CN114464357A - 大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，解决现有大斜度水平井牵引器射孔电缆极易弯折、带来安全的问题，技术方案包括：由牵引器的马龙头为起始端起，在一定长度的电缆上均匀、间隔套装多个铜管。本发明方法简单、易于改造、成本低、可靠性好、可有效防止牵引器电缆弯折缠绕，避免电缆断裂、保证牵引器射作业安全可靠。

Description

大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法
技术领域
本发明涉及一种油田用牵引器，具体的说是一种大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法。
背景技术
在川渝地区页岩气开发过程中，为达到页岩气最大采收率，钻井作业沿页岩层走向在气层最佳位置穿行，由于涪陵页岩层走向多数为上倾特性，这样页岩气井的井斜角度较大。测井电缆采用优质钢丝组成，电缆刚性较小，在射孔作业产生冲击力作用下，牵引器会沿斜坡向下加速运动，由于电缆相对处于静止状态，会被牵引器带动产生弯折，这样易造成牵引器附近的电缆弯折，形成电缆堆积缠绕、打扭，一旦电缆向上提升，电缆容易断裂，给大斜度井段牵引器射孔作业带来了很大的作业安全风险。
有技术人员考虑增加牵引器电缆的刚性，以避免电缆弯折缠绕，但基于大斜度水平井的客观条件，若一味增加电缆的刚性，如整体更换刚性更好的电缆，不仅会导致成本大幅增加，而且电缆整体刚性过大反而会存在拉伸距离短小，一旦遇到井下遇卡时，电缆钢丝易出现断丝，造成钢丝报废或断裂，严重会造成仪器落井的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单、易于改造、成本低、可靠性好、可有效防止牵引器电缆弯折缠绕，避免电缆断裂、保证牵引器射作业安全可靠的大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法。
大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，将由牵引器的马龙头为起始端起的一定长度的电缆上均匀、间隔套装多个铜管。
套装有铜管的电缆长度L应满足以下公式：
Figure BDA0003484876370000021
公式中S为套管截面积，单位为平方毫米；D为电缆半径，单位为毫米；K为电缆折弯系数。
所述铜管内径大于电缆外径1～2mm。
当计算得到的L长度小于或等于1米时，则从起始端起至L长度位置的电缆上每隔距离L2安装5cm长的铜管；所述L2小于L1，
所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；
当计算得到的L长度大于1米，则从起始端起到1米距离的电缆上，每隔L2距离安装5cm长的铜管；所述L2小于L1，所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；
在1米以内距离的最后一个铜管起至L长度位置的电缆上，每隔10～20cm安装一个5～20cm长铜管。不同直径电缆的最小弯曲半径r可通过查阅相关资料获得。
针对背景技术中存在问题，发明人对牵引器电缆的弯折情况进行了深入的分析和研究，发现电缆的弯折往往发生在靠近牵引器的马龙头一侧的电缆段，对此，发明人研究发现，不需要更换掉常规电缆，而是通过对这一段的电缆段加装铜管即可解决上述问题，利用间隔加装的方式既可提高局部电缆的整体强度和刚性，可消除牵引器下滑造成的电缆弯折现象，也能满足大斜度水平井的牵引器工作时电缆正常的弯曲要求。
但是对于尚未下井的牵引器而言，操作者并不能快速判定可能发生弯折电缆的长度，继而难以准定需要加装铜管的电缆长度，如果仅依靠经验导致套装铜管的电缆长度过短，则电缆在距马龙头一侧较远的电缆段仍然会弯折。过长则会导致生产成本高，还会影响马龙头附近电缆在电缆上提过程，无法与套管不接触，因套管是由一根一根连接起来的，连接处容易与铜管出现硬卡现象，造成事故。对此发明人研究出一种快速计算方法，发明人认为产生电缆弯折长度与套管截面积成正比，与电缆直径成反比，且与电缆材料有关。即套装有铜管的电缆长度L应满足以下公式：
Figure BDA0003484876370000031
公式中S为套管截面积，单位为平方毫米；D为电缆半径，单位为毫米；K为电缆折弯系数。
基于上述公式，操作者可在牵引器未下井之前就能快速得知需要加装铜管的电缆长度，通过增加该长度电缆的刚性强度，可以有效消除电缆的弯折。
进一步优选的，在计算得到L值后，在接近马龙头始端1米以内的电缆中铜管的间距L2更短，优选通过特定的公式计算L1，设置铜管之间的间距L2小于L1以保证电缆折弯角度不超过90°，消除电缆与牵引器产生缠绕；在1米以后的电缆上则控制铜管的长度及间距更长，这样可以将电缆的弯曲应力有效吸收，防止电缆折弯，从而有效提高电缆的使用寿命。
本发明方法简单、易于改造、成本低、可靠性好、可有效防止牵引器电缆弯折缠绕，避免电缆断裂、保证牵引器射作业安全可靠，特别适用于大于98度倾斜范围的大斜度水平井。
附图说明
图1为本发明安装示意图。
图2为井下工具串受力状态示意图。
其中，1-马龙头、2-电缆、3-铜管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，将由牵引器的马龙头1为起始端起的一定长度的电缆2上均匀、间隔套装多个铜管3。
