БОКОВОЙ ПОРТ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОМЫВКИ Российский патент 2017 года по МПК E21B21/00 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в том числе наклонно-направленных и горизонтальных, строительство которых производится на суше и на море.

Непрерывная промывка скважин, предполагающая циркуляцию бурового раствора не только в процессе бурения скважины, но и при наращивании и подъеме бурильной колонны, является в настоящее время весьма востребованным технологическим режимом. Особенно она эффективна при наличии или риске осложнений в стволе скважины, при бурении длинных горизонтальных стволов и наклонных скважин с большим отходом от вертикали, при бурении с контролем давления, бурении на депрессии и в других случаях.

Для организации непрерывной промывки скважины используется встроенный в колонну бурильных труб специальный переводник (Переводник для Непрерывной Промывки - ПНП), в котором размещается клапан (или несколько клапанов) перенаправляющий и перераспределяющий поток промывочной жидкости, а в боковой стенке этого переводника имеется отверстие, через которое эпизодически производится промывка скважины. Чтобы обеспечить непрерывную циркуляцию, модифицируется также гидравлическая система промывки скважины - кроме обычной (основной) линии промывки скважины, когда буровой раствор поступает в скважину через вертлюг на верхнем конце бурильной колонны (через верхнюю трубу), создается байпасная линия промывки, которая обеспечивает промывку скважины чрез отверстие в боковой стенке ПНП.

Использование для промывки скважины основной или байпасной линии согласуется с работой клапана в ПНП - во время бурения клапан перекрывает отверстие в стенке ПНП и открывает отверстие для промывки скважины через верхнюю трубу бурильной колонны, а при наращивании (или подъеме) - открывает отверстие в стенке ПНП и перекрывает промывку через верхнюю трубу бурильной колонны. При этом промывка скважины производится через байпасную линию, а верхнюю трубу в это время можно удалить (или, наоборот, - вставить) из колонны бурильных труб.

Один из важнейших узлов в системе непрерывной промывки - узел стыковки байпасной линии промывки с ПНП - Боковой Порт Непрерывной Промывки (БПНП). Основное требование к этому узлу - обеспечить герметичность и механическую надежность стыковки грязевого шланга байпасной линии промывки с отверстием в стенке ПНП.

Известен БПНП, разработанный компанией Managed Pressure Operations International Ltd (MPO) для их системы непрерывной циркуляции Non-Stop Driller Continuous Circulation System, показанный на сайте компании www.managed-pressure.com. Как следует из этого описания, грязевой шланг, оборудованный специальным разъемом на конце, стыкуется с ответной частью разъема, закрепленного в отверстии в стенке ПНП. При промывке через этот боковой порт из-за колебаний и вибраций грязевого шланга на этот разъем будет действовать момент сил, стремящийся "выломать" его крепление из отверстия в стенке ПНП. Сила воздействия значительно возрастает при смещениях и поворотах бурильной колонны, которые часто возникают при наращивании или отвороте верхней трубы. Таким образом, момент сил, возникающих на креплении разъема в отверстии ПНП, расшатывает это крепление и со временем может привести к образованию зазоров и потере герметичности, а при больших амплитудах взаимного смещения грязевого шланга байпасной линии промывки относительно ПНП может привести к его слому. Если ПНП достаточно толстостенный, силы, расшатывающие крепление, могут быть ниже критических, а конструкция БПНП в целом достаточно надежной, но для бурильных труб небольшого диаметра, где толщина стенки ПНП вблизи отверстия в нем может не превышать 15-20 мм, механическая надежность такой конструкции будет недостаточной.

Наиболее близким техническим решением является конструкция БПНП, описанная в патенте США US 8201804 В2 от 19 янв 2012 г., Автор Semen Iosiphovich Strazhgorodskiy Apparatus For Uninterrupted Flushing A Well Bore. Фиг. 1 и 2 представлены для пояснения прототипа. Патрубок на резьбе крепится в отверстие на боковой стенке ПНП, для герметизации резьбы используется кольцевой уплотнитель типа O-ring. На свободном конце патрубка имеется рукоятка ворота для его крепления в резьбе отверстия в стенке ПНП, далее, на самом конце патрубка - резьба для крепления фланцевого сочленения с грязевым шлангом байпасной линии промывки. Как видно из чертежа, длина свободного конца патрубка (совместно с фланцевым сочленением) значительно превышает длину резьбового крепления этого патрубка в стенке ПНП, и именно поэтому силы, возникающие в этом резьбовом соединении при случайных поворотах ПНП и при смещениях и колебаниях грязевого шланга, могут достигать критических значений, при которых напряжение в металле может превысить его предел текучести, что может привести к разрушению резьбового крепления. Чтобы не допустить этого, в прототипе свободный конец патрубка крепится к опоре, расположенной на основании (на полу буровой), как показано на Фиг. 2. При промывке скважины через байпасную линию ПНП располагается выше стола ротора, на такой высоте, чтобы отверстие в стенке ПНП было на уровне оси патрубка бокового порта, который на основании подводится к отверстию и на резьбе крепится в нем.

