Соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием Российский патент 2022 года по МПК E21B17/03 

Изобретение относится к устройствам для работы с гибкими металлическими трубами при капитальном ремонте, бурении горизонтального участка ствола нефтяной скважины.

Известно устройство для работы с гибкой трубой, предпочтительно при бурении нефтяных скважин (патент RU № 2153058, МПК E21B 19/22, опубл. 20.07.2000), содержащее установленную на валу вращающуюся катушку с трубчатой центральной частью, приспособленной для наматывания и сматывания губкой трубы, которая соединена с насосным устройством для подачи в гибкую трубу жидкости через первое шарнирное устройство, расположенное у одного конца вала, и гидравлический трубопровод, входящий внутрь гибкой трубы ниже по ходу потока, чем первое шарнирное устройство, и соединенный по меньшей мере с одной гидравлической магистралью через второе шарнирное устройство, размещенное у второго конца вала, устройство дополнительно содержит по меньшей мере один электрический кабель, входящий внутрь гибкой трубы ниже по ходу потока, чем первое шарнирное устройство, и соединенный с электрическим кабелепроводом через третье шарнирное устройство, размещенное у второго конца вала.

Недостатки конструкции:

- во-первых, высокая вероятность возникновения аварийной ситуации в процессе бурения горизонтального участка ствола скважины, так как при прижатии гибкой тонкостенной металлической трубы клиновым захватом с острыми гребнями неизбежно произойдет деформация последней в месте соединения с забойным инструментом с возможным последующим обрывом забойного инструмента;

- во-вторых, низкая надёжность соединения данного устройства с забойным инструментом и возможность деформации в месте соединения. Кроме того, соединение неустойчиво к вибрации в процессе бурения из-за отсутствия стопорного устройства;

- в-третьих, сложность сборки-разборки, обусловленная отсутствием демонтажного устройства, что не обеспечивает полного освобождения гибкой трубы от клинового захвата. Кроме того, деформация в месте соединения гибкой трубы с забойным инструментом приводит к уменьшению диаметра гибкой трубы, что вызывает рост гидравлических потерь и, как следствие, возрастает абсолютное давление на буровых насосах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для соединения гибкой металлической трубы с забойным оборудованием, содержащее корпус с внутренней резьбой в нижней части для соединения с забойным оборудованием, средняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет кольцевые проточки под уплотнительные кольца, в верхней части корпуса выполнена внутренняя коническая поверхность основанием конуса вверх, а во внутренней конической поверхности корпуса размещён клиновой захват, выполненный в виде клиновых плашек, расположенных в зазоре между внутренней конической поверхностью верхней части корпуса и наружной стенкой гибкой металлической трубы, а внутри гибкой металлической трубы установлен жёсткий металлический патрубок (патент RU № 2196216, МПК E21B 17/03, опубл. 10.01.2003). Также устройство содержит нажимную гайку и стопорное устройство, предотвращающее развинчивание в процессе бурения, причем верхняя часть нажимной гайки выполнена усеченно-конической с радиальными проточками, образующими ребра, имеющими поперечные отверстия под рукоятку для свинчивания-развинчивания резьбового соединения, а радиальные проточки имеют кольцевые канавки, под которыми расположены демонтажные отверстия клинового захвата, выполненного в виде клиновых плашек, расположенных в зазоре между внутренней конической поверхностью верхней части корпуса и наружной стенкой гибкой металлической трубы.

Недостатки конструкции:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (нажимная гайка с ребрами, имеющими поперечные отверстия под рукоятку для свинчивания-развинчивания резьбового соединения; радиальные проточки с кольцевыми канавками, а также стопорное устройство, предотвращающее самопроизвольное откручивание нажимной гайки в скважине);

- во-вторых, низкая надёжность фиксации соединения: гикая труба – соединитель –забойное оборудование. В процессе наворачивания на корпус нажимной гайки все клиновые плашки собираются (сбиваются) в одной части внутренней конической поверхности, что не позволяет надёжно захватить гибкую металлическую трубу;

- в-третьих, ограничение прохождения устройства по диаметру ствола скважины, возникающее из-за увеличенного наружного габарита устройства, т.к. нажимная гайка снаружи навёрнута на корпус устройства;

- в-четвертых, сложность сборки-разборки, связанная с необходимостью использования цепного ключа для наворачивания нажимной гайки на корпус с последующей фиксацией стопора с целью предотвращения отворота резьбы.

