ДВОЙНАЯ БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВОЙНОЙ БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ ДЛЯ ДВОЙНОЙ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2002 года по МПК E21B17/18 E21B21/12 B23K31/00 

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

Известна двойная бурильная колонна, содержащая двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубы 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 21 В 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 (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 ни 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 повышения прочности.

Для решения этой задачи в двойной бурильной колоне, включающей двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубы, концы последней 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 и наружный цилиндрические выступы, причем внутренний выступ неподвижно соединен с внутренней трубой, наружный выступ - с наружной трубой, а в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, один из которых неподвижно соединен с внутренней трубой, а другой со стороны резьбы муфты имеет возможность контакта 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 чертежами, 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. На торцевой поверхности ниппеля 3 со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка 4, образующая внутренний цилиндрический выступ 5 и наружный цилиндрический выступ 6. Ниппель 3 внутренним цилиндрическим выступом 5 методом сварки трением неподвижно соединен с внутренней трубой 1, а наружным цилиндрическим выступом 6 неподвижно соединен методом сварки трением с наружной трубой 2. В муфте 7 с противоположных торцевых сторон выполнены расточки 8 и 9, образующие внутренние цилиндрические выступы 10, 11 и наружный цилиндрический выступ 12. Муфта 7 внутренним цилиндрическим выступом 10 неподвижно соединена методом сварки трением с внутренней трубой 1, а наружным цилиндрическим выступом 12 муфта 7 методом сварки трением соединена с наружной трубой 2.

При свинчивании (сборке) двойных труб в колонну (см. фиг.3) внутренний цилиндрический выступ 11 входит в контакт с торцом 13 резьбового конуса ниппеля 3 другой двойной бурильной трубы. В теле ниппеля 3 выполнены сквозные продольные каналы 14. В теле муфты 7 выполнены сквозные продольные каналы 15, соединяющие расточки 8 и 9.

На фиг.2 (разрез А-А по ниппелю 3 и муфте 7) каналы 14 и 15 представляют собой отверстия одинакового диаметра, расположенные по окружности. Расточка 9 образует "резервуар" для перетока промывочной жидкости из каналов 14 ниппеля 3 в каналы 15 муфты 7 без их совмещения.

Заявляемое устройство позволяет решить поставленную задачу.

Действительно ниппель 3 внутренним цилиндрическим выступом 5 методом сварки трением неподвижно соединен с внутренней трубой 1, а выступом 6 также методом сварки трением соединен с наружной трубой 2. Кроме того, муфта 7 внутренним цилиндрическим выступом 10 методом сварки трением соединена с внутренней трубой 1, а наружным цилиндрическим выступом 12 - с наружной трубой 2 также методом сварки трением.

Таким образом, внутренняя труба 1 и наружная труба 2 соединены между собой "в единое целое", следовательно, внутренняя труба 1 принимает участие в восприятии всех внешних нагрузок и 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 11 муфты 7 входит в контакт с торцом 13 резьбового конуса ниппеля 3 другой двойной 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: "внутренний цилиндрический выступ 11 - торец резьбового конуса ниппеля 13" 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 колонны в скважину в межтрубное пространство нагнетается промывочная жидкость под давлением, которая поступает на забой к породоразрушающему инструменту (не показан), и увлекает вверх по центральному каналу двойном колонны образующиеся 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 ее 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.

Кроме того, предлагается способ изготовления двойной бурильной трубы для вышеизложенной двойной бурильной колонны.

Известен способ изготовления двойной бурильной трубы, принятый за прототип, заключающийся в установке внутренней трубы с размещенными на ней центраторами концентрично в полости наружной трубы. Кроме того, на внутреннюю трубу навинчивают узлы телескопического соединения, обеспечивающие герметизацию внутренних труб при сборке двойных труб в колонну. После установки внутренней трубы в наружную трубу на последнюю с противоположных концов навинчивают ниппель и муфту соответственно (кн. Л.А.Лачинян. Работа бурильной колонны. М. , "Недра" 1992, с.23). В прототипе соединение ниппеля и муфты с наружной трубой осуществляется посредством резьбы, также и узлы герметизации присоединены к внутренней трубе на резьбе. Резьбовые соединения не обеспечивают достаточную герметичность и прочность, соответственно надежность.

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

Для решения этой задачи в способе изготовления двойной бурильной трубы для двойной бурильной колонны, заключающемся в установке внутренней трубы с размещенными на ней центраторами концентрично в полости наружной трубы, перед установкой сначала к внутренней трубе приваривают ниппель, затем после установки внутренней трубы в наружную трубу, последнюю приваривают к ниппелю, далее наружную и внутреннюю трубы свободными концами одновременно приваривают к муфте.

