Комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в устье подводной скважины Российский патент 2024 года по МПК E21B33/43 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к оборудованию используемому при бурении подводных скважин и может быть использовано для безопасной подвески труб бурильной колонны в устье газоконденсатной подводной скважины при ее строительстве.

Уровень техники.

Ввиду истощения газовых и нефтяных месторождений в доступных регионах суши и прибрежных регионах все большую актуальность приобретают решения, связанные с подводной добычей углеводородов, в частности, подводное бурение и эксплуатация подводных скважин на относительно большой глубине. Повышенная сложность применения на море способов бурения обусловлена рядом причин, в частности, качкой и дрейфом плавучей буровой установки, нахождением придонного устья скважины вне видимости бурильщика и обусловленными этим трудностями, повышенным износом бурового оборудования и инструментов из-за работы в агрессивной среде. Проблема обеспечения надежности - одна из важнейших при применении подводной технологии бурения, поскольку инспекция подводного оборудования затруднена, а его обслуживание и (или) замена требует больших затрат. Кроме того, отказ подводного оборудования непосредственно влияет на состояние окружающей среды. Чтобы свести к минимуму дорогостоящие подводные операции, важно обеспечить извлекаемость компонентов подводного оборудования для инспекции, ремонта или замены. Во многих районах морского бурения, таких как, например, Северное море, условия окружающей среды часто становятся настолько тяжелыми, что происходит чрезмерное перемещение плавучей буровой установки относительно устья скважины, и операции приходится прекращать по соображениям безопасности. Эти суровые условия окружающей среды часто развиваются очень быстро, что требует наличия средств для быстрого отсоединения части труб бурильной колонны.

Из уровня техники известно устройство для быстрого отделения плавучей платформы от обсадных труб при приближении шторма. Корпус устройства окружает обсадную трубу на части ее длины на глубине под поверхностью моря и ограничивает камеру, внутри которой расположено лезвие, режущая кромка которого примыкает к обсадной колонне скважины. Заряд взрывчатого вещества, расположенный напротив лезвия, электрически связан с датчиками в районе устья скважины. Когда датчик обнаруживает небезопасное состояние, инициируется заряд взрывчатого вещества, который пропускает лезвие через обсадную колонну без серьезного ее разрушения (US 3766979 А, опубл. 23.10.1973, Е21В29/08, 6 л.).

Известному устройству присущ ряд недостатков, в частности, срабатывание аварийного устройства не исключает повреждения оборудования и требует для восстановления трудоемких водолазных работ. Кроме того, эффективность такого решения резко снижается при увеличении прочности перерезаемых труб. При этом использование взрывчатых веществ создает дополнительные сложности и риски.

Следует также отметить, что из-за больших затрат на эксплуатацию морской буровой установки желательно, чтобы время простоя скважины было сведено к минимуму. Тем самым использование средств разрушающего типа для отделения части бурильной колонны не целесообразно. В связи с этим существует проблема создания неразрушающих средств разъединения бурильной колонны, которые способствуют возвращению этой колонны в работу в кратчайшие сроки.

Из уровня техники известен комплект инструментов для подвески бурильной колонны в устье подводной скважины, включающий основные элементы, а именно последовательно соединенные переходную трубу и корпус. Также имеются элемент спуска и элемент извлечения. В данном решении переходная труба имеет посадочные места под элемент спуска и элемент извлечения. Корпус выполнен ступенчатой формы для установки на блок задвижек фонтанной арматуры (см. US 4116272 А, опубл. 26.09.1978, Е21В 33/035, 18 л.).

Данное решение раскрывает средство, позволяющее временно отсоединять часть бурильной колонны от надводной вышки в случае необходимости. Вместе с тем, при эксплуатации такого решения на глубине с большой длиной спускаемой части возникает и ряд затруднений. В частности, при спуске части бурильной колонны к основным элементам комплекта инструментов могут наблюдаться отклонения этой части от ее расчетной оси. Это связано с перемещением длинномерной и относительно тонкой бурильной колонны внутри толщи воды. В результате ее стыковка с переходной трубой комплекта инструментов для подвески, которая размещена на морском дне неизменно остается операцией, ограничивающей временные рамки ввода бурильной колонны в работу.

Раскрытие сущности изобретения.