Техническими задачами изобретения являются упрощение конструкции устройства, повышение надёжность фиксации соединения: гикая труба – соединитель - забойное оборудование, а также исключение ограничения прохождения устройства по диаметру ствола скважины, упрощение сборки-разборки устройства.

Технические задачи решаются соединителем гибкой трубы с забойным оборудованием, содержащим корпус с внутренней резьбой в нижней части для соединения с забойным оборудованием, средняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет кольцевые проточки под уплотнительные кольца, в верхней части корпуса выполнена внутренняя коническая поверхность основанием конуса вверх, а во внутренней конической поверхности корпуса размещён клиновой захват, выполненный в виде клиновых плашек, расположенных в зазоре между внутренней конической поверхностью верхней части корпуса и наружной стенкой гибкой металлической трубы, а внутри гибкой металлической трубы установлен жёсткий металлический патрубок.

Новым является то, что клиновой захват выполнен в виде соединения «ласточкин хвост», при этом на внутренней конической поверхности корпуса выполнены пазы, в пазы установлены клиновые плашки с возможностью ограниченного перемещения в пределах пазов, при этом угол конической поверхности корпуса к центральной оси корпуса составляет 15°, при этом внутренняя поверхность клиновых плашек выполнена рифлёной и закалённой, а на верхний торец корпуса закреплено нажимное кольцо, взаимодействующее с верхними торцами клиновых плашек, причём нажимное кольцо оснащено сквозными отверстиями, а на верхнем торце корпуса выполнены резьбовые отверстия для крепления нажимного кольца к верхнему торцу корпуса болтами, установленными в сквозные отверстия нажимного кольца.

На фиг. 1 схематично изображён соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием.

На фиг. 2 изображено сечение А-А соединителя гибкой трубы с забойным оборудованием.

На фиг. 3 изображено сечение Б-Б соединителя гибкой трубы с забойным оборудованием.

Соединитель содержит корпус 1 (см. фиг. 1, 2) с внутренней резьбой 2 (см. фиг. 1) в нижней части для соединения с забойным оборудованием (на фиг. 1-3 не показано). В качестве забойного оборудования может использоваться любое известное оборудование, например глухой пакер, т.е. пробку мостовую (производственно-сервисной компании «Югсон-Сервис» Российская Федерация, г. Тюмень.) с гидравлической посадкой, предназначенную для изоляции зоны водопритока в скважине в процессе ремонта скважин.

Средняя часть корпуса 1 (см. фиг. 1) на внутренней поверхности имеет кольцевые проточки 3 под уплотнительные кольца 4. В верхней части корпуса 1 выполнена внутренняя коническая поверхность 5 (см. фиг. 1, 2) основанием конуса вверх.

Во внутренней конической поверхности корпуса 1 размещён клиновой захват 6 выполненный в виде соединения «ласточкин хвост», при этом на внутренней конической поверхности 5 корпуса 1 выполнены пазы 7 (см. фиг. 1, 2), которые соединены с внутренней конической поверхностью 5 корпуса 1 жестко, например при помощи сварки.

В пазы 7 (см. фиг. 1 и 2) установлены клиновые плашки 8, имеющие возможность ограниченного перемещения в пределах пазов 7.

Угол внутренней конической поверхности 5 корпуса 1 к центральной оси устройства составляет 15° (см. фиг. 1), при этом клиновые плашки 8 (см. фиг. 1, 2) имеют рифлёную закаленную внутреннюю поверхность 9. На верхний торец корпуса 1 установлено нажимное кольцо 10 (см. фиг. 1 и 3), взаимодействующее с верхними торцами клиновых плашек 8. Нажимное кольцо 10 оснащено сквозными отверстиями 11 (например, в количестве четырёх штук), а на верхнем торце корпуса 1 выполнены резьбовые отверстия 12 (см. фиг. 1) (в количестве четырёх штук) для крепления нажимного кольца 10 к верхнему торцу корпуса 1 болтами 13 (см. фиг. 1, 3) (в количестве четырёх штук) , установленными в сквозные отверстия 11 нажимного кольца 10.