Заявляемый способ позволяет решить поставленную задачу.

Действительно, в заявляемом способе вместо резьбового соединения ниппеля с наружной трубой (как в прототипе) используется соединение методом сварки трением, и с внутренней трубой ниппель также соединен методом сварки трением. Кроме того, вместо резьбового соединения муфты с наружной трубой (как в прототипе) используется соединение методом сварки трением, и с внутренней трубой муфта соединена методом сварки трением. Тем самым, обеспечивается жесткое соединение внутренней и наружной труб, а значит внутренняя труба принимает участие в восприятии всех внешних нагрузок и сама не является только дополнительной нагрузкой для двойной бурильной трубы. Таким образом, происходит увеличение прочности, соответственно надежности двойной бурильной трубы. Кроме того, уменьшение количества резьбовых соединений также увеличивает надежность и герметичность двойной бурильной трубы. Использование метода сварки трением определяет заявленную последовательность действий.

Пример реализации способа изготовления двойной бурильной трубы.

Внутренняя труба 1 (см. фиг.1) устанавливается в захваты сварочной машины ПСТ-60, а ниппель 3 - в патроне шпинделя сварочной машины. Ниппель 3 подводится к торцу внутренней трубы 1 и приводится во вращение с частотой 1000 об. /мин. При этом происходит разогрев сопрягаемых торцов установленных деталей (ниппеля и внутренней трубы), прикладывается осевое усилие сжатия (проковки). Происходит сварка ниппеля 3 с внутренней трубой 1. Затем удаляют наружный грат. Нормализуют сварной шов индукционным нагревом до температуры 850-870^oС. Удаляют внутренний грат. На внутреннюю трубу 1 в заранее выполненные проточки устанавливают центраторы 16 - полые пружинные втулки. Затем внутреннюю трубу 1 с приваренным ниппелем 3 и с установленными центраторами 16 вставляют в полость наружной трубы 2. Далее наружную трубу 2 устанавливают в захваты сварочной машины ПСТ - 60, а ниппель 3 с ранее приваренной внутренней трубой 1 в патрон шпинделя сварочной машины. Ниппель приводится во вращение, осуществляется приварка ниппеля 3 к наружной трубе 2 в той же последовательности операций. Далее снимают наружный грат, нормализуют сварной шов. Затем наружная труба 2 с приваренным ниппелем 3 и с приваренной внутренней трубой 1 к ниппелю 3 устанавливается в захваты так, что свободные концы труб обращены к шпинделю сварочной машины. Потом в шпинделе закрепляют муфту 7 и производят одновременную приварку свободных концов обеих труб к муфте в той же последовательности операций. После этого снимают наружный грат, образованный в сварном шве муфты и наружной трубы, и нормализуют сварной шов.

Предложенная двойная бурильная колонна и способ изготовления двойной бурильной трубы для колонны обеспечивают повышение надежности путем улучшения герметизации и увеличения прочности.

Изобретение относится к бурению геологоразведочных 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 трубу и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний и наружный цилиндрические выступы, причем внутренний выступ неподвижно соединен с внутренней трубой, наружный выступ - с наружной трубой, а в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, один из которых неподвижно соединен с внутренней трубой, а другой со стороны резьбы муфты имеет возможность контакта 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. Кроме того, предложен способ изготовления двойной бурильной трубы для предложенной колонны, заключающийся в установке внутренней трубы с размещенными на ней центраторами концентрично в полости наружной трубы, при этом перед установкой сначала к внутренней трубе приваривают ниппель, затем после установки внутренней трубы в наружную трубу последнюю приваривают к ниппелю, далее наружную и внутреннюю трубы свободными концами одновременно приваривают к муфте. Изобретение позволяет повысить надежность путем улучшения герметизации и увеличения прочности двойной бурильной колонны. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двойная бурильная колонна, включающая двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю трубу 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 и наружный цилиндрические выступы, причем внутренний выступ неподвижно соединен с внутренней трубой, наружный выступ - с наружной трубой, а в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, один из которых неподвижно соединен с внутренней трубой, а другой со стороны резьбы муфты имеет возможность контакта 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. 2. Способ изготовления двойной бурильной трубы для двойной бурильной колонны, заключающийся в установке внутренней трубы с размещенными на ней центраторами концентрично в полости наружной трубы, отличающийся тем, что перед установкой сначала к внутренней трубе приваривают ниппель, затем после установки внутренней трубы в наружную трубу последнюю приваривают к ниппелю, далее наружную и внутреннюю трубы свободными концами одновременно приваривают к муфте.