Решаемой в изобретении технической проблемой является обеспечение возможности защиты плавучей буровой установки и исключение поломки труб бурильной колонны в случае неблагоприятных условий, например, погодных, и возобновление бурения с минимальными временными затратами.

Технический результат заключается в обеспечении возможности отсоединения части труб бурильной колонны от буровой установки при снижении времени, затрачиваемого на отсоединение и на возврат всей бурильной колонны в работу, а также надежном удержании части труб бурильной колонны на устье скважины.

Для достижения технического результата предлагается комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в устье подводной скважины, включающий переходную трубу, корпус, двухсторонние нижний и верхний переводники, а также элемент спуска и элемент извлечения, имеющие сквозной канал. Переходная труба, корпус и нижний переводник последовательно соединены между собой. Элемент извлечения имеет свободно вращающийся стабилизатор осевого положения с выступами на наружной поверхности. Корпус в нижней части выполнен ступенчатой формы для установки на ответный выступ блока задвижек фонтанной арматуры. Переходная труба выполнена с головной частью, имеющей посадочную поверхность для установки на блок превентора, расположенную в нижней ее части, и два соосно расположенных посадочных места с разнонаправленными резьбами под элемент спуска и элемент извлечения. Каждый из элементов спуска и извлечения выполнен с возможностью соединения с переходной трубой и верхним переводником, причем для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы элемент спуска и элемент извлечения имеют разнонаправленные резьбы.

Предпочтительно на внешней поверхности корпуса выполнены выемки для обеспечения возможности прохода жидкости.

Предпочтительно переходная труба, корпус, элемент спуска и элемент извлечения выполнены из конструкционной легированной хромованадиевой стали, в частности из доэвтектоидной, низколегированной, среднеуглеродистой стали.

Предпочтительно на переходную трубу, корпус, элемент спуска и элемент извлечения нанесено фосфатное покрытие.

Предпочтительно стабилизатор осевого положения имеет выступы в виде крыльев.

Следует отметить, что наличие в головной части переходной трубы посадочной поверхности для установки в блоке превентора в дополнение к ступенчатой форме нижней части корпуса обеспечивает дополнительный механизм страховки для подвешенной части бурильной колонны. Это связано с тем, что если плотный контакт с корпусом комплекта инструментов не будет обеспечен, например, в случае разрушения или износа опорной поверхности выступа блока задвижек фонтанной арматуры, то подвеска осуществляется посредством блока превентора и головной части переходной трубы. В результате такое выполнение способствует надежному удержанию части труб бурильной колонны.

Кроме того, наличие двух соосно расположенных посадочных мест с разнонаправленными резьбами под элемент спуска и элемент извлечения позволяет облегчить и уменьшить время спуско-подъемных операций. Ввиду того, что элемент спуска необходимо откручивать под водой, то использование для него, например, левой резьбы, противоположной резьбе на элементе извлечения и буровых трубах, позволит провести такую операцию за счет вращения бурильной колонны и при этом не открутить другие ее составляющие. При этом наличие посадочного места с противоположной резьбой позволяет закрутить элемент извлечения в переходную трубу тем же самым вращением бурильной колонны. В результате не требуется применение дополнительных технологических средств или перенастройка имеющегося бурильного оборудования для отсоединения и присоединения элементов спуска и извлечения, что в свою очередь снижает время проведения спуско-подъемных операций.

Также наличие на элементе извлечения свободно вращающегося стабилизатора осевого положения, который предпочтительно содержит стабилизирующие выступы в виде крыльев, обеспечивает осевое выравнивание и центрирование части труб бурильной колонны спускаемых от буровой установки к переходной трубе. Это связано с тем, что такой стабилизатор взаимодействует своими выступами, например, крыльями с толщей воды, что обеспечивает сопротивление со стороны воды при угловом отклонении инструмента извлечения от расчетной оси бурильной колонны и тем самым позволяет поддерживать его осевое положение и центровать спускаемую часть бурильной колонны. В результате вероятность успешного закручивания элемента извлечения возрастает, а, следовательно, снижается время необходимое на извлечение части комплекта инструментов для подвески, размещенной на устье скважины.

Таким образом, предложенное решение позволяет обеспечить возможность отсоединения части бурильной колонны от буровой установки, а также снизить время, затрачиваемое на отсоединение и на возврат всей бурильной колонны в работу. Кроме того, обеспечивается надежное удержание части труб бурильной колонны при помощи предлагаемого комплекта инструментов.

