способ азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне насосно-компрессорных труб и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне насосно-компрессорных труб, включающий спуск в скважину устройства и считывание величины отклонения, отличающийся тем, что в колонне насосно-компрессорных труб устанавливают метку в соответствии с элементами подземного оборудования, на устье скважины азимутально ориентируют и стабилизируют устройство от поворота, спуск устройства осуществляют внутрь колонны насосно-компрессорных труб до удара о метку и образования следа метки, считывание проводят после поднятия устройства путем сравнивания следа метки с первоначальной азимутальной ориентацией устройства, и по полученным данным осуществляют доворот колонны насосно-компрессорных труб на необходимый угол.

2. Устройство для азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне насосно-компрессорных труб, включающее корпус и расположенные по оси корпуса на его поверхности дугообразные рессоры, отличающееся тем, что оно снабжено меткой, установленной в колонне насосно-компрессорных труб, корпус выполнен с нижней частью из пластичного материала, а дугообразные рессоры закреплены на корпусе с возможностью продольного перемещения одного конца.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дугообразные рессоры расположены рядами вдоль корпуса.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что количество дугообразных рессор в каждом ряду 7 и более.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что количество рядов дугообразных рессор 4 и более.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике исследования скважин и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности.

Известен способ контроля положения бурового снаряда в пространстве, заключающийся в сравнении положения прибора с направлением магнитного поля Земли, обработке информации и передаче ее по кабелю на поверхность.

Способ не пригоден для определения азимутальной ориентации колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с размещенным на забое глубинным оборудованием, поскольку воспроизводит лишь контроль положения бурового снаряда в скважине без колонны НКТ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения раскручивания геофизического кабеля в скважине, заключающийся в определении азимутального отклонения от направления магнитного поля Земли, считывании величины отклонения и передачи информации по кабелю на поверхность [1] .

Известный способ позволяет выполнять операции в колонне НКТ, но не позволяет проводить определение азимутальной ориентации колонны с размещенным на забое глубинным оборудованием, поскольку величина отклонения от азимутальной ориентации спускаемого на кабеле прибора не соотносится (не коррелируется) с азимутальной ориентацией колонны НКТ.

Известное устройство для транспортировки приборов скважине, включающее корпус, снаружи которого установлены центраторы, конусные пакеры и другие элементы.

Устройство предназначено для работы внутри колонны НКТ и обеспечивает центрацию приборов в колонне НКТ, однако не предотвращает от азимутального разворота при спуске и подъеме устройства и не коррелируется с азимутальной ориентацией колонны НКТ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для центрирования скважинных приборов, содержащее дугообразные рессоры, концы которых шарнирно связаны с двумя подвижными втулками, установленными на корпусе прибора. Дугообразные рессоры расположены по оси корпуса на его поверхности [2] .

Известное устройство позволяет надежно центрировать приборы внутри колонны НКТ, однако 7не предотвращает от азимутального разворота при спуске и подъеме устройства и не коррелируется с азимутальной ориентацией колонны НКТ.

Целью изобретения является обеспечение азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ.

Достигается это тем, что в способе азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ, путем считывания величины отклонения, в колонне НКТ устанавливают метку в соответствии с элементами подземного оборудования, азимутально на устье ориентируют устройство с нижней частью из пластичного материала, стабилизируют устройство от проворота, спускают устройство внутри колонны НКТ до удара о метку и образования следа метки, поднимают устройство, считывание величины отклонения проводят, сравнивая направление следа метки с первоначальной азимутальной ориентацией устройства, и доворачивают колонну НКТ на необходимый угол.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ, включающем корпус и расположенные по оси корпуса на его поверхности дугообразные рессоры, корпус выполнен с нижней частью из пластичного материала, дугообразные рессоры закреплены на корпусе с возможностью продольного перемещения одного конца, дополнительно содержит метку, устанавливаемую в колонне НКТ.

В устройстве дугообразные рессоры могут быть размещены рядами вдоль корпуса.

