СПОСОБ ПРОТЯГИВАНИЯ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к строительству трубопроводов и может быть использовано при протаскивании труб в скважинах.

Известны сборная конструкция [1] для протаскивания трубопроводов в скважинах, выполненных методом горизонтально направленного бурения, включающая направляющий кондуктор, соединенный через байонетные пазы и шипы с расширителем, который впереди скреплен с бурильной колонной, а сзади через вертлюг соединен с трубопроводом. Способ протаскивания трубопровода [1] заключается в том, что осуществляют сборку конструкции, затем с помощью установки горизонтального бурения через бурильную колонну собранную компоновку без вращения бурильной колонны затаскивают в ранее выполненный ствол скважины. При этом расширитель уплотняет имеющийся ствол, а направляющий кондуктор препятствует смыканию неустойчивых грунтов за расширителем. Фиксация направляющего кондуктора на расширителе через байонетное соединение (байонетные пазы и шипы) позволяет при включении вращения бурильной колонны установкой горизонтального бурения произвести рассоединение расширителя с направляющим кондуктором на планируемом участке за счет формы байонетных пазов и пружинных свойств бурильной колонны и произвести затаскивание трубопровода в скважину. Упрочняющая насадка обеспечивает прочность байонетных пазов. Байонетные пазы имеют углубления, которые препятствуют случайному рассоединению расширителя с направляющим кондуктором при протаскивании бурильной колонны без вращения, а также имеют косые пазы В, которые при включении вращения бурильной колонны обеспечивают гарантированное расцепление расширителя с направляющим кондуктором. Трубопровод соединен с бурильной колонной через вертлюг. Дальнейшее протягивание трубопровода осуществляют через направляющие ролики направляющего кондуктора и сформированный ствол скважины.

Применение известного устройства и способа [1] позволяет прокладывать один трубопровод, либо плеть последовательно соединенных друг с другом трубопроводов. При необходимости в прокладке нескольких трубопроводов параллельно друг другу необходимо осуществлять дополнительное бурение горизонтальных скважин, что значительно повышает стоимость работ.

Известно устройство для протягивания труб [2], содержащее расширитель с вертлюгом, шарнирно соединенным с корпусом с размещенным в нем диском, выполненным с одной стороны с осью, на которой закреплен корпус, а с другой стороны с патрубками, оси которых параллельны оси диска, при этом каждый патрубок снабжен цангой, установленной с возможностью фиксации труб, в которой расположена шпилька с коническим хвостовиком, а противоположная ему часть шпильки закреплена в диске разъемным соединением. По окончанию бурения пилотной скважины для прокладки в ней плети труб для протягивания в них кабельной линии связи в каждую трубу вставляют по цанге со шпилькой с расположением ее конического хвостовика в трубе. Затем шпильку частью, противоположной хвостовику, размещают в патрубке и далее в ответном ей отверстии диска, накручивают и зажимают гайку, обеспечивая при этом перемещение конического хвостовика и расширение цанги. За счет расширения цанг и их наружной шероховатой поверхности производится надежная фиксация труб в патрубках диска. Далее диск с обоймой труб вставляют в корпус. Соединяют рым-болт с осью с одной стороны, с вертлюгом с другой стороны и далее к колонне бурильных труб. Осуществляют протяжку труб через ствол скважины. Разборку устройства и освобождение труб осуществляют в обратной последовательности.

При протягивании труб в стволе скважины вращение бурильной колонны передается на вертлюг, при этом вертлюг предотвращает передачу крутящего момента на вал и, соответственно, на протягиваемую трубу или плеть протягиваемых труб. В случае выхода из строя вертлюга (например, его заклинка) крутящий момент передается на рым-болт, а затем через корпус и диск на патрубки с протягиваемыми трубами в [2] или сразу напрямую на протягиваемую трубу в [1], происходит увеличение тяговой нагрузки, вследствие чего выходят из строя остальные элементы бурильной колонны (соединительные элементы колонны), разрушение самого вертлюга и трубного захвата, возможен обрыв бурильной трубы. При этом неизбежное перекручивание плети протягиваемых трубопроводов также приведет к их обрыву. В конечном итоге неконтролируемый отказ оборудования может привести к весьма существенным затратам т.к. оставленное (оборванное) в стволе скважины оборудование извлечь невозможно и потребуется бурение новой скважины с протяжкой трубопроводов.

Таким образом, к общим основным недостаткам известных технических решений [1, 2] является низкая надежность протягивания труб и высокие финансовые и трудовые затраты при возникновении аварийной ситуации в случае выхода из строя вертлюга.

