважин, состоящий из одной или более электроизолированных токоведущих жил и 3-6-слойной брони из стальной оцинкованной проволоки, при этом проволоки в каждом слое брони имеют увеличивающийся диаметр и увеличивающееся количество (патент РФ №2138834, 1999, G 01 V 1/40, 3/18).

Кроме того, геофизический кабель может быть выполнен комбинированным: верхняя грузонесущая часть имеет двух- или четырехслойную броню из оцинкованной проволоки, а нижняя часть имеет дополнительную броню, промежуточную и наружную оболочки из полимерного материала.

Конструкция кабеля обеспечивает разрывную прочность 90-200 кН при диаметре кабеля 10,1-36 мм, соответственно.

Известен бронированный проволочный канат, заключенный в пластический материал, содержащий центральный сердечник из нескольких прядей проволоки и нескольких наружных прядей. В пространстве между сердечником и наружными прядями расположены разделительные пряди, оставляющие свободными каналы для прохождения материала покрытия, обеспечивая заполнение пластическим материалом пространство от сердечника до внешней оболочки (см. патент США №4534162, 1983, D 07 B 1/16, 7/12).

Кабель не обладает необходимой жесткостью для проталкивания прибора в пласты скважин.

Известен геофизический кабель для исследования наклонных и горизонтальных скважин, состоящий из 3-7 токоведущих жил, покрытых двумя или тремя парами слоев брони с противоположно направленными повивами проволок в каждом слое, при этом вторая и третья пары слоев брони изготовлены из проволоки, диаметр которой в 1,3-2,5 раза больше диаметра проволок первой пары слоев брони, а поверх каждой пары нанесено под давлением покрытие из пластического клеящего материала, заполняющего промежутки между проволоками брони, и внешний диаметр кабеля прокалиброван по всей длине в диапазоне 15-32 мм. Диаметр нижней части кабеля равен 28-32 мм, диаметр средней части - 22-23, а верхняя часть имеет диаметр 15-18 мм, при этом кабель имеет одинаковую разрывную прочность по всей длине за счет сохранения постоянного количества и диаметра проволок в слоях повива брони, а изменение диаметра кабеля обеспечено наличием или отсутствием промежуточных оболочек из пластического материала между парами слоев брони и изменением шага повива брони (см. патент РФ №2105326, 1997, G 01 V 1/40, 3/18) - прототип. Кабель обладает прочностью 120-230 кН.

Недостатком конструкции данного кабеля является сложность изготовления слоев брони из-за большого количества проволок в каждом слое, приводящего к неравномерному натяжению свиваемых проволок при свивке слоя, и, соответственно, к преждевременному выходу их из строя. Центральная часть кабеля не обладает осевой жесткостью, что снижает эффективность использования данного кабеля в скважинах с различной плотностью сред. И, наконец, для изготовления такого кабеля не могут быть использованы серийные канатные машины, а необходима машина специальной конструкции с большим количеством шпуль, что препятствует возможности широкого применения данного кабеля.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение осевой жесткости кабеля и повышение эффективности его использования при исследовании скважин, продуктивных пластов с различными физическими свойствами и различными геолого-техническими условиями.

Технический результат достигается тем, что в геофизическом кабеле для исследования наклонных и горизонтальных скважин, состоящем из токопроводящих жил с электрической изоляцией для каждой жилы, многослойных повивов брони с покрытием из пластического клеящего материала, согласно изобретению, каждая жила выполнена бронированной, промежутки между бронированными жилами и центральная часть кабеля заполнены проволоками, бронированные жилы и проволоки заполнения свиты между собой, а многослойные повивы брони расположены на свитых бронированных жилах. Кроме того:

- промежутки между свитыми жилами и центральная часть кабеля заполнены проволоками круглого и/или фасонного сечения, а диаметр проволок брони токопроводящих жил и диаметр проволок, заполняющих промежуток между свитыми жилами, составляют (0,1-0,7) и (0,3-2,0) от диаметра проволок наружного слоя брони, соответственно;

- диаметр проволок, заполняющих центральную часть кабеля, составляет (0,3-3,0) от диаметра проволок брони токопроводящей жилы;

- каждая токопроводящая жила бронирована одним или более слоями проволоки;

- при бронировании токопроводящих жил несколькими слоями проволоки промежутки между слоями заполнены пластическим материалом.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже представлена конструкция геофизического кабеля для исследования наклонных и горизонтальных скважин, состоящая из пяти основных элементов: токопроводящей жилы 1, брони 2 токопроводящей жилы, между жильным заполнением и заполнением 3 центральной части кабеля круглыми проволоками, наружных повивов брони 4 кабеля в целом, полимерного материала 5, заполняющего пустоты кабеля, слоя электроизоляционного материала 6.

Особенности конструкции кабеля состоят в следующем.

