устройство для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин

Формула изобретения

Устройство для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин, содержащее спускаемый в скважину на толкателе, выполненном в виде колонны пустотелых герметичных труб, геофизический прибор, обеспечивающий проведение исследований, отличающееся тем, что на нижнем конце устройства установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий доступ геофизического прибора в открытый ствол многозабойной скважины под действием избыточного давления жидкости в колонне труб, при этом геофизический прибор выполнен автономным, эксцентрично помещен в защитный контейнер и жестко закреплен в нем, причем корпус защитного контейнера оснащен окнами для проведения геофизических исследований в открытом стволе горизонтальной многозабойной скважины, а внутри корпуса защитного контейнера выполнен гидравлический канал, сообщающий внутренние пространства колонны пустотелых герметичных труб и гидравлического отклонителя через полое гибкое сочленение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к геофизическим исследованиям открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Известно устройство для исследования скважин с применением гибких труб (Clarrer С. The Challenge of Logging Horizontal Wells. Tbie hog Analist, March-April 1991, с.67-69), представляющее собой барабан лебедки большого диаметра, на который намотаны гибкие металлические трубы, внутри которых пропущен каротажный кабель. Гибкие трубы с закрепленным на конце геофизическим прибором проталкивают в горизонтальный ствол скважины. Благодаря упругости гибкой трубы они достигают забоя скважины.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, геофизический прибор не защищен от механических повреждений в процессе спуско-подъемных операций, что может вывести его из строя;

- во-вторых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Также известно устройство для исследования горизонтальных скважин (патент RU № 2108459, МПК Е21В 47/01, опубл. 10.04.1998 г. в бюл. № 10), содержащее спускаемый в скважину на каротажном кабеле толкатель с токопроводящими жилами внутри, имеющий длину, равную суммарной длине горизонтальной и искривленной части скважины, к которому снизу прикреплен геофизический прибор, а сверху него на каротажном кабеле закреплен груз-двигатель, при этом толкатель выполнен в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивно-стойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, и имеющего толщину, выбираемую в зависимости от требований жесткости и средней плотности, предъявляемых к толкателю, при этом поверх толкателя навита дополнительная броня из стальной проволоки, покрытая сверху защитным слоем из агрессивно-стойкой изоляции.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая надежность работы, связанная с возможностью того, что геофизический прибор не дойдет до забоя скважины, если вес груза-двигателя окажется недостаточным, поскольку невозможно заранее определить сопротивление, возникающее в скважине в процессе спуска устройства;

- во-вторых, устройство спускается на геофизическом кабеле, что может привести к его прихвату в процессе спуско-подъемных операций с возможным обрывом геофизического кабеля и последующими аварийными работами по извлечению геофизического прибора;

- в-третьих, низкая успешность в работе, так как критерием успешной работы является то, что толкатель выполняют в виде отрезка бронированного кабеля, покрытого дополнительным слоем твердой, эластичной и агрессивно-стойкой изоляции из материала, плотность которого ниже плотности жидкости, заполняющей скважину, при этом плотность этой жидкости вследствие обводнения продукции изменяется в широком интервале, поэтому достаточно сложно выполнить это условие;

- в-четвертых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для исследования горизонтальных скважин (патент RU № 2114298, МПК Е21В 47/01, опубл. 27.06.1998 в бюл. № 18). Устройство содержит спускаемый в горизонтальную скважину на каротажном кабеле геофизический прибор, обеспечивающий измерение расхода и состава жидкостей в скважине. К геофизическому прибору жестко прикреплены поплавковые элементы, представляющие собой воздухонаполненные герметичные отрезки труб. Средняя плотность поплавковых элементов вместе с геофизическим прибором меньше плотности нефти, откачиваемой из скважины. К поплавковому элементу прикреплен толкатель, выполненный в виде колонны пустотелых герметичных труб, средняя плотность которых близка к плотности откачиваемой из скважины нефти. Внутри труб толкателя проходят токоподводящие жилы к геофизическому прибору. К толкателю прикреплен груз-двигатель, выполненный в виде колонны утяжеленных труб, через который пропущен каротажный кабель, подсоединенный к токоподводящим жилам толкателя. Длина толкателя соответствует суммарной длине горизонтального и искривленного участков скважины. Груз-двигатель имеет такую массу, что усилие, развиваемое весом груза-двигателя при спуске устройства в скважину, достаточно для проталкивания геофизического прибора поплавковыми элементами посредством толкателя к забою скважины.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, устройство предназначено для проведения геофизических исследований в горизонтальном стволе скважины, но не позволяет производить геофизические исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин;