В устройстве предпочтительное количество дугообразных рессор в каждом ряду может быть 7-мь и более.

В устройстве предпочтительное количество рядов дугообразных рессор может быть 4-е и более.

Устройство может быть дополнительно снабжено утяжелителем.

Существенными признаками объекта изобретения "способ" является:

1) считывание величины отклонения;

2) установление в колонне НКТ метки в соответствии с элементами подземного оборудования;

3) азимутальное ориентирование на устье устройства с нижней частью из эластичного материала;

4) стабилизация устройства от проворота;

5) спуск устройства внутри колонны НКТ до удара о метку и образования следа метки;

6) поднятие устройства;

7) сравнение направления следа метки с первоначальной азимутальной ориентацией устройства;

8) доворот колонны НКТ на необходимый угол.

Признаки 2-8-мь являются отличительными признаками объекта изобретения "способ".

Существенными признаками объекта произобретения "устройство" являются:

1) корпус;

2) дугообразные рессоры;

3) расположение дугообразных рессор по оси корпуса на его поверхности;

4) наличие на корпусе нижней части из пластичного материала;

5) закрепление дугообразных рессор на корпусе с возможностью продольного перемещения одного конца;

6) метка;

7) размещение дугообразных рессор рядами вдоль корпуса;

8) количество дугообразных рессор в каждом ряду 7 и более;

9) количество рядов дугообразных рессор 4 и более;

10) утяжелитель.

Признаки 4-10-ть являются отличительными признаками.

Признаки 4-6-ть являются существенными отличительными признаками для всех случаев.

Признаки 7-10-ть являются частными отличительными признаками, показывающими предпочтительное количество дугообразных рессор и рядов и предпочтительное наличие утяжелителя.

На колонне НКТ размещают забойное оборудование, например перфоратор с одним или двумя рядами перфорационных отверстий, которые необходимо сориентировать по азимуту на забое. При спуске неизбежно происходит изменение положения конца НКТ вследствие трения об обсадную колонну, искривления колонны НКТ и т. п. Поэтому после спуска колонны НКТ с забойным оборудованием необходим контроль азимутационного направления. Определить азимутальное направление конца колонны НКТ на забое известными средствами не удается. Для решения этой задачи разработан предлагаемый способ и устройство.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство, спускаемое внутри колонны НКТ, сохраняет то азимутальное положение, которое ему придают на устье. Достигнув забоя, устройство ударяется о метку и на пластичном нижнем конце устройства остается отпечаток метки. Метку предварительно закрепляют внутри колонны НКТ в соответствии с азимутальным направлением глубинного оборудования.

Сохранение азимутального положения спускаемого устройства достигается стабилизаторами, представляющими собой дугообразные рессоры. При движении внутри колонны НКТ дугообразные рессоры скользят по внутренней поверхности колонны и удерживают устройство от проворота.

Количество рядов дугообразных рессор определяется условиями выполнения азимутальной стабилизации. На скважинах весьма малой глубины может быть достаточно двух рядов дугообразных рессор, по одной в каждом. Однако такие условия возможны лишь теоретически. В реальных условиях количество рядов стабилизаторов и количество стабилизаторов в каждом ряду определяется необходимой и достаточной степенью точности азимутальной стабилизации.

Материал дугообразных рессор и их количество выбирается из условия обеспечения необходимого контакта с внутренней поверхностью колонны НКТ, предотвращающего азимутальный проворот устройства при движении.

Все устройства выбирается из условия обеспечения необходимой скорости движения для образования следа метки на печати, расположенной в нижней части устройства.

Материал печати выбирают из пластичного материала, например из свинца, латуни.

Метку изготавливают из твердого упругого материала, например из стали. На практике все устройства, включая утяжелитель, подбирают с запасом так, чтобы скорость движения устройства в колонне НКТ регулировалась подачей кабеля.

Конфигурация дугообразных рессор обеспечивает удлиненную вдоль оси скважины площадь контакта с внутренней поверхностью колонны НКТ.