Основные недостатки рассмотренного прототипа:

а) Использование дополнительной конструкции - опоры, рядом со столом ротора на буровой, затрудняет и даже препятствует проведению необходимых работ на буровой связанных с наращиванием, подъемом и другими технологическими операциями;

б) Рассмотренная конструкция БПНП не противодействует случайным поворотам колонны бурильных труб, обычно сопровождающих процесс отворота (или заворота) верхней трубы, а в конструкции прототипа это может привести к нарушению герметичности резьбового сочленения патрубка с ПНП и даже к его слому;

в) Сложность и громоздкость конструкции прототипа затрудняет сборку-разборку БПНП, что снижает оперативность и качество системы непрерывной промывки в целом.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, увеличение ударопрочности БПНП, механической износостойкости, вибростойкости, повышение эксплуатационной надежности и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что боковой порт непрерывной промывки, включающий переводник непрерывной промывки с клапаном внутри, отверстие в стенке переводника и патрубок, вставленный в это отверстие и закрепленный в нем на стенке переводника, причем кольцевой зазор между патрубком и телом переводника в его стенке герметизирован, линию подачи бурового раствора и приспособление для ее стыковки с патрубком, отличается тем, что внешний конец патрубка выполнен в виде отрезка трубы, а для стыковки с линией подачи бурового раствора используется дополнительный патрубок Г-образной или иной формы, один из концов которого выполнен также в виде отрезка трубы, причем диаметр и другие размеры отрезков труб на концах обоих патрубков - имеющегося и дополнительного, выполнены таким образом, что один из них может быть вставлен в другой, образуя соосное сочленение отрезков труб, кольцевые зазоры между которыми в этом сочленении герметизируются одним или несколькими кольцевыми уплотнителями, а на другом конце дополнительного патрубка устанавливается приспособление для стыковки с линией подачи бурового раствора, причем стенка одной из частей дополнительного патрубка располагается параллельно поверхности переводника непрерывной промывки и крепится к нему в одном или нескольких местах.

Также для упрощения конструкции, стенка дополнительного патрубка выполнена как часть его крепления к поверхности переводника непрерывной промывки.

Предлагаемое изобретение с дополнительным патрубком Г-образной формы схематически представлено на Фиг. 3. Варианты реализации данного изобретения с прямым патрубком и криволинейным патрубком представлены на Фиг. 4 и Фиг. 5 соответственно.

Бурильные трубы 1 и 2 являются частью бурильной колонны, в которой расположен также ПНП 3. Патрубок 4 закреплен в отверстии 5 в стенке ПНП и герметизирован в нем кольцевым уплотнителем 6 типа O-ring. Г-образный патрубок 7 насажен на конец патрубка 4, а их соединение герметизировано кольцевыми уплотнителями 8. Г-образный патрубок 7 крепится элементами 9, 10, 11 и 12 к стенке ПНП и приспособлением для стыковки 13 соединяется с грязевым шлангом 14 байпасной линии промывки. На Фиг. 4 для крепления прямого патрубка 7 к поверхности ПНП используется его стенка (утолщение на стенке) 15. Названия и нумерация элементов на Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5 одинаковы.

Устройство работает следующим образом

В стенке ПНП 3 имеется отверстие 5, через которое в колонну бурильных труб подается буровой раствор при промывке скважины через байпасную линию. При промывке скважины через верхнюю трубу 1 это отверстие 5 перекрыто клапаном внутри ПНП и, кроме того, заглушено специальной глухой и герметичной пробкой. Сборка БПНП начинается с удаления из отверстия этой пробки, а затем в нем на резьбе крепится патрубок 4; на патрубке имеется канавка под кольцевой уплотнитель 6, и после затягивания резьбы до упора соединение патрубка 4 с ПНП 3 становится герметичным. Упор образован утолщением на теле патрубка 4, поперечное сечение которого имеет, например, форму шестигранника, поэтому натяг резьбы, обеспечивающий требуемую прочность соединения, может производиться обычным накидным или торцевым шестигранным ключом. После установки этого патрубка на его свободный конец, где размещены кольцевые уплотнители 8, "насаживается" конец Г-образного патрубка 7. На Фиг. 4 вместо Г-образного патрубка 7 "насаживается" прямой патрубок 7, а на Фиг. 5 - криволинейный патрубок 7. Диаметр отрезка трубы этого конца патрубка 7 имеет такой размер, который обеспечивает его соосное сочленение с патрубком 4 и герметизацию кольцевого зазора между ними кольцевыми уплотнителями 8. При этом часть Г-образного патрубка размещается параллельно образующей цилиндрической поверхности ПНП 3 и неподвижно крепится к ней. Стенка прямого патрубка также располагается параллельно образующей цилиндрической поверхности ПНП и крепится к ней, как показано на Фиг. 4. Часть криволинейного патрубка располагается параллельно цилиндрической поверхности ПНП и крепится к ней, как показано на Фиг. 5.

На Фиг. 3 как один из возможных вариантов схематично показано крепление хомутами 9, 10 и 11, которые крепятся болтами 12 между собой и тем самым обеспечивают неподвижную фиксацию их и патрубка 7 относительно ПНП. Такое же крепление может быть использовано и для крепления прямого патрубка - см. Фиг. 4, а хомутами специальной формы можно закрепить на стенке ПНП и криволинейный патрубок - см. Фиг. 5.

