ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ КОЛОННА Российский патент 2016 года по МПК E21B17/02 E21B17/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к инструментальной колонне для подвешивания в скважине, причем данная инструментальная колонна проходит в продольном направлении и содержит первую часть колонны и вторую часть колонны, каждая из которых имеет центральную ось и содержит электрический соединитель в первом конце и канал для текучей среды, проходящий, по меньшей мере частично, сквозь упомянутую часть колонны. Кроме того, предлагаемое изобретение относится к способу сборки двух упомянутых частей инструментальной колонны.

Уровень техники

Темп добычи из нефтегазоносных скважин и окружающего продуктивного горизонта становится все более значимым вследствие уменьшающихся запасов нефти. Поэтому для поиска и добычи нефти и газа разрабатывают и задействуют все более современные инструменты. Инструменты, размещаемые внутри скважины, часто собраны или сопряжены в инструментальную колонну, содержащую множество инструментов, например приводные инструменты для продвижения инструментальной колонны вперед в наклонных секциях скважины и/или рабочие инструменты для выполнения различных операций внутри скважины.

Из уровня техники известны различные методы сопряжения трубных секций для использования в буровой колонне или обсадной трубе. Подобные трубные подключения могут обеспечивать непроницаемое для текучей среды подключение между трубными секциями и могут также содержать электрическое подключение для передачи электроэнергии. Однако известные подключения не обеспечивают необходимого соединения между современными инструментами и частями инструментов. Для работы существующих скважинных инструментов, например скважинных тракторов, требуется подача как электроэнергии, так и гидравлической текучей среды. Таким образом, существует потребность в таком подключении между различными частями инструментальной колонны, которое обеспечивало бы возможность передачи как текучей среды, так и электроэнергии. Для некоторых скважинных инструментов требуется несколько отдельных каналов для текучей среды, проходящих между различными частями инструментальной колонны. Упомянутое подключение должно быть прочным и способным выдерживать значительные растягивающие усилия и кручение при внутрискважинном размещении. В то же время сборка упомянутого подключения должна быть относительно простой и быстрой.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в полном или частичном устранении вышеуказанных недостатков, присущих существующему уровню техники. В частности, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении усовершенствованной инструментальной колонны, в которой электроэнергия и текучая среда (текучие среды) могут передаваться от одной части колонны к другой. Кроме этого, задача состоит в обеспечении такого соединения между двумя частями колонны, в котором каналы для текучей среды в каждой из частей колонны приведены в сообщение посредством текучей среды и провода в каждой из частей колонны соединены.

Вышеуказанные задачи, совместно с другими многочисленными задачами, преимуществами и признаками, которые станут более понятны из нижеследующего описания, достигаются посредством предлагаемого решения, в частности инструментальной колонны для подвешивания в скважине, причем данная инструментальная колонна проходит в продольном направлении и содержит:

- первую часть колонны и вторую часть колонны, каждая из которых имеет центральную ось и содержит:

- электрический соединитель в первом конце,

- канал для текучей среды, проходящий, по меньшей мере частично, сквозь упомянутую часть инструментальной колонны;

- соединительный элемент, соединенный с одной частью инструментальной колонны с возможностью вращения и выполненный с возможностью резьбового соединения с резьбовым участком другой части инструментальной колонны для сопряжения электрических соединителей упомянутых первой и второй частей колонны,

причем одна из упомянутых частей колонны содержит трубный соединитель, проходящий в продольном направлении от ее первого конца внутрь канала для текучей среды другой части колонны, когда упомянутые части колонны соединены друг с другом упомянутым соединительным элементом, причем упомянутый трубный соединитель расположен эксцентрично относительно центральной оси для предотвращения вращения упомянутых частей колонны относительно друг друга.

Таким образом, может быть обеспечено соединение для передачи как электроэнергии, так и текучей среды между двумя частями инструментальной колонны. Данное соединение имеет необходимую жесткость для обеспечения и поддержания непроницаемого для текучей среды уплотнения между каналами для текучей среды упомянутых первой и второй частей колонны. Кроме того, предотвращаются скручивание и изгиб электрических проводов.

