ЭЛЕМЕНТ ДЛИННОМЕРНОЙ ГИБКОЙ КОЛОННЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2018 года по МПК E21B17/20 E21B17/02 E21B19/22 F16L11/22 

Изобретение относится к буровым скважинам, а именно к длинномерным гибким трубам (колтюбинг или гибкая насосно-компрессорная труба), а именно к наматываемым на барабан.

Практика использования длинномерных гибких труб в скважине показывает, что для проведения многих технологических операций в скважине, а также для лифта пластовой жидкости различными способами механизированной добычи, целесообразно иметь многоканальные длинномерные гибкие трубы, причем различных диаметров, конфигураций и с различными дополнительными сервисными каналами. Многоканальные длинномерные гибкие трубы также востребованы физико-техническими геотехнологиями, основанными на переводе твердых полезных ископаемых в подвижное состояние (превращение твердого полезного ископаемого в продуктосодержащий жидкий или сыпучий рабочий агент) и его последующую доставку по трубам, находящимся в скважине, на поверхность.

Известна многоканальная длинномерная гибкая труба, состоящая из нескольких гидравлических и электрических каналов, которые находятся в единой сплавленной оболочке из экструдированного полимерного материала с двумя параллельными плоскостями для удобства намотки на барабан. Экструдированный полимерный материал, наплавленный и обволакивающий гидравлические и электрические каналы, образуют вместе единую многоканальную колонну в виде длинномерной гибкой ленты, которая служит для гидравлических и электрических каналов хорошей защитой. Соотношение количества электрических и гидравлических каналов и их диаметров зависит от типа применяемого погружного насоса: электроцентробежного или гидроприводного. В качестве гидравлических каналов могут применяться стандартные металлические или пластиковые длинномерные гибкие трубы, капиллярные трубки, в качестве электрических и информационных каналов могут применяться электрические провода или кабели, оптоволоконные линии (патент США 8459965 от 11 июня 2013 года).

Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой трубы является то, что наплавленный пластик увеличивает вес многоканальной колонны, а при возникновении проблем с заплавленными электрическими линиями (пробой, обрыв кабеля и т.д.) или с оптоволоконными, капиллярными линиями (разрушение канала) вынуждает разрезать наплавленный пластик, осуществлять ремонт или замену проблемного участка сервисной линии с последующим наплавлением пластика. Кроме того, глубокие и длинные царапины и скобления наружной поверхности пластика отрицательно влияют на обеспечение герметичности в стриппере (герметизаторе) и противовыбросовом оборудовании.

Известна многоканальная длинномерная гибкая трубная колонна ArmorPak (www.cjstech.com) и способ ее составления путем установки постоянных сварных хомутов на две стандартные гибкие насосно-компрессорные трубы (колтюбинги). Составная многоканальная длинномерная гибкая колонна ArmorPak сматывается с барабана колтюбинговой установки в скважину для проведения скважинных работ или для целей механизированной добычи скважинной жидкости, например, погружными электроцентробежными или гидроприводными насосами. В составной многоканальной длинномерной гибкой трубной системе ArmorPak могут устанавливаться дополнительные стандартные гибкие насосно-компрессорные трубы (колтюбинг) отдельно или внутри одной из них.

Недостатком вышеупомянутой составной многоканальной длинномерной гибкой колонны является то, что установка хомута между длинномерными гибкими трубами меняет дискретно геометрию поперечного сечения многоканальной длинномерной гибкой колонны в месте установки хомута, что ухудшает целостность многоканальной длинномерной гибкой системы и ее проходимость через герметизатор и противовыбросовый превентор, что отрицательно влияет на их герметизирующие возможности и срок службы. Также имеются технологические трудности для составления многоканальной длинномерной гибкой колонны из более чем двух сервисных каналов и намотки ее на барабан.

Известна многоканальная длинномерная гибкая колонна и способ ее изготовления, принятая по совокупности существенных признаков за прототип, включающая размещение нескольких сервисных длинномерных каналов для доставки в скважину электрической или гидравлической энергии, жидкостей и получения скважинной информации на поверхность, внутри большей основной длинномерной гибкой трубы во время ее изготовления из штрипса путем сварки ее продольных кромок (патент США 8925627 от 6 января 2015 года)

Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой колонны является то, что все каналы находятся внутри основного наружного колтюбинга большого диаметра, на который приходится нагрузка всего веса многоканальной колонны во время нахождения на инжекторе, что вызывает необходимость увеличивать толщину стенки основного колтюбинга и повышать марку стали, что, в свою очередь, увеличит массу колонны, жесткость и стоимость. Кроме того, остается сложным вопрос о подвеске свободных внутренних каналов колонны на устье и их герметизация. В случае использования штрипса с приварной внутренней опорой (кронштейном) усложняется процесс изготовления многоканальной колонны, а внутренняя опора при намотке на барабан, находясь в перпендикулярном положении по отношения к оси вращения намоточного барабана, существенно увеличивает жесткость многоканальной колонны.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание из одного штрипса надежного элемента длинномерной гибкой колоны, состоящего из двух и более закрытых каналов различных диаметров, сечений и конфигураций, свободно наматываемых на стандартные барабаны.