Опытным путём установлено, что угол конической поверхности 5 корпуса 1 к центральной оси устройства, равный 15°, обеспечивает максимальное усилие охвата гибкой металлической трубы 14 (см. фиг. 1, 2, 3) в процессе проведения работ, что повышает надёжность устройства.

Внутри гибкой металлической трубы 14 установлен жёсткий металлический патрубок 15 (см. фиг. 1, 2), препятствующий ее деформации.

Соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием работает следующим образом.

На транспортном устройстве устанавливают катушку с намотанной гибкой металлической трубой 14, например диаметром 60,3 мм, длиной 2300 м, толщиной стенки 4,0 мм.

На нижнем конце внутри гибкой металлической трубы 14 монтируют жесткий металлический патрубок 15. Затем через нижний конец гибкой металлической трубы 14 пропускают сначала в нажимное кольцо 10.

Устанавливают в кольцевые проточки 3 уплотнительные кольца 4 в средней части корпуса 1. Далее собирают клиновой захват 6, выполненный в виде соединения «ласточкин хвост». Для этого в пазы 7 (см. фиг. 1 и 2) внутренней конической поверхности 5 корпуса 1 вставляют сверху вниз клиновые плашки 8, например в количестве четырёх штук (см. фиг. 2). Затем в корпус 1 вводят нижний конец гибкой металлической трубы 14 до герметичной посадки с уплотнительными кольцами 4.

Далее на верхний торец клиновых плашек 8 опускают нажимное кольцо 10 (см. фиг. 1 и 3). Затем устанавливают болты 13 в сквозные отверстия 11 нажимного кольца 10. Поворотом нажимного кольца 10 относительно корпуса 1 совмещают болты 13 с резьбовыми отверстиями 12 корпуса 1.

Вворачивают болты 13 в резьбовые отверстия 12 корпуса 1. В результате этого происходит одновременное воздействие нижнего торца нажимного кольца 11 на все верхние торцы клиновых плашек 8 (в количестве 4 штук).

Клиновые плашки 8 перемещаются вниз в пределах пазов 7 и жестко и неподвижно своей внутренней рифленой закаленной поверхностью 9 фиксируют гибкую металлическую трубу 14 в корпусе 1 соединителя. Далее на внутреннюю резьбу 2 корпуса 1 наворачивают, вышеуказанную мостовую пробку с гидравлической посадкой.

Далее устройство с мостовой пробкой спускают на гибкой металлической трубе 14 в скважину в интервал изоляции водопритока.

После чего на устье скважины обвязывают насосный агрегат, например марки ЦА-320, с верхним концом гибкой металлической трубы 14 и создают гидравлическое давление в гибкой металлической трубе 14, например 6,0 МПа, при этом, например разрушается срезной элемент ( на фиг. 1-3 не показано) мостовой пробки с гидравлической посадкой и происходит её посадка в скважине и отсоединение мостовой пробки (забойного оборудования от соединителя. Демонтируют насосный агрегат от гибкой металлической трубы 14 (см. фиг. 1). Далее из скважины на гибкой металлической трубе 14 извлекают предложенный соединитель. Разборку устройства производят в обратной последовательности.

Упрощается конструкция устройства, так как из конструкции исключены нажимная гайка с ребрами, имеющими поперечные отверстия под рукоятку для свинчивания-развинчивания резьбового соединения; радиальные проточки с кольцевыми канавками, а также стопорное устройство нажимной гайки. Всё это позволяет снизить себестоимость изготовления устройства без потери качества работы.

Повышается надёжность фиксации соединения: гикая труба – соединитель – забойное оборудование. Это происходит благодаря конструкции «ласточкин хвост», когда клиновые плашки, установленные в пазах, двигаются в пределах соответствующих пазов в которые они установлены, и поэтому клиновые плашки не имеют возможности радиального смещения относительно друг друга как в прототипе.