В одном варианте осуществления изобретения одна из упомянутых частей колонны может содержать по меньшей мере два трубных соединителя.

В другом варианте осуществления изобретения одна из упомянутых частей колонны может содержать направляющий штифт, а другая часть колонны может содержать отверстие для приема указанного направляющего штифта, когда упомянутые части колонны соединены друг с другом упомянутым соединительным элементом.

Кроме того, упомянутый соединительный элемент может содержать два соединяемых муфтовых элемента, выполненных с возможностью соединения друг с другом вокруг секции одной из упомянутых частей колонны.

В дополнение, упомянутый соединительный элемент может содержать внешний резьбовой участок.

Помимо этого, упомянутый соединительный элемент может быть расположен вокруг выступа одной из упомянутых частей колонны, имеющего диаметр, уменьшенный по сравнению с максимальным диаметром упомянутой части колонны.

В дополнение, упомянутый соединительный элемент может быть расположен в выемке одной из частей колонны, в результате чего перемещение данного соединительного элемента в продольном направлении, по существу, предотвращено.

Кроме этого, перемещение упомянутого соединительного элемента в продольном направлении по направлению к упомянутому первому концу может быть, по существу, предотвращено выступающей частью упомянутой части колонны, которая имеет увеличенный внешний диаметр.

Упомянутый соединительный элемент может иметь внешний диаметр, который равен или меньше внешнего диаметра инструментальной колонны.

Кроме этого, указанный соединительный элемент может иметь внешний диаметр, который равен или меньше минимального внешнего диаметра инструментальной колонны.

В одном варианте осуществления изобретения трубный соединитель может содержать кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между трубным соединителем и соответствующим каналом для текучей среды, в который он проходит.

Кроме того, одна из указанных частей колонны может содержать кольцевой уплотнительный элемент, выполненный с возможностью обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между упомянутыми первой и второй частями колонны.

В одном варианте осуществления изобретения одна из частей колонны может представлять собой приводной блок, предназначенный для продвижения вперед инструментальной колонны в скважине.

Настоящее изобретение также относится к способу сборки двух частей инструментальной колонны, причем данный способ содержит следующие этапы:

- перемещают первый конец первой части колонны по направлению к первому концу второй части колонны,

- размещают направляющий штифт одной из частей колонны в отверстии, выполненном в другой части колонны,

- соединяют резьбовой участок соединительного элемента, соединенного с возможностью вращения с одной из частей колонны, с резьбовым участком другой части колонны,

- вращают соединительный элемент для сопряжения электрических соединителей упомянутых первой и второй частей колонны и для запрессовки трубного соединителя одной части колонны в отверстие, сообщающейся посредством текучей среды с каналом для текучей среды другой части колонны.

Краткое описание чертежей

Более подробно изобретение и его преимущества описаны ниже со ссылкой на прилагаемые схематичные чертежи, на которых с целью иллюстрации изображены некоторые варианты осуществления изобретения, не имеющие ограничительного характера, на которых:

на фиг.1 изображена инструментальная колонна, подвешенная в скважине;

на фиг.2 изображены концы двух частей колонны в собранном состоянии, соединенные соединительным элементом;

на фиг.3a и 3b изображена схема торцевых поверхностей двух частей колонны, выполненных с возможностью сборки;

на фиг.4 изображен соединительный элемент, содержащий два соединяемых муфтовых элемента;

на фиг.5 изображена инструментальная колонна, содержащая внутрискважинный трактор, имеющий колесные секции.

Все чертежи являются очень схематичными и не обязательно выполнены в масштабе. При этом на чертежах показаны только те части, которые необходимы для описания изобретения, при этом другие части не показаны или изображены условно.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображена инструментальная колонна 1, подвешенная в скважине 4 на тросе 5. Инструментальная колонна 1 также может быть подвешена с использованием колтюбинга или может являться частью буровой колонны. Изображенная скважина содержит обсадную трубу 14, однако инструментальная колонна 1 может также использоваться в необсаженной скважине.