- во-вторых, низкая надежность работы, связанная с возможностью того, что геофизический прибор не дойдет до забоя скважины, если вес груза-двигателя окажется недостаточным, поскольку невозможно заранее определить сопротивление, возникающее в скважине в процессе спуска устройства;

- в-третьих, устройство спускается на геофизическом кабеле, что может привести к его прихвату в процессе спуско-подъемных операций с возможным обрывом геофизического кабеля и последующими аварийными работами по извлечению геофизического прибора, в связи с чем снижается эффективность работы устройства;

- в-четвертых, низкая успешность в работе, так как критерием успешной работы является то, что средняя плотность поплавковых элементов вместе с геофизическим прибором должна быть меньше плотности нефти, откачиваемой из скважины, при этом плотность нефти вследствие обводнения продукции изменяется в широком интервале, поэтому достаточно сложно выполнить условие размещения геофизического прибора непосредственно в потоке нефти.

Техническими задачами изобретения являются разработка надежного устройства, позволяющего проводить селективные геофизические исследования в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин, и повышение эффективности и успешности проведения геофизических исследований в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин.

Поставленные технические задачи решаются устройством для исследования открытых стволов многозабойных горизонтальных скважин, содержащим спускаемый в скважину на толкателе, выполненном в виде колонны пустотелых герметичных труб, геофизический прибор, обеспечивающий проведение исследований.

Новым является то, что на нижнем конце устройства установлен гидравлический отклонитель, обеспечивающий доступ геофизического прибора в открытый ствол многозабойной скважины под действием избыточного давления жидкости в колонне труб, при этом геофизический прибор выполнен автономным, эксцентрично помещен в защитный контейнер и жестко закреплен в нем, причем корпус защитного контейнера оснащен окнами для проведения геофизических исследований в открытом стволе горизонтальной многозабойной скважины, а внутри корпуса защитного контейнера выполнен гидравлический канал, сообщающий внутренние пространства колонны пустотелых герметичных труб и гидравлического отклонителя через полое гибкое сочленение.

На фиг.1 показано предлагаемое устройство.

На фиг.2 показан защитный контейнер в поперечном сечении.

Устройство для исследования открытых стволов 1, 1' 1ⁿ (см. фиг.1) горизонтальной многозабойной скважины 2 содержит спускаемый в скважину на толкателе, выполненном в виде колонны пустотелых герметичных труб 3 (далее - колонны труб), геофизический прибор 4, обеспечивающий проведение исследований. В качестве пустотелых герметичных труб 3 применяют сварные длинномерные трубы в бунтах (ТУ 14-3-1470-86) (колонны гибких труб) диаметром D=38,1 мм с толщиной стенки 4 мм производства АО "Уральский научно-исследовательский институт трубной промышленности" ("УралНИТИ").

На нижнем конце устройства установлен гидравлический отклонитель 5, обеспечивающий доступ геофизического прибора 4 в заданный открытый ствол, например в открытый ствол 1 многозабойной горизонтальной скважины 2, под действием избыточного давления жидкости в колонне труб 3.

В качестве гидравлического отклонителя 5 могут применяться устройства, описанные в патентах RU № 2318111, МПК 8Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г. в бюл. № 6 или № 2318112, МПК 8Е21В 23/00, опубл. 27.02.2008 г. в бюл. № 6.

Геофизический прибор 4 выполнен автономным и может быть любой известной конструкции, например аппаратурно-методический комплекс «АМК-Горизонт-90» производства ООО НПФ АМК ГОРИЗОНТ (Россия, Республика Башкортостан, г.Октябрьский), обеспечивающий проведение необходимых геофизических исследований, например замера температуры и расходометрии.

Применение автономного геофизического прибора исключает возможность обрыва кабеля, что позволяет повысить эффективность проводимых геофизических исследований.

Геофизический прибор 4 эксцентрично помещен в защитный контейнер 6 и жестко закреплен в нем. Корпус защитного контейнера 6 оснащен окнами 7 (см. фиг.1 и 2) для проведения автономным геофизическим прибором 4 геофизических исследований в открытых стволах 1, 1' 1ⁿ горизонтальной многозабойной скважины 2.

