переходник для пропуска геофизического кабеля из затрубного пространства внутрь бурильной колонны

Формула изобретения

1. ПЕРЕХОДНИК ДЛЯ ПРОПУСКА ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ ИЗ ЗАТРУБНОГО ПРОСТРАНСТВА ВНУТРЬ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ, содержащий корпус с центральным сквозным каналом, канал для ввода в колонну геофизического кабеля, узел уплотнения, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей при проведении исследований скважин, канал для ввода в колонну геофизического кабеля выполнен в теле переходника в виде продольного паза на части его наружной поверхности, который сообщается с центральным сквозным каналом, при этом в теле переходника между внутренней поверхностью корпуса и пазом выполнен канал для подачи промывочной жидкости в бурильную колонну, а узел уплотнения установлен в центральном сквозном канале.

2. Переходник по п. 1, отличающийся тем, что в теле переходника выполнен ряд параллельных цилиндрических отверстий для подачи промывочной жидкости в бурильную колонну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике исследования наклонно направленных и в особенности горизонтальных скважин неофизическими методами с доставкой геофизических зондов и приборов с помощью бурильных труб и передачей информации на поверхность по проводному каналу связи.

Известны различные устройства такого назначения. Одно из них используется в системе ЕYЕ фирмы "Sceintific Drilling Controls" (cм. Обзорную информацию "Системы контроля за траекторией ствола скважины за рубежом. М. : ВНИИОЭНГ, 1980, с. 35-36). Здесь передача информации осуществляется по каротажному кабелю, который на всем протяжении от устья скважины до исследуемой зоны находится в бурильных трубах и вводится в них через уплотнение на вертлюге буровой установки.

Достоинством системы является надежная защита кабеля от механических повреждений в скважине. Однако необходимость извлечения кабеля из скважины при каждом очередном наращивании бурильных труб серьезно осложняет процесс исследования, увеличивает его продолжительность и существенно повышает стоимость работ.

Известны также системы передачи забойной информации по силовому кабелю при бурении скважин электробуром (Нефтяное хозяйство, 1986, N 12. - М. : Недра, 1986, с. 10). В этом случае электрокабель вмонтирован в трубы отрезками, которые при свинчивании труб автоматически соединяются специальными контактными разъемами. Достоинством системы является надежная защита кабеля от механических повреждений, возможность наращивания бурильной колонны без подъема кабеля.

Недостатки этой системы связаны с высокой сложностью и стоимостью труб, оснащенных встроенными отрезками кабеля, относительно низкой надежностью контактных разъемов и увеличением потерь мощности при циркуляции бурового раствора за счет увеличения гидравлического сопротивления внутреннего канала бурильных труб.

Наиболее близким к предлагаемому является метод исследования горизонтальных скважин, предложенный французским институтом нефти JFP и фирмой ELF - Aquifaine (см. Экспресс-информацию "Разведочная геофизика". Зарубежный опыт. Вып. 1, М. : ВИЭМС, 1985, с. 10-12). Метод основан на применении переходника, имеющего монолитный корпус со сквозным осевым каналом для прокачки буровой жидкости и боковым отверстием для пропуска геофизического кабеля из затрубного пространства в бурильные трубы, выполненным в стенке корпуса под небольшим углом наклона к оси сквозного канала. Переходник содержит узел уплотнения кабеля, расположенный в боковом отверстии, и устанавливается в компоновку бурового инструмента между соседними секциями труб (свечами). Переходник такого типа подробно описан в патенте США N 4506729, кл. Е 21 В 17/00, 1985. Указанный переходник принят за прототип предлагаемого устройства.