Технический результат заключается в возможности изготовления многоканальной длинномерной гибкой колонны многоэтапным профилированием и сваркой штрипса требуемой конфигурации в соответствии с применением различных скважинных технологий или способов механизированной добычи, а также для обеспечения размещения сварных швов, соединительных и разделительных перегородок, утолщенных частей колонны на средней линии колонны, а также надежного размещения внутри или снаружи многоканальной длинномерной гибкой колонны дополнительных отделяемых сервисных (технологических) каналов.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонне, включающем по меньшей мере два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению закрытые каналы объединены между собой соединительной перегородкой, при этом закрытые каналы и соединительная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от обеих его кромок и/или от центра путем продольного его изгиба с образованием стенок закрытых каналов с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса, при этом соединительная перегородка выполнена с отверстиями.

Сварочные швы, соединительная перегородка и центры закрытых каналов расположены на средней линии поперечного сечения колонны.

На соединительной перегородке с отверстиями установлена гибкая сервисная лента с соединительными замковыми выступами, совпадающими с отверстиями на соединительной перегородке, где выступы с отверстиями образуют замковый элемент, при этом сервисная лента выполнена с размещенными в ней электрическими кабелями, проводами, капиллярными трубками, оптоволоконными линиями.

Шаг соединительных выступов по крайней мере в два раза превышает шаг отверстий на перфорированной соединительной перегородке.

Так же, указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения друг с другом разделительной перегородкой, при этом закрытые каналы и разделительная перегородка образованы из единого штрипса путем продольного его изгиба с образованием стенок закрытых каналов, имеющих в поперечном сечении форму полуокружности, и разделительной перегородки между закрытыми каналами с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса.

Разделительная перегородка является одновременно частью стенок обоих закрытых каналов, причем разделительная перегородка и сварочные швы расположены на средней линии поперечного сечения колонны.

Разделительная перегородка имеет двойную толщину штрипса.

Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонне включающем два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения стыковочной перегородкой, при этом закрытые каналы и стыковочная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от центра путем продольного его изгиба с образованием внутреннего закрытого канала с последующей сваркой совмещенных частей тела штрипса, с образованием стыковочной перегородки и профилирования оставшихся частей штрипса с образованием наружного закрытого канала с последующей сваркой продольных кромок штрипса друг с другом.

Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонне включающем два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения стыковочной перегородкой, при этом закрытые каналы и стыковочная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от кромки с образованием внутреннего закрытого канала с последующей сваркой совмещенных частей тела штрипса, с образованием стыковочной перегородки и профилирования оставшейся части штрипса с образованием наружного закрытого канала с последующей сваркой продольной кромки к стыковочной перегородке.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами поперечных сечений элементов длинномерных гибких колонн. Сварочные работы ведутся по продольным линиям штрипса, места сварки указаны утолщенными стрелками, порядок очередности сварки показан утолщенными римскими цифрами, сварочный шов на поперечном сечении показан утолщенной линией. На фиг. 1 показан элемент длинномерной гибкой колонны с односторонней сваркой. На фиг. 2 показан элемент длинномерной гибкой колоны с двухсторонней сваркой. На фиг. 3 показан элемент длинномерной гибкой колонны с трехсторонней сваркой. На фиг. 4 показан элемент длинномерной гибкой колонны с черырехсторонней сваркой. На фиг. 5 показан элемент длинномерной гибкой колонны с сервисной лентой, присоединенной к отверстиям перфорированной перегородки замковыми выступами. На фиг. 6 показан элемент двухканальной длинномерной гибкой колонны с разделительной перегородкой. На фиг. 7 показан элемент двухканальной длинномерной гибкой колонны с двойной разделительной перегородкой. На фиг. 8 показана начальная фаза изготовления элемента двухканальной длинномерной гибкой колонны в виде «труба в трубе». На фиг. 9 показана финальная фаза изготовления элемента двухканальной длинномерной гибкой колонны в виде «труба в трубе». На фиг. 10 показан элемент двухканальной длинномерной гибкой колонны «труба в трубе» с наружной трубой эллипсного сечения. На фиг. 11 показана начальная фаза изготовления элемента двухканальной длинномерной гибкой колонны в виде «труба в трубе» с приваркой кромок к стыковочной перегородке. На фиг. 12 показана финальная фаза изготовления элемента двухканальной длинномерной гибкой колонны в виде «труба в трубе» с приваркой кромок к стыковочной перегородке.