套装有铜管3的电缆2长度L应满足以下公式：
Figure BDA0003484876370000041
公式中S为套管截面积，单位为平方毫米；D为电缆半径，单位为毫米；K为电缆折弯系数。所述套管是指油气井供牵引器行走的管道。
优选所述铜管3内径大于电缆2外径1～2mm。
当计算得到的L长度小于或等于1米时，则从起始端起至L长度位置的电缆上每隔距离L2安装一个5cm长的铜管；所述L2小于L1，
所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；
当计算得到的L长度大于1米，则从起始端起到1米距离的电缆上，每隔L2距离安装一个5cm长的铜管；所述L2小于L1，所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；
在1米以内距离的最后一个铜管起至L长度位置的电缆上，每隔10～20cm安装一个5～20cm长铜管。不同直径电缆的最小弯曲半径r可通过查阅相关资料获得。
实施例1，以涪陵页岩气田焦页106-6HF井，该井采用5.5英寸(内径115mm)的套管井完井，最大斜度为98°，用直径8mm测井电缆进行牵引器射孔作业为例，井下工具串受力状态如图2，其中牵引器受两个力的作用，f为牵引器摩擦力、G牵引器重量。
牵引器产生的摩擦阻力为f，μ牵引器与套管之间的摩擦系数
f＝G1×sinφ×μ＝400×0.14×0.4＝22.4kg
牵引器在斜面上向下的滑力为F1
F1＝G×COSφ＝400×0.99＝396kg
计算可知，摩擦阻力f小于下滑力F1，这样牵引器在斜坡上出现向下加速滑动。而电缆采用钢制材料制成，现用电缆直径为8mm，电缆2弯曲角度达到90°后，电缆会与仪器缠绕，查弯曲系数为1.2。
Figure BDA0003484876370000051
计算可得L值为10.8米。
根据钢丝绳弯曲疲劳试验标准，直径小于10mm的钢丝绳，最小弯曲半径不能小于54mm，可计算出电缆弯折90度最小需要的长度L1为84.8mm。
L1＝(2×π×r)/4＝(2×3.14×54)/4＝84.8mm
L2应小于L1，因此结合经验设定L2为5cm,而计算的L值为10.8米，大于1米，则在马龙头1方向的起始端起到1米距离的电缆上，每隔5cm、安装5cm长的铜管，这样不仅可以消除电缆弯折，还可以加速减小弯折应力。在1米以内距离的最后一个铜管至10.8米的距离间，每间隔10-20cm安装5～20cm长铜管，电缆不会弯折。
按照本发明方法在宁209H29B-5井井斜角度109°、宁209H36-10井井斜角度110°、焦页88-2HF井井斜角度106.75°、焦页64-4HF井井斜角度102.8度、焦页62-4HF井井斜角度101°等173口井斜角度大于98度牵引器射孔作业，均安全完成。
2022年1月3日，在涪陵页岩气田的焦页143井牵引器射孔作业中。该井5.5英寸套管完井，内径115mm，井深4972米，最大井斜105度，射孔层位分别为4994.64m-4995.73m、4977.0m-4978.0m、4961.1m-4962.0m三簇。作业前，由于作业人员忽视未按照要求在电缆上安装铜管，造成电缆在上提过程马龙头前9米处打结，造成井下遇卡，导致仪器掉井。
我国油气井主要使用套管有41/2、51/2、7、85/8、103/4、133/8英寸等的套管，内径各不相同，测井常用的电缆主要有直径5.6mm、8mm、11.8mm、12.8mm四种，不同电缆在不同内径的套管中弯折90度最小需要的长度都不一样，铜管安装的电缆长度和间隔需要调整，采用本发明方法适用于不同尺寸的套管和电缆，有效防止电缆弯折问题的发生。

Claims (4)

1.一种大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，其特征在于，由牵引器的马龙头为起始端起，在一定长度的电缆上均匀、间隔套装多个铜管。
2.如权利要求1所述的大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，其特征在于，套装有铜管的电缆长度L应满足以下公式：
Figure FDA0003484876360000011
公式中S为套管截面积，单位为平方毫米；D为电缆直径，单位为毫米；K为电缆折弯系数。
3.如权利要求1或2所述的大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，其特征在于，所述铜管内径大于电缆外径1～2mm。
4.如权利要求1或2所述的大斜度水平井牵引器射孔电缆防弯折的方法，其特征在于，
当计算得到的L长度小于或等于1米时，则从起始端起至L长度位置的电缆上每隔距离L2安装5cm长的铜管；所述L2小于L1，
所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；
当计算得到的L长度大于1米，则从起始端起到1米距离的电缆上，每隔L2距离安装5cm长的铜管；所述L2小于L1，所述L1满足以下公式：
L1＝(2×π×r)/4
其中，π为圆周率，r为电缆的最小弯曲半径；在1米以内距离的最后一个铜管起至L长度位置的电缆上，每隔10～20cm安装一个5～20cm长铜管。
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