Недостатками переходника являются ограничения, которые он накладывает на технологические возможности проведения геофизических исследований горизонтальных скважин. Основным из них является тот факт, что через боковое отверстие (окно) можно пропустить только геофизический кабель со стыковочным электрическим разъемом, при этом сам геофизический прибор (зонд) следует устанавливать жестко на конце бурильной колонны в специальном защитном контейнере. Это связано с тем, что во-первых, диаметр бокового отверстия значительно меньше диаметра основных стандартных геофизических приборов и его в принципе невозможно намного увеличить, а во-вторых, наклонное расположение бокового отверстия в корпусе переходника не позволяет пропускать даже тонкие приборы из-за их сравнительно большой длины. Поэтому при каждой замене геофизического прибора необходимо производить полное извлечение бурового инструмента на поверхность, что существенно сокращает технологические возможности исследований и снижает производительность работ.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей при проведении исследований скважин за счет обеспечения пропуска через переходник любых существующих геофизических приборов стандартных габаритов (диаметра и длины).

Указанная цель достигается тем, что в переходнике для пропуска геофизического кабеля из затрубного пространства в бурильную колонну, содержащем корпус со сквозным каналом для буровой жидкости, канал для ввода в колонну геофизических приборов на кабеле и узел уплотнения кабеля, канал для ввода в колонну выполнен в виде продольного паза на части наружной поверхности корпуса и отверстия, связывающего нижнюю часть паза с внутренним пространством бурильной колонны через нижний торец переходника, при этом угол уплотнения кабеля установлен в указанном отверстии, а канал для буровой жидкости расположен в теле переходника между его наружной поверхностью и каналом для ввода в колонну и имеет поперечное сечение в форме кольцевого сектора, частично охватывающего канал для ввода в колонну, или выполнен в виде ряда параллельных цилиндрических отверстий.

Такое техническое выполнение позволяет осуществлять непосредственный пропуск на кабеле в бурильную колонну геофизических приборов практически любой длины при диаметре, соизмеримым с внутренним диаметром бурильной колонны. Это обеспечивается тем, что канал для ввода в колонну выполнен на относительно большой длине, равной длине прибора, в виде продольного паза, расположенного в теле переходника соосно буровому инструменту, при этом канал для буровой жидкости гидравлически отделен от канала для ввода в колонну, а само отверстие для ввода прибора в бурильную колонну выполнено также соосно бурильной колонне, а его диаметр равен или больше внутреннего диаметра бурильных труб.

Такое решение может привести в крайнем случае лишь к незначительному увеличению наружного диаметра переходника, что практически не должно ухудшить его проходимость в стволе скважины.

Новым в предложенном устройстве является выполнение канала для ввода прибора в колонну в виде продольного паза в теле переходника на части его наружной поверхности и отверстия, связывающего нижнюю часть паза с внутренним пространством бурильной колонны через нижний торец переходника, при этом узел уплотнения кабеля установлен в указанном отверстии, а канал для буровой жидкости расположен в теле переходника между его наружной поверхностью и каналом для ввода в колонну, причем канал для буровой жидкости имеет поперечное сечение в форме кольцевого сектора, частично охватывающего канал для ввода в колонну, и представляет сплошную полость либо выполнен в виде ряда параллельных цилиндрических отверстий. Таким образом, данное изобретение соответствует критерию "новизна".

Технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа не известны, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид переходника, разрез по его продольной оси; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - переходник при спуске геофизического прибора на кабеле в бурильную колонну; на фиг. 4 - геофизический прибор с узлом уплотнения кабеля.

Переходник 1 состоит из двух муфтовых наконечников - верхнего 2 и нижнего 3, жестко соединенных между собой продольным корпусом 4. Продольный корпус 4 имеет поперечное сечение в форме кольцевого сектора, частично охватывающего паз 5 для ввода прибора в колонну и представляет собой герметичный сосуд, ограниченный внутренней 6 и наружной 7 стенками, пространство между которыми служит каналом 8 для буровой жидкости, сообщающимися через верхний 2 и нижний 3 муфтовые наконечники с внутренним пространством бурильной колонны. В теле нижнего муфтового наконечника 3 выполнено продольное отверстие 9, сообщающееся с внутренним пространством бурильной колонны и предназначенное для ввода прибора 10 на кабеле 11 из паза 5 в бурильную колонну. В верхней части продольного отверстия 9 установлен узел уплотнения кабеля, состоящий из металлической шайбы 12, упругой эластичной пробки 13 и стягивающей гайки 14. В продольном отверстии 9 выполнен уступ 15 для упора на него шайбы 12. Верхний 2 и нижний 3 муфтовые наконечники снабжены стандартными замковыми резьбами для свинчивания с бурильными трубами.