Дополнительно следует отметить, что конструкционная легированная хромованадиевая сталь, в частности, доэвтектоидная, низколегированная, среднеуглеродистая сталь отличается прекрасным сочетанием пластичности, прочности и способностью противостоять истиранию. Это позволяет обеспечивать хорошую работу материала при динамических нагрузках. Также данная сталь имеет высокую стойкость к коррозии, что позволяет ее использовать при работе в морских условиях и низких температурах. При этом фосфатирование используют для дополнительной защиты от коррозии, улучшения твердости, износостойкости, повышения электроизоляционных свойств основного покрытия.

Краткое описание чертежей.

Заявленное изобретение поясняется следующими фигурами:

Фиг. 1 - показывает комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в сборе с элементом спуска (изометрия).

Фиг. 2 - показывает комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в сборе с элементом извлечения (изометрия).

Фиг. 3 - показывает комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в сборе с элементом спуска.

Фиг. 4 - показывает комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в сборе с элементом извлечения.

Фиг. 3 - показывает корпус, установленный в блоке задвижек фонтанной арматуры.

Фиг. 6 - показывает головную часть переходной трубы в блоке превентора.

Фиг. 7 - сечение головной части переходной трубы.

Фиг. 8 - показывает головную часть переходной трубы в соединении с элементами спуска и извлечения.

Осуществление изобретения.

На фиг. 1-2 показан комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в сборе с элементом спуска (фиг. 1) или элементом извлечения (фиг. 2). Комплект инструментов позволяет спускать часть труб бурильной колонны при использовании элемента спуска и осуществлять подъемные операции в случае использования элемента извлечения. В каждом из вариантов комплект инструментов включает переходную трубу 1, корпус 2, двухсторонние нижний 3 и верхний 4 переводники, а также элемент 5 спуска (фиг. 1, 3) или элемент 6 извлечения (фиг. 2, 4). В каждой из указанных частей комплекта инструментов имеется сквозной канал. При этом элемент 6 извлечения имеет свободно вращающийся стабилизатор 12 осевого положения имеющий выступы на своей внешней поверхности (фиг. 4).

Нижний 3 и верхний 4 переводники служат для соединения комплекта инструментов с соседними трубами буровой колонны.

Корпус 2 в нижней части выполнен ступенчатой формы 17 для установки на ответный выступ 16 блока 8 задвижек фонтанной арматуры. Переходная труба 1 выполнена с головной частью 9, имеющей в нижней части посадочную поверхность 14 для установки на блок превентора 15 (фиг. 6). Также переходная труба 1 имеет два смещенных по оси соосно расположенных посадочных места 10, 11 с разнонаправленными резьбами под элемент 5 спуска и элемент 6 извлечения (фиг. 7).

Каждый из элементов спуска 5 и извлечения 6 выполнен с возможностью соединения с переходной трубой 1 и верхним 4 переводником. Для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы элемент 5 спуска и элемент 6 извлечения также имеют разнонаправленные резьбы, например, элемент 5 спуска имеет левую резьбу, а элемент 6 извлечения - правую резьбу.

Комплект инструментов предназначен для обеспечения безопасной подвески труб бурильной колонны в устье подводной скважины. Представленный комплект инструментов позволяет закрывать трубные плашки, в том числе и самые верхние для предотвращения выброса на трубе бурильной колонны. Корпус 2 при этом предотвращает выброс в защитной втулке колонной головки фонтанной арматуры, а верхняя головная часть 9 переходной трубы 1 в блоке превентора 15.

Трубы бурильной колонны соединяются с двухсторонними переводниками - с нижним 3 и верхним 4. При этом верхний 4 переводник соединяется соответственно с элементом 5 спуска или элементом 6 извлечения в зависимости от производимой операции с трубами бурильной колонны.