Поставленной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание более экономичного и надежного способа и устройства для протягивания труб, а также повышение эксплуатационных свойств устройства.

Техническим результатом является безаварийное протягивание труб.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается устройством для протягивания труб, содержащем последовательно соединенные к колонне бурильных труб расширитель, вертлюг, корпус, при этом, согласно изобретению, корпус установлен на валу, соединяющем его с вертлюгом, на подшипниках - шариковом упорном и роликовом радиальном, закреплен на нем штифтом и выполнен с крышкой, на наружной торцевой поверхности которой неподвижно закреплены патрубки, выполненные с возможностью расположения в них протягиваемых труб с пробками. Штифт установлен в отверстии корпуса со стороны вертлюга и в ответном ему отверстии вала, причем штифт расположен под углом 80°-90° к оси вала с уклоном в сторону вертлюга.

Шариковый упорный подшипник расположен в корпусе со стороны, обращенной к вертлюгу, и зафиксирован торцевой и боковой стенками корпуса и буртиком, выполненным на валу, а роликовый радиальный подшипник расположен с противоположной стороны корпуса в проточке, выполненной в крышке, и зафиксирован в указанной проточке буртиком вала с противоположной стороны от шарикового упорного подшипника и стопорным кольцом, установленным на конце вала.

В боковых поверхностях патрубков выполнены сквозные отверстия, в которых установлены шпильки для дополнительной фиксации пробок и труб в патрубках.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также способом протягивания труб с применением указанного устройства, заключающийся в том, что осуществляют сборку устройства для протягивания труб, для чего устанавливают на вал подшипники, закрепляют корпус на валу с применением штифта, установленного под углом 80°-90° к оси вала с уклоном в сторону вертлюга, неподвижно соединяют с корпусом крышку, оборудованную патрубками, размещают пробки в каждой протягиваемой трубе и устанавливают их в патрубки крышки, фиксируя шпильками каждую протягиваемую трубу с пробкой в соответствующем патрубке, затем последовательно соединяют вал с вертлюгом, расширителем и с колонной бурильных труб, и осуществляют протяжку труб через ствол заранее пробуренной и расширенной скважины.

При заклинивании вертлюга крутящий момент от бурильной колонны передается на вал устройства для протягивания труб, вал вращается, срезается предохранительный элемент под действием возникшей нагрузки, вал продолжает вращаться внутри корпуса на опорных подшипниках, исключая передачу крутящего момента к протягиваемым трубам до завершения протягивания труб.

Заявленные способ протягивания труб и устройство для его осуществления предназначены для протаскивания труб в скважине, решают одну и ту же упомянутую выше задачу, что подтверждает соблюдение требования единства изобретений.

Техническое решение поясняется фигурами:

- на фиг. 1 изображено устройство для протягивания труб в скважине;

- на фиг .2 - вал с корпусом устройства для протягивания труб с закрепленными трубами;

-на фиг. 3 - устройство для протягивания труб, вид сбоку.

Устройство для протягивания труб содержит (фиг. 1) последовательно соединенные расширитель 1, вертлюг 2, вал 3 с закрепленным на нем посредством предохранительного элемента 4 корпусом 5 с крышкой 6 с патрубками 7.

Вал 3 соединен с вертлюгом 2 через проушину.

Корпус 5 выполнен цилиндрическим, а со стороны вертлюга 2 имеет на наружной поверхности сужающийся к нему конический участок. К корпусу 5 прикреплена крышка 6, например посредством резьбового соединения. В крышке 6 выполнена проточка (углубление) 8.

Корпус 5 установлен на валу 3 на подшипниках и выполнен с уплотнением 9. Например, в корпусе 5 со стороны, обращенной к вертлюгу 2, расположен шариковый упорный подшипник 10, служащий для восприятия осевой нагрузки при вращении вала 3 и зафиксированный торцевой 11 и боковой 12 стенками корпуса 5 и буртиком 13, выполненным на валу 3 - за счет натяга корпуса 5 относительно буртика 13 вала 3. Для позиционирования (центрирования) вала 3 в противоположной стороне корпуса расположен роликовый радиальный подшипник 14, который по своему наружному кольцу зафиксирован в проточке (углублении) 8 крышки 6, при этом для предотвращения продольного смещения относительно вала 3 и его стабилизации роликовый радиальный подшипник 14 упирается в буртик 13 вала 3 с противоположной стороны от шарикового упорного подшипника 10 и зафиксирован на валу 3 при помощи стопорного кольца 15.