Инструментальная колонна 1 проходит в продольном направлении и содержит по меньшей мере первую часть 2 колонны и вторую часть 3 колонны. Первый конец 200 первой части 2 колонны и первый конец 400 второй части 3 колонны соединены посредством соединительного элемента 6, расположенного между двумя частями 2, 3 колонны в продольном направлении. Пунктирной линией на фиг.1 показано, что часть первого конца 200 первой части колонны проходит сквозь соединительный элемент 6 и внутрь первого конца 400 второй части колонны.

Показанное на фиг.1 соединение между первой частью 2 колонны и второй частью 3 колонны описано более подробно далее со ссылкой на фиг.2. Для ясности соединительный элемент 6 и часть второй части 3 колонны разрезаны и показаны в поперечном сечении.

Как упомянутые части 2, 3 колонны, так и соединительный элемент 6 имеют круглое поперечное сечение. В первом конце 200 первой части 2 колонны предусмотрен выступ 27, имеющий уменьшенный диаметр 37b. Выступ 27 проходит между поверхностью 39 первой части колонны и торцевой поверхностью 201. По направлению к торцевой поверхности 201 выступ 27 содержит кольцевой выдающийся фланец 29. Совместно с поверхностью 39 выдающийся фланец 29 определяет выемку 28, окружающую выступ 27. На торцевой поверхности 201 проходит множество трубных соединителей 22, 23, 24 и направляющий штифт 26. Кроме того, на торцевой поверхности 201 предусмотрен электрический соединитель, например штепсель 21, и кольцевое уплотнение 33a вокруг выступа 27 вблизи торцевой поверхности 201. Каждый из трубных соединителей проходит в продольном направлении 10 из торцевой поверхности 201 по направлению к свободному коническому концу. На расстоянии от конического конца, вокруг каждого из трубных соединителей расположено кольцевое уплотнение 30, 31. Направляющий штифт 26 также проходит в продольном направлении из торцевой поверхности 201 по направлению к свободному коническому концу. Вокруг выступа 27, в выемке 28 уменьшенного диаметра расположен соединительный элемент 6. Соединительный элемент 6 образован двумя соединяемыми муфтовыми элементами 601, 602, как показано на фиг.4. Во время сборки два муфтовых элемента 601, 602 размещают в выемке 28 вокруг выступа 27 и соединяют болтами 62. Таким образом, соединительный элемент 6 соединен с возможностью вращения с первой частью 2 колонны, при этом перемещение соединительного элемента в продольном направлении ограничено поверхностью 39 и выдающимся фланцем 29. Соединительный элемент 6 содержит внешний резьбовой участок 61, выполненный с возможностью соединения с резьбовым участком 48 второй части 3 колонны, как показано на фиг.2. Для специалиста в данной области техники очевидно, что соединительный элемент может быть сконструирован различными путями без выхода за рамки сущности изобретения. Соединение с возможностью вращения соединительного элемента 6 может быть обеспечено различными путями, известными специалисту данной области техники, например с применением вертлюжного соединения, сферического шарнира и других типов соединений, которые обеспечивают соединение двух отдельных объектов с возможностью их вращения относительно друг друга.

В первом конце 400 вторая часть 3 колонны содержит расточку 47, выполненную с возможностью приема выступа 27 первой части 2 колонны и соединительного элемента 6. Указанная расточка окружена резьбовым участком 48 второй части 3 колонны, причем указанный участок выполнен с возможностью соединения с резьбовым участком 61 соединительного элемента 6. На одном конце расточка 47 ограничена поверхностью 401, содержащей множество отверстий 42, 43, 44, выполненных с возможностью приема трубных соединителей 22, 23, 24, как показано на фиг.3a и 3b. Поверхность 401 дополнительно содержит отверстие 46, выполненное с возможностью приема направляющего штифта 26, и электрический соединитель, например гнездо 41, выполненное с возможностью соединения со штепселем 21, как показано на фиг.3a и 3b.