Материал деталей, из которого выполняются переходная труба 1, корпус 2, элемент 5 спуска и элемент 6 извлечения - конструкционная легированная хромованадиевая сталь, способствует обеспечению прочностных характеристик и устойчивости к различным типам коррозии. Также предусмотрено покрытие указанных деталей с применением технологии фосфатирования. Конструкционная легированная хромованадиевая сталь является доэвтектоидной, низколегированной, среднеуглеродистой сталью. Она отличается прекрасным сочетанием пластичности, прочности и способностью противостоять истиранию, что позволяет обеспечивать хорошую работу материала при динамических нагрузках. Данная сталь имеет высокую стойкость к коррозии, что позволяет ее использовать при работе в морских условиях и низких температурах. Фосфатирование используют для дополнительной защиты от коррозии, улучшения твердости, износостойкости, повышения электроизоляционных свойств основного покрытия.

Предложенный комплект инструментов используется следующим образом. В случае возникновения риска поломки труб бурильной колонны, которые проходят через толщу воды, например, в результате ухудшения погодных условий или по иным причинам бурильные работы прекращаются. При этом чтобы не извлекать всю длину труб, в том числе и ту часть, которая находится в скважине, используется предлагаемый комплект инструментов. Для этого трубы вместе с блоком 15 превентора сначала поднимают наверх, где их разъединяют и устанавливают в место разъема нижний 3 переводник, корпус 2, переходную трубу 1, элемент 5 спуска и верхний 4 переводник. После чего трубы спускаются на дно вместе с установленными инструментами, использующими элемент спуска, и превентором. Далее, после вхождения во взаимодействие корпуса 2 с блоком 8 задвижек фонтанной арматуры, элемент 5 спуска откручивается (так как имеет, например, левую резьбу) и поднимается на буровую установку вместе с вышерасположенными трубами.

При этом корпус 2 обеспечивающий подвешивание труб бурильной колонны фиксируется в блоке 8 задвижек фонтанной арматуры, а именно в защитной втулке колонной головки. Корпус 2 в нижней части имеет ступенчатую форму ответную выступу 15 блока 8 задвижек (фиг. 5), что позволяет надежно его зафиксировать и тем самым подвесить связанную с ним часть труб бурильной колонны.

Также предусмотрена резервная защита (фиг. 6), которая располагается в верхнем участке переходной трубы 1 на ее головной части 9, которая сработает в случае неплотной посадки корпуса 2 в блок 8 задвижек фонтанной арматуры. Для этого головная часть 9 имеет посадочную поверхность 14, расположенную в нижней ее части. В указанном случае переходная труба 1, а, следовательно, и трубы бурильной колонны повиснут на втулке превентора посредством поверхности 14 головной части 9. Таким образом, в случае возникновения нештатных ситуаций с подвеской на блок задвижек фонтанной арматуры, переходная труба 1 повиснет на ответных выступах блока превентора, что дополнительно страхует данную конструкцию и обеспечивает надежное удержание части труб бурильной колонны.

Как показано выше, головная часть 9 переходной трубы имеет два смещенных по оси соосных расположенных посадочных места с разнонаправленной резьбой под элемент 5 спуска и элемент 6 извлечения, которые соответственно также имеют разнонаправленные резьбы (фиг. 7). Для установки комплекта инструментов используется элемент 5 спуска, который имеет, например, левую резьбу для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы 1 также имеющем, например, левую резьбу, что позволяет выкрутить его под водой, после установки комплекта инструментов посредством вращения бурильной колонны в которой используются трубы с правой резьбой. При этом элемент извлечения 6 вкручивается в переходную трубу 1, когда она уже установлена вместе с корпусом 2 под водой в блоке задвижек фонтанной арматуры и предназначен для подъема труб вместе с блоком 15 превентора со дна. Для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы 1 элемент 6 извлечения имеет резьбу противоположную резьбе элемента 5 спуска, например, правую резьбу. В результате для установки элемента 6 извлечения на переходной трубе 1 используется посадочное место с соответствующей ему резьбой, например, правой (фиг. 8). Такое выполнение позволяет облегчить и уменьшить время проведения спуско-подъемных операций за счет совмещения на одной головной части 9 приемной трубы 1 посадочных мест под элементы спуска и извлечения.

Элемент 6 извлечения также снабжен свободно вращающимся стабилизатором 12 осевого положения, который содержит стабилизирующие выступы предпочтительно в виде крыльев (фиг. 2, 4). Указанные выступы служат для стабилизации и осевого выравнивания колонны. В частности, свободно вращающаяся «рубашка» с крыльями стабилизатора 12 позволяет центровать элемент спуска при попытке вкрутиться в резьбу на глубине, за счет взаимодействия с водной средой. Размер и габариты крыльев, а также их форма подбирается экспериментальным путем для каждого типоразмера используемого труб бурильной колонны. В результате такое выполнение обеспечивает осевое выравнивание и центрирование части труб бурильной колонны спускаемых от буровой установки к головной части 9 переходной трубы 1.