На наружной торцевой поверхности крышки 6 неподвижно закреплены патрубки 7, оси которых параллельны оси вала 3. Патрубки 7 расположены (фиг. 3) на поверхности крышки 6 равномерно по окружности (фиг. 3). В каждом из патрубков 7 имеются пробки 16, установленные с возможностью фиксации протягиваемых труб 17. В боковых стенках патрубков 7 выполнены сквозные отверстия 18, например в направлении, перпендикулярном оси вала 3, в которых расположены шпильки 19 для дополнительной фиксации пробок 16 и труб 17. Количество патрубков 7 выбирают исходя из количества труб 17, которые необходимо смонтировать в скважине за одну операцию, и их диаметра.

Предохранительный элемент 4, посредством которого корпус 5 закреплен на валу 3 выполнен, например, в виде штифта, установленного в отверстии корпуса 5 со стороны вертлюга и в ответном ему отверстии вала 3. При этом штифт установлен таким образом, что его ось расположена под углом 80°-90°к оси вала 3 с возможным уклоном в сторону вертлюга 2.

Способ протягивания труб осуществляют следующим образом.

По окончанию бурения скважины горизонтально направленным бурением с применением известного оборудования [3] для прокладки в ней труб, например, полиэтиленовых в количестве 3-х штук диаметром 40 мм для кабельной линии связи, на вал 8 со стороны проушины устанавливают шариковый упорный подшипник 10, а с противоположной стороны устанавливают роликовый радиальный подшипник 14, далее подшипники фиксируют корпусом 5, стопорным кольцом 15, затем закрепляют корпус 5 на валу 3 при помощи предохранительного элемента 4, например штифта.

При этом размер штифта определяют следующим образом, например с применением [4].

1. Номинальный вращающий момент Т_ном, передаваемый от вращателя известной буровой установки [3] (момент начала сворачивания закручивания) труб), Н*м: определен путем практических (экспериментальных) измерений и составляет Т_ном=110 Н*м.

2. Расчетный вращающий момент Т бурильных труб, при котором срабатывает предохранительный элемент (срезается штифт) во избежание случайных срабатываний принимаем: Т=1,25 Т_ном=110*1,25=137,5 Н*м.

3. Радиус расположения поверхности среза принимаем r=2 мм.

4. Материал штифта: среднеуглеродистая сталь. Временное сопротивление разрыву (в зависимости от марки стали штифта) σ_в, МПа:

для среднеуглеродистых сталей σ_в=600 МПа.

5. Для расчета принимаем коэффициент пропорциональности К между пределами прочности на срез и на разрыв: К=0,8.

6. Расчетный предел прочности на срез:

τ_ср=К * σ_в=0,8*600=480 МПа.

7. Диаметр штифта:

Таким образом диаметр штифта принимают равным 4,2 мм, устанавливают его в отверстиях корпуса 5 и вала 3 под углом, например 85° к оси вала 3 с уклоном в сторону вертлюга 2, закрепляя корпус 5 на валу 3.

Далее неподвижно соединяют с корпусом 5 крышку 6, оборудованную патрубками. В каждую протягиваемую трубу 17 (фиг. 2) вставляют пробки 13 и устанавливают в патрубки 7 крышки 5, после чего в отверстиях 18 патрубков 7 размещают шпильки 19, фиксируя трубы 17 с пробками 16. Таким образом, за счет создания дополнительной опоры в виде пробок 16 осуществляют надежную фиксацию труб 17 в патрубках 7.

Далее вал 3 (фиг. 2) последовательно соединяют при помощи проушины с вертлюгом 2 (фиг. 1), с расширителем 1 (фиг. 1) и присоединяют к колонне бурильных труб. Затем осуществляют протяжку труб 17 через ствол скважины (фиг. 1) с применением известного оборудования, например Установки горизонтально-направленного бурения УНБ-1550 [3]. В процессе протяжки происходит вращение бурильных труб и расширителя 1, при этом вертлюг 2 предотвращает передачу крутящего момента через вал на патрубки с протягиваемыми трубами.

При выходе из строя внутреннего узла вертлюга (разрушение подшипниковой опоры, износ сальников, отсутствие смазки) происходит заклинивание вертлюга 2 и крутящий момент от бурильной колонны передается на вал 3 с закрепленным на нем корпусом 5, что приводит к возникновению нагрузки на предохранительном элементе 4, под действием которой происходит срыв (срез) предохранительного элемента 4 (штифта) и вал 3 свободно вращается внутри корпуса 5 на опорных подшипниках 10, 14, исключая передачу крутящего момента к протягиваемым трубам 17 до завершения протягивания труб.