Через стыковочное приспособление 13 конец дополнительного патрубка 7 подсоединяется к грязевому шлангу 14 байпасной линии подачи бурового раствора. После этого собранный БПНП готов к работе. В байпасную линию промывки подается буровой раствор, который через патрубки 7 и 4 поступает в ПНП, клапаном внутри него перекрывают поток промывки через верхнюю трубу 1 и открывают отверстие 5 в его стенке, через которое раствор из байпасной линии поступает на промывку скважины. После наращивания (или удаления верхней трубы из бурильной колонны) промывка через верхнюю трубу восстанавливается, а через байпасную линию - прекращается. При этом клапан внутри ПНП перекрывает отверстие 5 в стенке ПНП, БПНП разбирается, патрубок 4 из отверстия удаляется, а на его место возвращается глухая герметичная пробка.

Крепление патрубка 7 и бокового порта в целом к стенке ПНП 3 воспринимает силу, развиваемую давлением промывочной жидкости внутри ПНП и внутри БПНП. При соответствующих прочностных характеристиках, зависящих от материала крепления и его размеров, оно обеспечивает неподвижность всех элементов и узлов БПНП в требуемом диапазоне давления промывочной жидкости, т.е. исключается их смещение относительно друг друга. Любое силовое воздействие на БПНП из-за смещения колонны бурильных труб (в осевом, поперечном направлениях или при поворотах) или из-за колебаний грязевого шланга, из-за ударов по его сочленению с патрубком БПНП и т.п., будет восприниматься креплением бокового порта к ПНП, а силовая реакция на это воздействие в таких "критических" узлах, как крепление патрубка 4 в отверстие 5 в стенке ПНП, в сочленении патрубков 4 и 7 между собой, будет практически отсутствовать.

Таким образом, цели изобретения в части увеличения стойкости к механическим воздействиям и ударам и повышения эксплуатационной надежности будут достигнуты. В сравнении с прототипом заявляемая конструкция менее громоздкая и, соответственно, более удобна в работе. Если стенка дополнительного патрубка 7 будет выполнена как часть его крепления к ПНП, то вместо трех деталей крепления 9, 10 и 11 потребуется только одна деталь, а конструкция БПНП еще более упрощается.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и представляет собой один из узлов системы непрерывной промывки скважин, которая обеспечивает циркуляцию бурового раствора без перерывов на наращивание бурильной колонны и на ее разборку при подъеме. Устройство включает переводник непрерывной промывки с клапаном внутри, отверстие в стенке переводника и патрубок, вставленный в это отверстие и закрепленный в нем на стенке переводника, линию подачи бурового раствора и приспособление для ее стыковки с патрубком. Кольцевой зазор между патрубком и телом переводника в его стенке герметизирован. Внешний конец патрубка выполнен в виде отрезка трубы. Для стыковки с линией подачи бурового раствора используется дополнительный патрубок Г-образной или прямой формы, один из концов которого выполнен также в виде отрезка трубы. Диаметр и другие размеры отрезков труб на концах обоих патрубков - имеющегося и дополнительного, выполнены таким образом, что один из них может быть вставлен в другой, образуя соосное сочленение отрезков труб, кольцевые зазоры между которыми в этом сочленении герметизируются одним или несколькими кольцевыми уплотнителями. На другом конце дополнительного патрубка устанавливается приспособление для стыковки с линией подачи бурового раствора. Стенка одной из частей дополнительного Г-образного патрубка располагается параллельно образующей цилиндрической поверхности переводника непрерывной промывки и крепится к нему в одном или нескольких местах. Обеспечивается требуемая прочность устройства в процессе его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Боковой порт непрерывной промывки, включающий переводник непрерывной промывки с клапаном внутри, отверстие в стенке переводника и патрубок, вставленный в это отверстие и закрепленный в нем на стенке переводника, причем кольцевой зазор между патрубком и телом переводника в его стенке герметизирован, линию подачи бурового раствора и приспособление для ее стыковки с патрубком, отличающийся тем, что внешний конец патрубка выполнен в виде отрезка трубы, а для стыковки с линией подачи бурового раствора используется дополнительный патрубок Г-образной или прямой формы, один из концов которого выполнен также в виде отрезка трубы, причем диаметр и другие размеры отрезков труб на концах обоих патрубков - имеющегося и дополнительного, выполнены таким образом, что один из них может быть вставлен в другой, образуя соосное сочленение отрезков труб, кольцевые зазоры между которыми в этом сочленении герметизируются одним или несколькими кольцевыми уплотнителями, а на другом конце дополнительного патрубка устанавливается приспособление для стыковки с линией подачи бурового раствора, причем стенка одной из частей дополнительного Г-образного патрубка располагается параллельно образующей цилиндрической поверхности переводника непрерывной промывки и крепится к нему в одном или нескольких местах.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для упрощения конструкции стенка дополнительного Г-образного патрубка выполнена как часть его крепления к поверхности переводника непрерывной промывки.