Предпочтительная область использования устройства и способа являются скважины глубиной 1000-2000 м.

Как показали многочисленные испытания устройства на скважинах глубиной 1000-2000 м, необходимая и достаточная точность определения ориентации достигается при количестве рядов дугообразных рессор 4-е и более. При этом ряды должны быть расположены на одинаковом удалении друг от друга по окружности. Другим обязательным условием точности ориентации является количество стабилизаторов не менее 7-ми в каждом ряду.

Вес устройства подбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую кинематическую энергию в момент удара о метку, необходимую для деформации пластины из мягкого металла и появления следа. Оптимальный вес устройства составляет 30 кг.

Размеры и жесткость дугообразных рессор подбираются из условия обеспечения скорости падения устройства 2-3 м/с в заполненной жидкостью скважине.

Количество дугообразных рессор определяется возможностью одновременной стабилизации положения устройства на каждом стыке НКТ. При этом дугообразные рессоры должны обеспечивать неизменность ориентации устройства как до, так и после прохождения стыка труб, а также и на самом стыке. Это достигается количеством стабилизаторов. Так, на середине стыка три стабилизатора удерживают устройство на прежней трубе, а три других начинают удерживать на новой трубе. За счет этого производится передача стабилизации ориентации устройства от трубы к трубе на каждом стыке.

Доказательством отсутствия поворота устройства при спуске и подъеме служат опыты, проводимые на скважине глубиной 1500 м. После 4-х бросаний устройства от устья до забоя без коррекции ориентации колонны НКТ и угла разворота устройства был обнаружен только один след от метки на печати из пластинчатого материала. Данное испытание свидетельствует о надежности работы устройства и достоверности получаемых результатов.

На чертеже представлено устройство для азимутальной ориентации подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ.

Устройство состоит из корпуса 1, дугообразных рессор 2, печати 3, утяжелителя 4, а также метки 5, устанавливаемой в колонне НКТ 6. Один конец дугообразной рессоры закреплен в проточке 7 корпуса, другой размещен в пазу 8 корпуса. Утяжелитель выполнен в виде набора кольцеобразных грузов 9, надетых на стержень 10, ввернутый в отверстие 11 корпуса, имеющее резьбу 12. В верхней части на стержень навернута гайка 13. К стержню прикреплен каротажный кабель 14.

Дугообразные рессоры выполнены из пружинной стали и размещены в двух плоскостях четырьмя рядами. Печать выполнена из пластичного материала типа свинца, латуни, алюминия. Метка выполнена из высокопрочной стали.

Устройство работает следующим образом.

В колонне НКТ 6 устанавливают метку 5 в соответствии с подземным оборудованием. Спускают колонну НКТ 6 в скважину. Один из рядов дугообразных рессор 2 маркируют, например, краской или каким-либо механическим путем. Азимутальное направление этого ряда фиксируют соответствующей маркировкой на устье. Внутрь колонны НКТ 6 вставляют корпус 1 с дугообразными рессорами 2, печатью 3 и утяжелителем 4. Дугообразные рессоры 2 при этом сжимаются, перемещаясь одним концом в пазу 8 и корпуса 1. Происходит стабилизация устройства от проворота. Упругостью дугообразных рессор 2 обеспечивается прижатие устройства к колонне НКТ 6. Наличие проточки 7 и паза 8 обеспечивает неизменность угла установки дугообразных рессор 2 относительно корпуса 1. Возможность продольного перемещения одного конца дугообразных, рессор 2 обеспечивается пазом 8.

Спускают устройство на кабеле 14. Устройство скользит внутри колонны НКТ 6, опираясь о ее стенки дугообразными рессорами 2, предотвращающими разворот устройства.