Для повышения осевой жесткости кабеля каждая токопроводящая жила 1 изготавливается из семи медных проволок диаметром 0,37 мм путем скрутки медных проволок с последующим наложением на них электроизоляционного слоя, затем одного или более слоев брони 2 из стальной круглой проволоки.

Три и более токопроводящие жилы 1 с наложенными слоями электроизоляционного материала 6 и брони 2 из стальной круглой проволоки скручивают между собой.

В процессе скрутки токопроводящих жил 1 одновременно укладывают центральное и междужильные заполнения 3 из стальной круглой проволоки или проволоки фасонного сечения.

Поверх скрученных бронированных токопроводящих жил 1 и проволок заполнения 3 наложена под давлением полимерная оболочка 5 с целью заполнения всех пустот скрученной токопроводящей части кабеля.

Применение бронирования каждой жилы 1, использование заполнения 3 в промежутках между жилами и центральной части кабеля стальными круглыми проволоками или проволоками фасонного сечения, а также и заполнение всех пустот скрученной токопроводящей части полимерным материалом позволяет получить всю токопроводящую часть кабеля с высокой осевой жесткостью, что отсутствует в приведенных источниках информации, описывающих конструкции геофизических кабелей.

Затем на скрученную бронированную и покрытую полимерным материалом токопроводящую часть накладывают броню 4, выполненную из двух и более слоев стальных круглых проволок, причем между слоями брони 4 и поверх наружного слоя брони 4 наложена пластичная полимерная оболочка. Направление свивки слоев брони кабеля необходимо чередовать.

Таким образом, изготовление сердечника из бронированных жил, свитых между собой, последующее бронирование сердечника и заполнение промежутков между свитыми жилами и центральной части кабеля проволоками существенно увеличивают жесткость в центральной части кабеля и осевую жесткость кабеля в целом.

Дополнительные конструктивные отличия позволяют оптимизировать значение осевой жесткости. Это относится к использованию для заполнения промежутков между свитыми жилами кабеля и его центральной части элементов проволоки круглого и/или фасонного сечения.

Заявленное соотношение диаметра проволок брони каждой жилы и диаметра проволок заполнения, определяемое, соответственно, (0,1-0,7) и (0,3-2,0) от диаметра проволок наружного слоя брони, позволяет получить максимальную величину коэффициента заполнения кабеля металлом, равную 0,7 (для известных конструкций этот коэффициент равен 0,55-0,58), и, таким образом, дополнительно повысить осевую жесткость кабеля.

Использование полимерного материала для заполнения всех пустот внутри кабеля позволяет соединить (склеить) проволоки заполнения, проволоки брони и жилы, получив при этом единый агрегированный канат-кабель, работающий как монолитный стержень с дополнительной осевой жесткостью, значительно повышающей эффективность доставки геофизического прибора до забоя скважины.

Изобретение реализовано на опытном образце кабеля следующей конструкции.

Токопроводящую жилу изготовили из 7 круглых медных проволок диаметром 0,37 мм, при этом шаг скрутки медных проволок равен 12 наружным диаметрам токопроводящей жилы. Скрутку медных проволок выполнили левой. Поверх медной токопроводящей жилы наложили экструзией полипропиленовую изоляцию толщиной 1,5 мм.

Броню токопроводящей жилы выполнили из стальных круглых проволок диаметром 1,0 мм, при этом шаг скрутки равен 7,5 мм диаметрам брони. Направление скрутки проволок правое. Бронированные токопроводящие жилы в количестве трех, три проволоки заполнения и одну центральную проволоку скручивают между собой с шагом, равным 12 диаметрам всей токопроводящей части. Диаметр проволок заполнения равен 2,5 мм, а диаметр проволоки центральной - 1,0 мм.

Поверх скрученной токопроводящей части накладывают с помощью экструзии полимерную оболочку по кольцу, на котором расположены верхние точки проволок заполнения, т.е. на уровне диаметра проволок заполнения. Поверх полимерной оболочки токопроводящей части накладывают два слоя брони из круглых стальных проволок. Шаг скрутки каждого слоя равен 7,5 диаметрам повива. Диаметр проволок повива брони внутреннего слоя - 2,1 мм, наружного слоя - 2,9 мм. Направление внутреннего повива - правое, наружного - левое. Соотношения диаметров проволок наружного повива брони к диаметрам проволок брони токопроводящей жилы равны 2,9, а к диаметрам проволок заполнения - 1,16, что соответствует указанным в формуле изобретения соотношениям (0,1-0,7) и (0,3-2,0), по которым определяют диаметр проволок брони токопроводящей жилы и диаметр проволок заполнения, соответственно. Диаметр центральной проволоки равен (0,3-3,0) диаметра проволоки брони токопроводящей жилы.

Испытания опытного образца кабеля длиной 50 см на сжатие показали, что осевая жесткость этого кабеля превышает осевую жесткость кабеля такого же диаметра, но без проволок брони токопроводящей жилы и проволок заполнения на 25%.