Угол установки штифта относительно оси вала 3 в пределах 80°-90° с возможным уклоном в сторону вертлюга 2 является оптимальным при применении известного оборудования. При значении угла менее 80° или более 90° для среза штифта в аварийной ситуации потребуется большее усилие и время, при этом до момента среза вал 3 с закрепленным на нем корпусом 5 под действием передаваемого крутящего момента будет вращаться, что приведет к перекручиванию протягиваемых труб 17.

Таким образом, положительный эффект от применения настоящего изобретения заключается в исключении аварийной ситуации и снижении затрат при протягивании труб.

1. RU 2428544, опубл. 10.09.2011.

2. RU 199721, опубл. 16.09.2020.

3. Установка горизонтального направленного бурения УНБ 1550. Руководство по эксплуатации УНБ 1551.00.00.000 РЭ. СП Святовит ООО.

4. Справочник конструктора-машиностроителя Том 2 издание 8-е под редакцией И.Н. Жестковой, Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 2001.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, в частности к строительству трубопроводов, и может быть использовано при протаскивании труб в скважинах. Технический результат - безаварийное протягивание труб. Устройство для протягивания труб содержит последовательно соединенные расширитель, вертлюг, корпус с патрубками, при этом корпус установлен на валу на подшипниках, закреплен на валу посредством штифта и выполнен с крышкой, на наружной торцевой поверхности которой неподвижно закреплены патрубки, в которых расположены пробки, установленные с возможностью фиксации труб. Способ протягивания труб заключается в установке на вал подшипников, закреплении корпуса на валу с применением штифта, неподвижном соединении с корпусом крышки, оборудованной патрубками, размещении пробки в каждой протягиваемой трубе и установке их в патрубки крышки, фиксируя шпильками каждую протягиваемую трубу с пробкой в соответствующем патрубке, последовательном соединении вала указанного устройства с вертлюгом, расширителем и с колонной бурильных труб и осуществлении протяжки труб через ствол заранее пробуренной и расширенной скважины. При заклинивании вертлюга крутящий момент от бурильной колонны передается на вал устройства для протягивания труб, вал вращается, срезается штифт под действием возникшей нагрузки, вал продолжает вращаться внутри корпуса на опорных подшипниках исключая передачу крутящего момента к протягиваемым трубам до завершения протягивания труб. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для протягивания труб, содержащее последовательно соединенные к колонне бурильных труб расширитель, вертлюг, корпус, отличающееся тем, что корпус установлен на валу, соединяющем его с вертлюгом, на подшипниках - шариковом упорном и роликовом радиальном, закреплен на нем штифтом и выполнен с крышкой, на наружной торцевой поверхности которой неподвижно закреплены патрубки, выполненные с возможностью расположения в них протягиваемых труб с пробками, при этом штифт установлен в отверстии корпуса со стороны вертлюга и в ответном ему отверстии вала, причем штифт расположен под углом 80-90° к оси вала с уклоном в сторону вертлюга.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шариковый упорный подшипник расположен в корпусе со стороны, обращенной к вертлюгу, и зафиксирован торцевой и боковой стенками корпуса и буртиком, выполненным на валу, а роликовый радиальный подшипник расположен с противоположной стороны корпуса в проточке, выполненной в крышке, и зафиксирован в указанной проточке буртиком вала с противоположной стороны от шарикового упорного подшипника и стопорным кольцом, установленным на конце вала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в боковых поверхностях патрубков выполнены сквозные отверстия, в которых установлены шпильки для дополнительной фиксации пробок и труб в патрубках.

4. Способ протягивания труб с применением устройства по пп. 1-3, заключающийся в том, что осуществляют сборку устройства для протягивания труб, для чего устанавливают на вал подшипники, закрепляют корпус на валу с применением штифта, установленного под углом 80-90° к оси вала с уклоном в сторону вертлюга, неподвижно соединяют с корпусом крышку, оборудованную патрубками, размещают пробки в каждой протягиваемой трубе и устанавливают их в патрубки крышки, фиксируя шпильками каждую протягиваемую трубу с пробкой в соответствующем патрубке, затем последовательно соединяют вал с вертлюгом, расширителем и с колонной бурильных труб и осуществляют протяжку труб через ствол заранее пробуренной и расширенной скважины.