Каждый из элементов входящих в комплект инструментов имеет сквозной канал, которые в случае соединения между собой образуют общий канал 13 (фиг. 3, 4). Такой канал 13 обеспечивает возможность откачки части среды, которая могла скопиться в трубах бурильной колонны в то время когда бурильная колонна была разъединена. В связи с этим, перед тем как проводить извлечение труб бурильной колонны, для обеспечения безопасности, необходимо осуществить действия по откачке возможно оставшейся среды через тело элементов комплекта инструментов. Для этого, посредством насоса, производится откачка среды через верхний 4 переводник, который соединен с элементом извлечения 5, переходной трубой 1, корпусом 2 и нижним 3 переводником и только после этого производится извлечение труб бурильной колонны.

В соответствии с вышеизложенным использование предложенного решения позволяет обеспечить возможность отсоединения части труб бурильной колонны от буровой установки, а также снизить время, затрачиваемое на отсоединение части труб и на возврат бурильной колонны в работу. Кроме того, обеспечивается надежное удержание части труб бурильной колонны на устье скважины.

Комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в устье подводной скважины включает переходную трубу, корпус, двухсторонние нижний и верхний переводники, а также элемент спуска и элемент извлечения, имеющие сквозной канал. Переходная труба, корпус и нижний переводник последовательно соединены между собой, а элемент извлечения имеет свободно вращающийся стабилизатор осевого положения с выступами на наружной поверхности. Корпус в нижней части выполнен ступенчатой формы для установки на ответный выступ блока задвижек фонтанной арматуры. Переходная труба выполнена с головной частью, имеющей посадочную поверхность для установки на блок превентора, расположенную в нижней ее части, и два соосно расположенных посадочных места с разнонаправленными резьбами под элемент спуска и элемент извлечения. Каждый из элементов спуска и извлечения выполнен с возможностью соединения с переходной трубой и верхним переводником, причем для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы элемент спуска и элемент извлечения имеют разнонаправленные резьбы. Предложенное решение позволяет обеспечить отсоединение части труб бурильной колонны от буровой установки при снижении времени на отсоединение и на возврат труб бурильной колонны в работу, а также надежное удержание части труб бурильной колонны на устье скважины. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Комплект инструментов для подвески труб бурильной колонны в устье подводной скважины, включающий переходную трубу, корпус, двухсторонние нижний и верхний переводники, а также элемент спуска и элемент извлечения, имеющие сквозной канал, при этом переходная труба, корпус и нижний переводник последовательно соединены между собой, а элемент извлечения имеет свободно вращающийся стабилизатор осевого положения с выступами на наружной поверхности,

корпус в нижней части выполнен ступенчатой формы для установки на ответный выступ блока задвижек фонтанной арматуры,

переходная труба выполнена с головной частью, имеющей посадочную поверхность для установки на блок превентора, расположенную в нижней ее части, и два соосно расположенных посадочных места с разнонаправленными резьбами под элемент спуска и элемент извлечения,

каждый из элементов спуска и извлечения выполнен с возможностью соединения с переходной трубой и верхним переводником, причем для соединения с соответствующим посадочным местом переходной трубы элемент спуска и элемент извлечения имеют разнонаправленные резьбы.

2. Комплект инструментов по п. 1, отличающийся тем, что на внешней поверхности корпуса выполнены выемки для обеспечения возможности прохода жидкости.

3. Комплект инструментов по п. 1, отличающийся тем, что переходная труба, корпус, элемент спуска и элемент извлечения выполнены из конструкционной легированной хромованадиевой стали.

4. Комплект инструментов по п. 3, отличающийся тем, что конструкционная легированная хромованадиевая сталь является доэвтектоидной, низколегированной, среднеуглеродистой сталью.

5. Комплект инструментов по п. 3, отличающийся тем, что на переходную трубу, корпус, элемент спуска и элемент извлечения нанесено фосфатное покрытие.

6. Комплект инструментов по п. 1, отличающийся тем, что стабилизатор осевого положения имеет выступы в виде крыльев.