Исключается ограничение прохождения устройства по диаметру ствола скважины, возникающее из-за увеличенного наружного габарита устройства, т.к. из конструкции исключена нажимная гайка, а её роль выполняет нажимное кольцо, имеющее наружный диаметр равный наружному диаметру корпуса устройства.

Упрощается сборка-разборка устройства, так как исключена необходимость. использования цепного ключа для наворачивания нажимной гайки на корпус с последующей фиксацией стопора с целью предотвращения отворота резьбы. Достаточно с помощью ручного ключа, например М10, завернуть четыре болта, что также позволяет сократить и длительность сборки и разборки. Таким образом, устройство компактно и удобно в работе в сравнении с прототипом.

Соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием позволяет:

- упростить конструкцию устройства;

- повысить надёжность фиксации соединения: гикая труба – соединитель - забойное оборудование;

- исключить ограничения прохождения соединителя по диаметру ствола скважины;

- упростить сборку-разборку устройства.

Изобретение относится к устройствам для работы с гибкими металлическими трубами при бурении горизонтального участка ствола скважины нефтяных и газовых скважин. Соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием содержит корпус с внутренней резьбой в нижней части для соединения с забойным оборудованием. Средняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет кольцевые проточки под уплотнительные кольца. В верхней части корпуса выполнена внутренняя коническая поверхность основанием конуса вверх. Во внутренней конической поверхности корпуса размещён клиновой захват, выполненный в виде клиновых плашек, расположенных в зазоре между внутренней конической поверхностью верхней части корпуса и наружной стенкой гибкой металлической трубы. Внутри гибкой металлической трубы установлен жёсткий металлический патрубок. Клиновой захват выполнен в виде соединения «ласточкин хвост». На внутренней конической поверхности корпуса выполнены пазы, в которые установлены клиновые плашки с возможностью ограниченного перемещения в пределах пазов. При этом угол конической поверхности корпуса к центральной оси корпуса составляет 15°. Внутренняя поверхность клиновых плашек выполнена рифлёной и закалённой. На верхний торец корпуса закреплено нажимное кольцо, взаимодействующее с верхними торцами клиновых плашек. Нажимное кольцо оснащено сквозными отверстиями, а на верхнем торце корпуса выполнены резьбовые отверстия для крепления нажимного кольца к верхнему торцу корпуса болтами, установленными в сквозные отверстия нажимного кольца. Обеспечивается упрощение конструкции устройства, повышение надежности фиксации соединения: гикая труба – соединитель - забойное оборудование, а также исключение ограничения прохождения устройства по диаметру ствола скважины, упрощение сборки-разборки устройства. 3 ил.

Соединитель гибкой трубы с забойным оборудованием, содержащий корпус с внутренней резьбой в нижней части для соединения с забойным оборудованием, средняя часть корпуса на внутренней поверхности имеет кольцевые проточки под уплотнительные кольца, в верхней части корпуса выполнена внутренняя коническая поверхность основанием конуса вверх, а во внутренней конической поверхности корпуса размещён клиновой захват, выполненный в виде клиновых плашек, расположенных в зазоре между внутренней конической поверхностью верхней части корпуса и наружной стенкой гибкой металлической трубы, а внутри гибкой металлической трубы установлен жёсткий металлический патрубок, отличающийся тем, что клиновой захват выполнен в виде соединения «ласточкин хвост», при этом на внутренней конической поверхности корпуса выполнены пазы, в пазы установлены клиновые плашки с возможностью ограниченного перемещения в пределах пазов, при этом угол конической поверхности корпуса к центральной оси корпуса составляет 15°, при этом внутренняя поверхность клиновых плашек выполнена рифлёной и закалённой, а на верхний торец корпуса закреплено нажимное кольцо, взаимодействующее с верхними торцами клиновых плашек, причём нажимное кольцо оснащено сквозными отверстиями, а на верхнем торце корпуса выполнены резьбовые отверстия для крепления нажимного кольца к верхнему торцу корпуса болтами, установленными в сквозные отверстия нажимного кольца.