Элемент длинномерной гибкой колонны состоит из одного профилированного со сварными кромками штрипса (рулона длинномерной металлической полосы), причем процесс изготовления элемента длинномерной гибкой колонны из одного штрипса может состоять из одного или из нескольких последовательных этапов профилирования (формирования) и сварки. Различные варианты элементов длинномерной гибкой колонны и способы их изготовления приведены ниже.

Первый вариант элемента длинномерной гибкой колонны (фиг. 1-4) изготавливается из одного штрипса 1 и включает профилирование штрипса и формирование каналов и перегородки серией роликов от обеих кромок или от середины штрипса 1 и последующее сваривание продольных кромок к телу профилированного штрипса 1 с образованием двух цилиндрических закрытых каналов 2 и 3 одного или разных диаметров и соединяющей их перегородки 4, толщина которой равна толщине штрипса 1. Продольные кромки профилированного штрипса 1 приваривают к телу профилированного штрипса 1 с одной стороны (фиг. 1) или с двух сторон (фиг. 2). Продольные кромки могут привариваться друг к другу торцами с предварительной сваркой боковых сторон продольных кромок к телу профилированного штрипса 1 с образованием перегородки 4 с двойной толщиной штрипса (фиг. 3). Продольные кромки могут привариваться торцами к стенке противоположного цилиндрического закрытого канала с предварительной сваркой боковых сторон продольных кромок к телу профилированного штрипса 1 с образованием перегородки 4 с тройной толщиной штрипса (фиг. 4). Во всех вышеперечисленных случаях образуются два канала закрытого сечения 2 и 3, с перегородкой 4, причем центры каналов закрытого сечения 2 и 3, сварочные швы и перегородка 4 расположены на линии, параллельной оси барабана намотки. Перегородка 4 между закрытыми каналами 2 и 3 является по сути наружной соединительной перегородкой и может быть перфорирована с образованием отверстий 5, например, круглых, эллипсных, шестиугольных и т.д. (фиг. 1). Отверстия 5 служат для образования замкового соединения с выступами 6, например, в виде эластичных или «грибков», находящихся на эластичной сервисной ленте 7 (фиг. 5). Конфигурация утолщенной части выступа 6 или «шляпки грибка» повторяет геометрию отверстия 5, но больше по размерам учитывая величину эластичности материала сервисной ленты 7. Конфигурация выступов 6 может быть конусной, шарообразной и т.д., а сам выступ 6 может частично выходить на противоположную сторону перегородки 4 (противоположная эластичная сервисная лента 8 с сервисными каналами должна иметь соответствующие углубления 9 под выходящие выступы 6 первой сервисной ленты 7) или быть «заподлицо» с ней. Количество отверстий 5, например, в два раза превышает количество выступов 6, что позволяет расположить на противоположной стороне соединительной перегородки 4 другую аналогичную эластичную сервисную ленту 8 со сдвигом на одно отверстие в перегородке 4. В качестве сервисных каналов в сервисной ленте 7 могут быть электрические проводники 10, например, кабели или провода, оптоволоконные каналы 11, капиллярные трубки 12 и т.д. При разрушении, смятии, порыве одного из каналов 2 или 3 двухканальная колонна может быть разделена продольным разрезанием по перегородке 4. Далее два аналогичных канала, годных для дальнейшей эксплуатации и отделенных от отбракованных каналов, могут быть сварены вместе по перегородке 4 с образованием аналогичного элемента длинномерной гибкой колонны. Таким образом, перегородка 4 предназначена для жесткого соединения двух гидравлических каналов, возможности частичного переноса усилия давления траков инжектора с тела трубы на перегородку 4, частичного или полного переноса усилия веса колонны с тела трубы на перегородку 4 за счет зубчатых силовых элементов инжектора под отверстия 5 перегородки 4, возможности применения элеваторов с пальцами под отверстия 5 перегородки 4, возможности легкой и надежной установки дополнительных сервисных каналов в виде эластичной ленты 7 и/или 8 к перегородке 4 во время спуска в скважину и легкого и надежного их разъединения при подъеме из скважины, возможности ремонта длинномерной колонны (отрезание отбракованной трубы по перегородке 4 и последующая сварка к ней аналогичной гибкой трубы). При работе на глубоких скважинах и с тяжелой колонной для возможности переноса большей части или полностью усилия давления траков инжектора с тела трубы на перегородку 4, а также переноса усилия веса колонны с тела трубы на перегородку 4, на последнюю с одной или с двух сторон могут быть приварены или соединены на заклепках дополнительные силовые металлические ленты (не показано), что позволит увеличить срок службы закрытых каналов и самой колонны. Один из закрытых каналов может использоваться для размещения: а) дополнительных гидроканалов 22 по типу «труба в трубе» для гидропроводных погружных насосов, б) длинномерной штанги 23 в масляной ванне для погружного плунжерного или винтового насосов, в) электрического силового кабеля 24 с капиллярным трубопроводом в масляной ванне для погружных электроприводных центробежных и винтовых насосов. Во всех трех вышеперечисленных случаях масло может использоваться для подвода масла к смазываемым узлам погружного оборудования.

