ДВОЙНАЯ БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА Российский патент 2002 года по МПК E21B17/18 E21B21/12 

Изобретение относится к бурению геолого-разведочных скважин с использованием двойных бурильных колонн, а также к чистке песчаных пробок в скважинах нефтяных месторождений посредством встроенных аппаратов, спускаемых на двойных насосно-компрессорных колоннах.

Известна двойная бурильная колонна, содержащая двойные бурильные трубы. каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу с наружными (муфта) и внутренними (ниппель) резьбами. При этом внутренние и наружные трубы соединены между собой посредством центрирующих ребер, которые привариваются к внутренней трубе и вставляются в сквозные пазы, прорезанные в наружной трубе. Затем с помощью сварного шва ребра соединяются с наружной трубой (а.с. СССР 1439196, кл. Е 21В 17/18, 1986 г.). В данном устройстве сквозные пазы. выполненные в наружной трубе, приводят к ослаблению ее рабочего сечения, тем самым ухудшаются прочностные характеристики бурильной трубы. Кроме того, одновременная герметизация колонн внутренних и наружных труб посредством резьбовых соединений недостаточно надежна.

Также известна двойная бурильная колонна, принятая за прототип, содержащая двойные бурильные трубы, каждая из которых включает концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы (кн. Л.А.Лачинян "Работа бурильной колонны" М., "Недра". 1992,с.23).

Средства соединения в прототипе выполнены в виде радиальных выступов, жестко связанных с внутренней трубой (путем сварки) и входящих в прорези обоймы. запрессованной в муфту. Данное конструктивное решение неизбежно обуславливает наличие как осевого, так и радиального зазоров, что приводит к возможности перемещения в пределах упомянутых зазоров внутренней трубы относительно наружной. Тем самым внутренняя труба полностью разгружена от воздействия внешних нагрузок (крутящих и изгибающих моментов и т.д.), воспринимаемых только наружными трубами.

Таким образом, внутренние трубы, не участвуя в восприятии внешних нагрузок, увеличивают массу и, соответственно, создают дополнительную нагрузку, действующую на наружные трубы. Все вышеупомянутое приводит к уменьшению запаса прочности наружных труб, а следовательно, и к уменьшению прочности двойной бурильной колонны. Кроме того, герметизация колонны внутренних труб в прототипе осуществляется за счет предварительной деформации упругих уплотнений, что недостаточно, особенно при работе в глубоких скважинах (при перепадах давления более 80 МПа). Тем самым не обеспечивается достаточная герметизация внутренних труб бурильной колонны.

Задача изобретения состоит в повышении надежности путем улучшения герметизации и увеличения прочности.

Для решения этой задачи в двойной бурильной колонне, включающей двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы, на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний цилиндрический выступ с возможностью его контакта с концом внутренней трубы, в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы с возможностью контакта одного из них с концом внутренней трубы, а другого со стороны резьбы муфты - с торцом резьбового конуса ниппеля другой двойной бурильной трубы при свинчивании двойных труб в колонну, при этом в теле ниппеля и муфты выполнены сквозные продольные каналы.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображены:
на фиг.1 - двойная бурильная труба;
на фиг.2 - разрез А-А двойной бурильной трубы;
на фиг.3 - соединение двойных труб в колонну.

Двойная бурильная колонна содержит двойные бурильные трубы, каждая из которых включает концентрично расположенные внутреннюю трубу 1 и наружную трубу 2, концы которой соединены с муфтой 3 и ниппелем 4. На торцевой поверхности ниппеля 4 со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка 5, образующая внутренний цилиндрический выступ 6, который контактирует с концом внутренней трубы 1 при навинчивании ниппеля 4. В муфте 3 с противоположных торцевых сторон выполнены расточки 7 и 8, образующие внутренние цилиндрические выступы 9 и 10. Внутренний цилиндрический выступ 9 со стороны, противоположной резьбе муфты 3, входит в контакт со свободным концом внутренней трубы 1 при навинчивании муфты 3. При сборке (свинчивании) двойных труб в колонну (см. фиг.3) внутренний цилиндрический выступ 10 муфты 3 входит в контакт с торцом 11 резьбового конуса ниппеля 4 другой бурильной трубы. В теле ниппеля 4 выполнены сквозные продольные каналы 12. В теле муфты 3 выполнены сквозные продольные каналы 13, соединяющие расточки 7 и 8. На фиг.2 (разрез А-А по ниппелю 4 и муфте 3) каналы 12 и 13 представляют собой отверстия одинакового диаметра, расположенные по окружности. Расточка 8 образует "резервуар" для перетока промывочной жидкости из каналов 12 ниппеля 4 в каналы 13 муфты 3 без их совмещения.