Приблизительная схема расположения выступающих трубных соединителей 22, 23, 24, направляющего штифта 26 и штепселя 21 показана на фиг.3a, а схема расположения соответствующих отверстий 42, 43, 44 и гнезда 41 показана на фиг.3b. Трубные соединители 22, 23, 24 соединены посредством текучей среды с соответствующими каналами 220, 240 в первой части колонны, а отверстия 42, 43, 44 сообщаются посредством текучей среды с соответствующими каналами 420, 440 для текучей среды во второй части 3 колонны. Путем расположения трубных соединителей 22, 23, 24 в соответствующих отверстиях 42, 43, 44 каналы 220, 240 для текучей среды в первой части колонны приведены в сообщение посредством текучей среды с каналами для текучей среды во второй части колонны. Аналогичным образом, штепсель 21 и гнездо 41 обеспечивают электрическое соединение между первой и второй частями колонны.

Как показано на фиг.3a и 3b, трубные соединители 22, 23, 24 первой части 2 колонны и соответствующие отверстия 42, 43, 44 во второй части 3 колонны расположены эксцентрично относительно центральной оси 10. Расположение по меньшей мере одного трубного соединителя 22, 23, 24 эксцентрично на расстоянии от центральной оси предотвращает вращение первой и второй частей 2, 3 относительно друг друга вокруг центральной оси 10. Таким образом, один или более трубный соединитель имеет дополнительную функцию фиксации частей колонны относительно друг друга как во время сборки частей колонны, так и при внутрискважинном использовании инструментальной колонны.

Направляющий штифт 26 проходит дальше за торцевую поверхность 201, чем упомянутые трубные соединители. Таким образом, во время сборки первой и второй частей колонны направляющий штифт 26 вставляют в отверстие 46 для управления процессом сборки и предотвращения повреждений, которые могут быть вызваны вращением или наклоном частей инструментальной колонны относительно друг друга. Штепсель, гнездо или трубные соединители могут быть согнуты или разрушены, если во время сборки и разборки части колонны не выровнены надлежащим образом. Когда направляющий штифт 26 по меньшей мере частично размещен в отверстии 46, две части колонны удерживаются, по существу, параллельно относительно друг друга. За счет наличия направляющего штифта предотвращается небольшой перекос первой и второй частей колонны в соединении между ними. Подобный небольшой перекос в самом соединении может приводить к протечке в трубных соединителях либо по причине изгиба и, как следствие, небольшого разделения трубного соединителя, являющегося интегральной частью одного конца частей инструментальной колонны, с образованием разрыва, либо по причине перекоса в отверстиях трубного соединителя, являющегося отдельной частью.

Трубные соединители могут быть интегральными частями одной из упомянутых частей колонны или могут представлять собой отдельные трубы. Один трубный соединитель может быть размещен в одной части инструментальной колонны, а другой трубный соединитель - в другой части так, что при сопряжении двух частей колонны трубные соединители служат направляющими в процессе сборки.

Соединительный элемент 6 расположен в выемке 28 первой части колонны, и на фиг.2 первая часть 2 колонны также содержит трубный соединитель и штифт. Однако соединительный элемент 6 может быть расположен в выемке первой части колонны, а трубный соединитель и штифт могут быть расположены во второй части 3 колонны.

На фиг.5 изображен внутрискважинный трактор 81, являющийся частью инструментальной колонны 1, причем два части 2, 3 колонны собирают с использованием соединительного элемента 6, описанного выше. Внутрискважинный трактор подвешен и снабжается электроэнергией посредством троса 5, соединенного со скважинным трактором посредством верхнего соединителя 71. Внутрискважинный трактор 81 содержит секцию 72 электроники, электродвигатель 73, гидравлический насос 74 и две колесные секции 80, приводимые в движение гидравликой. Указанные колесные секции сообщаются посредством текучей среды с гидравлическим насосом 74 и могут быть также обозначены как приводные блоки 80, предназначенные для продвижения вперед внутрискважинного трактора и инструментальной колонны в скважине. Внутрискважинный трактор может быть соединен с одним или более рабочими внутрискважинными инструментами 75, также являющимися частью инструментальной колонны 1. Такие рабочие инструменты могут представлять собой ударный инструмент, обеспечивающий осевое усилие в одном или более ударе, ключный инструмент, открывающий или закрывающий клапаны в скважине, позиционирующий инструмент, например локатор муфт обсадной трубы (CCL), фрезерный инструмент, бурильный инструмент и другой подобный инструмент.