Устройство работает следующим образом.

В скважину опускают колонну бурильных труб, при этом к нижнему концу бурильных труб прикрепляют специальный электрорадиопрозрачный защитный контейнер. Колонну бурильных труб опускают на глубину, до которой геофизические приборы (зонды) на кабеле 11 могут доходить под действием собственного веса (обычно эта глубина соответствует углу наклона ствола скважины 50-55^о). Затем к верхнему концу бурильной колонны с помощью замкового соединения навинчивают корпус переходника 1. На корпусе переходника 1 временно устанавливают блок-баланс 16 (см. фиг. 3); геофизический прибор 10 с присоединенным к нему кабелем 11 вводят через продольный паз 5 и отверстие 9 в бурильную колонну, кабель перекидывают через блок-баланс 16 и производят с помощью каротажного подъемника дальнейший спуск прибора в бурильную колонну до размещения прибора (зонда) в полости электрорадиопрозрачного контейнера. После этого производят с помощью узла уплотнения кабеля герметизацию отверстия 9. Детали 12-14 узла уплотнения кабеля заранее устанавливаются на кабеле 11 (см. фиг. 4) либо выполняют боковую прорезь для кабеля и устанавливают их в верхней части отверстия 9 после спуска прибора (см. фиг. 1). Путем завинчивания стягивающей гайки 14 с помощью специального ключа производят герметизацию отверстия 9. При этом упругая эластичная пробка 13, упираясь в шайбу 12, распирается и герметизирует отверстие 9. Одновременно происходит зажатие и фиксация кабеля 11. Затем свободный конец кабеля немного припускают, снижая его натяжение, и снимают блок-баланс 16 с корпуса переходника 1. Далее производят дальнейший спуск колонны бурильных труб в скважину до момента достижения электрорадиопрозрачным контейнером глубины нижней части интервала исследования горизонтального ствола. При этом геофизический кабель 11 в интервале скважины выше переходника располагается в затрубном пространстве, перемещаясь синхронно с спуском-подъемом бурильной колонны. С целью защиты кабеля в затрубном пространстве от механических повреждений предусмотрены специальные защитные кольца, надеваемые на колонну бурильных труб через каждые 10-30 м и прижимаемые кабелем к трубе.

Регистрация геофизических параметров производится, как правило, при подъеме бурового инструмента с последовательным отвинчиванием бурильных труб (свечей) и сматыванием кабеля с помощью каротажной лебедки. По окончании работ или смене геофизического прибора (зонда) производят подъем бурильной колонны до выхода переходника 1 на поверхность. После этого на корпусе переходника 1 устанавливают блок-баланс 16 и с помощью каротажной лебедки производят полный подъем прибора 10 из колонны бурильных труб. Для этого предварительно путем отвинчивания стягивающей гайки 14 производят разгерметизацию отверстия 9 и разуплотнение кабеля 11. По извлечении прибора 10 производят дальнейший полный подъем бурильной колонны.

Предложенное устройство помимо основного назначения для исследования геофизическими методами наклонно направленных и горизонтальных скважин может быть использовано для контроля за траекторией стволов скважин в процессе бурения, а также в других случаях, когда необходимо передавать на поверхность информацию из скважин с высокой скоростью и надежностью.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:

позволяет производить замену геофизических приборов (зондов) без подъема всей колонны бурильных труб на поверхность;

повышает надежность спускоподъемных операций прибора на кабеле, поскольку канал для ввода прибора в переходнике расположен соосно бурильному инструменту;

уменьшается износ кабеля при спуске и подъеме прибора за счет исключения его изгиба.