На забое устройство ударяется печатью 3^о отметку 5, при этом на печати 3 остается след метки 5. Устройство поднимают вверх за каротажный кабель 14. На устье скважины по направлению следа метки 5 на печати 3 определяют азимутальную ориентацию колонны НКТ 6 на забое, сравнивая направление следа метки 5 с первоначальной азимутальной ориентацией, а, следовательно, определяют ориентацию оборудования, размещенного на забое, например ориентацию ряда перфорационных отверстий. При необходимости производят разворот колонны НКТ 6 с устья скважины на необходимый угол. Контроль правильности разворота проводят повторным сбрасыванием на забой устройства, его подъема и сравнения ориентации нового следа на печати 3 с заданной. Операция ориентации повторяют до достижения требуемой точности.

П р и м е р. На скважине глубиной 1100 м проводят азимутальную ориентацию подземного оборудования, размещенного на колонне НКТ.

На конец колонны НКТ 6 с внутренним диаметром 73 мм устанавливают перфоратор, имеющий два диаметрально противоположных вертикальных ряда перфорационных отверстий. В колонне НКТ 6 выше перфоратора приваривают метку 5 в соответствии с направлением перфорационных отверстий перфоратора. Метка 5 выполнена из стали 45 шириной 10 мм. Колонну НКТ 6 спускают вы скважину до забоя. На устье собирают устройство. Стальной корпус 1 имеет наружный диаметр 30 мм и длину 1200 мм.

На корпусе 1 выполнены проточки 7 глубиной 10 мм и диаметром 2 мм и пазы 8 глубиной 3 мм, шириной 2,2 мм и длиной 80 мм. Проточки 7 и пазы 8 размещены по семь штук четырьмя рядами в двух плоскостях вдоль оси корпуса. В нижнем конце корпуса выполнено стаканообразное углубление, залитое свинцом. Высота выступающей части свинцовой печати 3 равна 5 мм, наружный диаметр печати - 40 мм, общая высота печати - 70 мм.

В верхнем конце корпуса выполнено круглое отверстие 11 с резьбой 12, в которое ввернут стержень 10 диаметром 22 мм и длино1 1000 мм. На стержень 10 надеты кольцеобразные грузы 9, наружный диаметр которых равен 50 мм. Общий вес устройства с грузами составляет 30 кг. Грузы 9 сверху зажимаются гайкой 13, навернутой на резьбу стержня 10. Дугообразные рессоры 2 выполнены из нормализованной пружиной проволоки диаметром 2 мм и длиной 130 мм. Одним концом дугообразные рессоры 2 вставлены в проточку 7 корпуса 1, а другим размещены в пазу 8 корпуса 1. Общее количество дугообразных рессор 2 равно 28-ми. Они размещены на поверхности корпуса 1 четырьмя симметричными рядами по семь штук в каждом ряду.

Определение азимутальной ориентации проводят следующим образом. Маркируют краской один из рядов дугообразных рессор 2 и разворачивают его на север. На устье помечают краской направление ряда дугообразных рессор 2. Вставляют устройство в колонну НКТ. При этом дугообразные рессоры снимаются и упираются в стенку колонны НКТ. Происходит фиксация устройства от поворота. Устройство спускают до забоя на каротажном кабеле 14. Скорость спуска устройства в сухой части скважины составляет 2-3 м/с. С середины скважина заполнена пластовой жидкостью.

На забое устройство ударяется печатью 3^о метку 5. Устройство поднимают вверх. На устье определяют направление следа метки 5 на печати 3. Отклонение от первоначального направления составляет 33^о. Разворачивают НКТ 6 на 32^о. При этом и перфоратор на забое разворачивается на тот же угол и ряды перфорационных отверстий становятся ориентированными строго с севера на юг. Операцию контроля азимутальной ориентации повторяют, при этом не отмечается визуальных отклонений от направления на север.

Применение предлагаемого способа и устройства позволит решить задачу азимутальной ориентации подаваемого оборудования, размещенного на колонне НКТ. (56) Авторское свидетельство СССР N 1343004, кл. Е 21 В 57/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 8022530, кл. Е 21 В 47/00, 1978.