Соединение между двумя частями 2, 3 инструментальной колонны, например двумя колесными секциями 80 внутрискважинного трактора, может использоваться для передачи текучей среды (текучих сред) и/или электроэнергии. Электроэнергия может передаваться от троса 5 в первую часть колонны и через штепсель 21 и гнездо 41 в следующую часть колонны.

Трубный соединитель 22 может использоваться для соединения каналов для текучей среды, обеспечивающих подачу текучей среды под давлением от гидравлического насоса 74 в колесные секции для выдвижения колесных рычагов 76, установленных с возможностью поворота. Трубный соединитель 24 может использоваться для соединения каналов для текучей среды, обеспечивающих подачу текучей среды под давлением от гидравлического насоса 74 в колесные секции для вращения колес 77, установленных на колесных рычагах 76, по часовой стрелке. Трубный соединитель 23 может использоваться для соединения каналов для текучей среды, обеспечивающих подачу текучей среды под давлением от гидравлического насоса 74 в колесные секции для вращения колес 77, установленных на колесных рычагах 76, против часовой стрелки. Трубный соединитель 25 и отверстие 45 могут использоваться для соединения каналов для текучей среды, формирующих канал возврата для текучей среды, поданной в колесные секции.

Под терминами «текучая среда» или «скважинная текучая среда» подразумевается текучая среда любого типа, которая может присутствовать внутри нефтяных или газовых скважин, например природный газ, нефть, нефтесодержащий буровой раствор, сырая нефть, вода и другие подобные вещества. Под термином «газ» подразумевается любого типа комбинация газов, которая может присутствовать в скважине, оборудованной скважине или в необсаженном стволе скважины. Под термином «нефть» понимается любого типа комбинация нефти, например сырая нефть, нефтесодержащая текучая среда и другие подобные вещества. Все указанные текучие среды - газ, нефть и вода - могут, таким образом, содержать другие элементы и вещества, отличные от газа, нефти и/или воды соответственно.

Под термином «соединенный с возможностью вращения» подразумевается, что первый вращаемый объект соединен со вторым объектом таким образом, что первый объект может вращаться, будучи соединенным со вторым объектом, и между первым объектом и вторым объектом поддерживается соединение во время вращения первого объекта относительно второго объекта. Под термином «обсадная труба» подразумевается любого типа труба, насосно-компрессорная труба, трубчатый элемент, обшивка, колонна или другое подобное устройство, используемое внутри скважины при добыче нефти или природного газа.

В случае, если инструменты не являются полностью погруженными в обсадную трубу, то для проталкивания инструментов в скважину полностью в требуемое положение может использоваться внутрискважинный трактор. Внутрискважинный трактор представляет собой приводной инструмент любого типа, способный толкать или тянуть инструменты внутри скважины, например Well Tractor®.

Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако для специалиста данной области техники очевидны возможные модификации, не выходящие за рамки объема правовой охраны изобретения, определенного формулой изобретения.