Второй вариант элемента длинномерной гибкой колонны (фиг. 6-7) включает профилирование штрипса серией роликов от обеих кромок или от середины штрипса и последующее приваривание продольных кромок к телу профилированного штрипса 1 с образованием круглой двухканальной колонны с двумя закрытыми каналами 13 и 14, имеющих поперечное сечение в виде двух полуокружностей и разделительной перегородки 15 между ними (фиг. 6). Разделительная перегородка 15 является по сути внутренней разделительной перегородкой и одновременно частью стенок обоих закрытых каналов 13 и 14. Разделительная перегородка 15 расположена на средней линии, параллельной оси барабана намотки, а сварочные швы расположены в максимальной близости от линии. Может быть применена утолщенная перегородка 16 с двойной толщиной штрипса 1 для увеличения ее жесткости (фиг. 7). Вышеперечисленные сварные двухканальные длинномерные гибкие колонны с перегородками 15 и 16 (фиг. 6-7) имеют, как пример, поперечное сечение в виде окружности по наружному контуру. Перегородки 15 и 16 могут быть размещены по хорде для уменьшения сечения одного канала и увеличения сечения другого канала (не показано), а поперечное сечение по наружному контуру может быть в виде эллипса (не показано). Элемент длинномерной гибкой колонны будет самоустанавливаться на барабане с расположением средней линии параллельно оси вращения барабана при намотке многоканальной колонны на барабан за счет жесткости перегородок 15 и 16.

Третий вариант элемента длинномерной гибкой колонны (фиг. 8-10) включает в себя профилирование штрипса серией роликов от середины штрипса и последующее сваривание совмещенных продольных частей тела продольных кромок к телу профилированного штрипса с образованием малого (меньшего) цилиндрического закрытого канала 17 и продольной сваркой тела штрипса в местах соединения стенок каналов с образованием стыковочной перегородки 18. Затем производят дальнейшее профилирование серией роликов оставшихся частей штрипса 1 с последующей сваркой продольных кромок штрипса 1 друг к другу (фиг. 9) с созданием большего канала закрытого сечения 19, причем канал малого сечения 17 расположен внутри большего канала 19 и жестко прикреплен к ней стыковочной перегородкой 18, которая вместе со сварными швами и центром канала малого сечения 17 расположены на средней линии, параллельной оси барабана намотки. Больший канал 19 может иметь форму эллипса в поперечном сечении (фиг. 10). Внутри малого 17 или большого канала 19 могут быть размещены сервисные каналы, такие как, электрические кабели 10, оптоволоконные каналы 11, капиллярные трубки 12 и т.д. (не показано). Длинномерная гибкая колонна будет самоустанавливаться на барабане за счет жесткости стыковочной перегородки 18 и канала малого сечения 17. Как частный случай, профилирование штрипса 1 осуществляется серией роликов от кромки штрипса с последующим свариванием продольной кромки к стыковочной перегородке 20 с образованием малого (меньшего) цилиндрического закрытого канала 17 и боковой продольной ламели 21 (фиг. 11). Затем производят дальнейшее профилирование серией роликов оставшейся боковой продольной ламели 21 с последующей сваркой продольной кромки штрипса 1 к стыковочной перегородке 20 (фиг. 12) с созданием большего канала закрытого сечения 19, причем канал малого сечения 17 расположен внутри большего канала 19 и жестко прикреплен к ней стыковочной перегородкой 20, которая вместе со сварными швами и центром канала малого сечения 17 расположены на средней линии, параллельной оси барабана намотки. Как и в первом варианте один из закрытых каналов может использоваться для размещения дополнительного гидроканала, длинномерной штанги, электрического силового кабеля и т.д. (не показано).