Внутри корпуса защитного контейнера 6 параллельно автономному геофизическому прибору 4 выполнен гидравлический канал 8, сообщающий внутренние пространства 9 и 10 (см. фиг.1) соответственно колонны труб 3 и гидравлического отклонителя 5 с помощью полого гибкого сочленения 11. В качестве полого гибкого сочленения 11 применяют отрезок гибкой трубы длиной 2-3 м. Гибкое сочленение 11 обеспечивает прохождение геофизического прибора 4 в открытые стволы 1, 1' 1ⁿ независимо от угла их зарезки.

Защитный контейнер 6 предохраняет автономный геофизический прибор 4 от механических повреждений во время спуско-подъемных операций, вследствие чего повышается надежность работы устройства.

Эксцентричное жесткое крепление автономного геофизического прибора 4 в защитном контейнере 5 осуществляют с помощью любого известного крепления 12, например с помощью резьбового соединения (на фиг.1 и 2 не показано). Крепление 12 позволяет жестко фиксировать геофизический прибор 4 относительно защитного контейнера 6 в процессе геофизических исследований, что повышает точность измерений.

В процессе проведения геофизических исследований в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины датчики геофизического прибора находятся непосредственно в потоке жидкости, так как геофизический прибор размещен жестко на креплениях в защитном контейнере, что повышает надежность работы устройства и позволяет более точно по сравнению с известным устройством произвести измерения.

Работает устройство следующим образом.

На устье скважины собирают устройство, как показано на фиг.1, в направлении от забоя 7 к устью (на фиг.1 и 2 не показано) многозабойной горизонтальной скважины 2.

Устройство на колонне труб 3 (см. фиг.1) спускают в горизонтальный участок многозабойной горизонтальной скважины 2 до тех пор, пока гидравлический отклонитель 5 не разместится напротив входа в необходимый открытый ствол для проведения геофизических исследований в нем, например в открытый ствол 1 (см. фиг.1). Интервал размещения гидравлического отклонителя 5 напротив входа в открытый ствол 1 определяется суммой длин: колонны труб 3, защитного контейнера 6, гибкого сочленения 11 и гидравлического отклонителя 5, спущенных в горизонтальную скважину 2, и контролируется по счетчику (на фиг.1 и 2 не показано), установленному на устье скважины.

После чего с устья скважины 2 (см. фиг.1) с помощью любого известного насоса, например цементировочного агрегата марки ЦА-320 (на фиг.1 и 2 не показано), во внутреннее пространство 9 (см. фиг.1) колонны гибких труб 3 закачивают технологическую жидкость, в качестве которой используют, например, пресную воду плотностью 1000 кг/м³, и создают избыточное давление жидкости, которое через гидравлический канал 8 защитного контейнера 6 и гибкое сочленение 11 передается во внутреннее пространство 10 гидравлического отклонителя 5.

В результате шток (на фиг.1 и 2 не показано) гидравлического отклонителя 5 (см. фиг.1) поворачивается в сторону зарезки открытого ствола 1, при этом, не снижая избыточное давление в колонне труб 3, начинают медленно спускать колонну труб 3 в открытый ствол 1 со скоростью, например, не более 0,25 м/с. Спуск колонны труб 3 в открытый ствол 1 многозабойной горизонтальной скважины со скоростью 0,25 м/с продолжают до тех пор, пока колонна гибких труб 3 не переместится на расстояние В+L, т.е. пока защитный контейнер 6 полностью не окажется в открытом стволе 1. Например, расстояние В, т.е. длина гибкого сочленения 8, составляет 6 м, а расстояние L, т.е. длина защитного контейнера 6, составляет 3 м. Тогда расстояние, на которое необходимо переместить устройство, составляет 9 м, после чего начинают проводить геофизические исследования в открытом стволе 1. Геофизические исследования можно проводить в заданном интервале открытого ствола 1, а также при необходимости проводить исследования перемещением устройства в сторону забоя открытого ствола 1 или, наоборот, от забоя к устью открытого ствола.

После проведения геофизических исследований устройство либо извлекают из открытого ствола 1 многозабойной горизонтальной скважины, либо перемещают его по горизонтальному стволу скважины 2 в сторону забоя для проведения дальнейших геофизических исследований в открытых стволах многозабойной горизонтальной скважины, повторяют технологические операции так, как при исследовании открытого ствола 1.

Конструкция предлагаемого устройства надежна в работе и позволяет проводить селективные геофизические исследования в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин, а также повышает эффективность и успешность проведения геофизических исследований в открытых стволах многозабойных горизонтальных скважин.