Группа изобретений относится к инструментальной колонне для подвешивания в скважине. Технический результат - усовершенствование колонны за счет возможности передачи как текучей среды, так и электроэнергии от одной части колонны к другой. Инструментальная колонна проходит в продольном направлении и содержит первую часть колонны и вторую часть колонны, каждая из которых имеет центральную ось и содержит: электрический соединитель в первом конце и канал для текучей среды, проходящий, по меньшей мере частично, сквозь упомянутую часть колонны. Кроме того, инструментальная колонна содержит соединительный элемент, соединенный с возможностью вращения с одной частью колонны и выполненный с возможностью резьбового соединения с резьбовым участком другой части колонны для сопряжения электрических соединителей первой и второй частей колонны. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу сборки двух частей инструментальной колонны посредством вращения соединительного элемента. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Инструментальная колонна (1) для подвешивания в скважине (4), причем данная инструментальная колонна проходит в продольном направлении и содержит:
- первую часть (2) колонны и вторую часть (3) колонны, каждая из которых имеет центральную ось (3) и содержит:
- электрический соединитель (21, 41) в первом конце (200, 400) и
- канал (220, 240, 420, 440) для текучей среды, проходящий, по меньшей мере частично, сквозь данную часть колонны,
- соединительный элемент (6), соединенный с возможностью вращения с одной частью колонны и выполненный с возможностью резьбового соединения с резьбовым участком (48) другой части колонны для сопряжения электрических соединителей упомянутых первой и второй частей колонны,
причем одна из упомянутых частей колонны содержит трубный соединитель (22, 23, 24), проходящий в продольном направлении от ее первого конца внутрь канала для текучей среды другой части колонны, когда упомянутые части колонны соединены друг с другом соединительным элементом, причем упомянутый трубный соединитель расположен эксцентрично относительно центральной оси для предотвращения вращения упомянутых частей колонны относительно друг друга.

2. Колонна по п. 1, отличающаяся тем, что одна из упомянутых частей колонны содержит по меньшей мере два трубных соединителя (22, 23, 24).

3. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что одна из упомянутых частей колонны содержит направляющий штифт (26), а другая упомянутая часть колонны содержит отверстие (46) для приема указанного направляющего штифта, когда упомянутые части колонны соединены друг с другом упомянутым соединительным элементом.

4. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый соединительный элемент содержит два соединяемых муфтовых элемента (601, 602), выполненных с возможностью соединения друг с другом вокруг секции (27) одной из упомянутых частей колонны.

5. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый соединительный элемент содержит внешний резьбовой участок (61).

6. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый соединительный элемент расположен вокруг выступа (27) одной из упомянутых частей колонны, имеющего диаметр (37b), уменьшенный по сравнению с максимальным диаметром упомянутой части колонны.

7. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый соединительный элемент расположен в выемке (28) одной из упомянутых частей колонны, в результате чего перемещение упомянутого соединительного элемента в продольном направлении, по существу, предотвращено.

8. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что перемещение упомянутого соединительного элемента в продольном направлении по направлению к упомянутому первому концу, по существу, предотвращено выступающей частью (29) упомянутой части колонны, которая имеет увеличенный внешний диаметр.

9. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый соединительный элемент имеет внешний диаметр (66), который равен или меньше внешнего диаметра (37a) инструментальной колонны.

10. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый трубный соединитель содержит кольцевой уплотнительный элемент (30, 31), выполненный с возможностью обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между упомянутым трубным соединителем и соответствующим каналом (420, 440) для текучей среды, внутрь которого он проходит.

11. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что одна из упомянутых частей колонны содержит кольцевой уплотнительный элемент (33), выполненный с возможностью обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между упомянутыми первой и второй частями колонны.

12. Колонна по любому из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что одна из упомянутых частей колонны представляет собой приводной блок (80), предназначенный для продвижения вперед инструментальной колонны в скважине.

13. Способ сборки двух частей (2, 4) инструментальной колонны (1), причем данный способ содержит следующие этапы:
- перемещают первый конец (200) первой части (2) колонны по направлению к первому концу (400) второй части (3) колонны,
- размещают направляющий штифт (26) одной из частей колонны в отверстии (46) в другой части колонны,
- соединяют резьбовой участок (61) соединительного элемента (6), соединенного с возможностью вращения с одной из упомянутых частей колонны, с резьбовым участком (48) другой части колонны,
- вращают соединительный элемент для сопряжения электрических соединителей первой и второй частей колонны и для запрессовки трубного соединителя (22, 23, 24) одной части колонны в отверстие (42, 43, 44), сообщающееся посредством текучей среды с каналом (420, 440) для текучей среды другой части колонны.