Все вышеперечисленные варианты элементов длинномерной гибкой колонны не исключают все необходимые технологические операции необходимые для производства длинномерных гибких труб (колтюбинга), такие как, обработка кромок, нагревание, калибрование и т.д., кроме того, все предложенные варианты элементов длинномерной гибкой колонны могут применяться как для проведения технологических операций на скважинах, так и для добычных схем и компановок.

Все варианты элементов длинномерной гибкой колонны использутся как и обычный колтюбинг или гибкая насосно-компрессорная труба со стандартными подъемниками, но с изменениями в герметизаторе, траках инжектора, направляющих и т.д.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно увеличить возможности колтюбинговых установок и самого колтюбинга за счет его многоканальности и, следовательно, многофункциональности.

Группа изобретений относится к наматываемым на барабан длинномерным гибким трубам. Технический результат – надежность гибкой колонны, состоящей из двух и более закрытых каналов различных диаметров, сечений и конфигураций, свободно наматываемых на стандартные барабаны. Элемент длинномерной гибкой колонны включает по меньшей мере два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, при этом закрытые каналы объединены между собой соединительной перегородкой. Закрытые каналы и соединительная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от обеих его кромок и/или от центра путем продольного его изгиба с образованием стенок закрытых каналов с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса. Соединительная перегородка выполнена с отверстиями. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Элемент длинномерной гибкой колонны, включающий по меньшей мере два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, отличающийся тем, что закрытые каналы объединены между собой соединительной перегородкой, при этом закрытые каналы и соединительная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от обеих его кромок и/или от центра путем продольного его изгиба с образованием стенок закрытых каналов с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса, при этом соединительная перегородка выполнена с отверстиями.

2. Элемент длинномерной гибкой колонны по п. 1, отличающийся тем, что сварочные швы, соединительная перегородка и центры закрытых каналов расположены на средней линии поперечного сечения колонны.

3. Элемент длинномерной гибкой колонны по п. 1, отличающийся тем, что на соединительной перегородке с отверстиями установлена гибкая сервисная лента с соединительными замковыми выступами, совпадающими с отверстиями на соединительной перегородке, где выступы с отверстиями образуют замковый элемент, при этом сервисная лента выполнена с размещенными в ней электрическими кабелями, проводами, капиллярными трубками, оптоволоконными линиями.

4. Элемент длинномерной гибкой колонны по п. 1, отличающийся тем, что шаг соединительных выступов по крайней мере в два раза превышает шаг отверстий на соединительной перегородке.

5. Элемент длинномерной гибкой колонны, включающий два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, отличающийся тем, что закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения друг с другом разделительной перегородкой, при этом закрытые каналы и разделительная перегородка образованы из единого штрипса путем продольного его изгиба с образованием стенок закрытых каналов, имеющих в поперечном сечении форму полуокружности, и разделительной перегородки между закрытыми каналами с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса.

6. Элемент длинномерной гибкой колонны по п. 5, отличающийся тем, что разделительная перегородка является одновременно частью стенок обоих закрытых каналов, причем разделительная перегородка и сварочные швы расположены на средней линии поперечного сечения колонны.

7. Элемент длинномерной гибкой колонны по п. 6, отличающийся тем, что разделительная перегородка имеет двойную толщину штрипса.

8. Элемент длинномерной гибкой колонны, включающий два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, отличающийся тем, что закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения стыковочной перегородкой, при этом закрытые каналы и стыковочная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от центра путем продольного его изгиба с образованием внутреннего закрытого канала с последующей сваркой совмещенных частей тела штрипса, с образованием стыковочной перегородки и профилирования оставшихся частей штрипса с образованием наружного закрытого канала с последующей сваркой продольных кромок штрипса друг с другом.

9. Элемент длинномерной гибкой колонны, включающий два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, отличающийся тем, что закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения стыковочной перегородкой, при этом закрытые каналы и стыковочная перегородка образованы из единого штрипса методом его профилирования от кромки с образованием внутреннего закрытого канала с последующей сваркой совмещенных частей тела штрипса с образованием стыковочной перегородки и профилирования оставшейся части штрипса с образованием наружного закрытого канала с последующей сваркой продольной кромки к стыковочной перегородке.