Сборку двойной бурильной трубы для колонны проводят следующим образом. На наружную трубу 2 навинчивают ниппель 4. На внутреннюю трубу 1 с предварительно выполненными проточками устанавливают центраторы 14 (полые пружинные втулки). Далее внутреннюю трубу 1 устанавливают в полость наружной трубы 2 со стороны, противоположной ниппелю 4 до соприкосновения с внутренним цилиндрическим выступом 6 ниппеля 4. Затем на свободный конец наружной трубы 2 навинчивают муфту 3 до соприкосновения внутреннего цилиндрического выступа 9 с концом внутренней трубы 1.

Заявляемое устройство позволяет решить поставленную задачу.

Действительно, при затяжке резьбовых соединений ниппеля 4 и муфты 3 последние входят в контакт с противоположными концами внутренней трубы 1, создавая предварительное напряжение сжатия. Тем самым, внутренняя труба 1 принимает участие в восприятии внешних нагрузок (нагрузки изгиба, кручения и т. д. ) и, следовательно, сама не является только дополнительной нагрузкой для бурильной колонны. Таким образом. происходит увеличение прочности, соответственно и надежности колонны.

При свинчивании двойных труб в колонну внутренний цилиндрический выступ 10 муфты 3 входит в контакт с торцом 11 резьбового конуса ниппеля 4 другой бурильной трубы. В данном случае, происходит "торцевая" герметизация внутренних труб без дополнительных уплотнений, что позволяет улучшить условия герметизации при более высоких перепадах давления. На контакте: "свободный цилиндрический выступ 9 - торец 11 резьбового конуса ниппеля 4" создается предварительное напряжение сжатия за счет осевых сил затяжки резьбового соединения деталей замка, устанавливаемых в зависимости от заданного значения перепада давления.

Следовательно, заявляемая бурильная колонна обеспечивает повышение надежности путем улучшения герметизации и увеличения прочности.

Устройство работает следующим образом
После спуска двойной бурильной колонны в скважину в межтрубное пространство 15 нагнетается промывочная жидкость под давлением, которая поступает на забой к породоразрушающему инструменту (не показан), и увлекает вверх по центральному каналу двойной колонны образующийся при бурении керн и шлам.

В случае применения аналогичных двойных насосно-компрессорных труб для чистки нефтяных скважин промывочная жидкость поступает по межтрубному пространству колонны к струйному аппарату, из которого, истекая с большой скоростью. разрушает песчаную пробку, превращая в пульпу, и по центральному каналу колонны двойных труб доставляет ее на поверхность.

Благодаря предложенному техническому решению давление нагнетаемой промывочной жидкости может достигать предельно возможных значений, ограничиваемых прочностью материала самих труб, что особенно важно для работы в глубоких скважинах.

Изобретение относится к бурению геолого-разведочных скважин с использованием двойных бурильных колонн, а также к чистке песчаных пробок в скважинах нефтяных месторождений посредством встроенных аппаратов, спускаемых на двойных насосно-компрессорных трубах. Сущность изобретения заключается в том, что двойная бурильная колонна включает двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний цилиндрический выступ, с возможностью его контакта с концом внутренней трубы, в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, с возможностью контакта одного из них с концом внутренней трубы, а другого со стороны резьбы муфты - с торцом резьбового конуса ниппеля другой двойной бурильной трубы при свинчивании двойных труб в колонну, при этом в теле ниппеля и муфты выполнены сквозные продольные каналы. Изобретение позволяет повысить надежность путем улучшения герметизации и увеличения прочности двойной бурильной колонны. 3 ил.

Двойная бурильная колонна, включающая двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы, отличающаяся тем, что на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний цилиндрический выступ, с возможностью его контакта с концом внутренней трубы, в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, с возможностью контакта одного из них с концом внутренней трубы, а другого со стороны резьбы муфты - с торцом резьбового конуса ниппеля другой двойной бурильной трубы при свинчивании двойных труб в колонну, при этом в теле ниппеля и муфты выполнены сквозные продольные каналы.