Гибкая колонна труб Советский патент 1992 года по МПК E21B17/00 E21B17/20 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, имеющих наклонный или горизонтальный профиль.

Известна колонна обсадных труб, в которых трубы соединены друг с другом на резьбовых соединениях с помощью муфт.

Известна также колонна обсадных труб, в которую включены трубы повышенной жесткости. Например, трубы с выступающими наружу продольными ребрами, в которых располагается фильтр обсадной колонны 1.

Недостатком конструкций является то, что при спуске в наклонные и горизонтальные скважины из-за жесткости обсадных труб возможности изгиба обсадной колонны в стволе скважины ограничиваются.

От изгиба нарушаются центрирование обсадной колонны в муфтовых соединениях, а также герметичность резьбовых соединений обсадных труб друг с другом, что влияет на понижение надежности работы осадной колонны в скважине.

Известна гибкая колонна труб, включающая трубы, соединенные муфтой, состоящей из двух патрубков с цилиндрическими участками по концам, связанных шарнирными участками с возможностью ограниченного углового перемещения 2.

Недостатком конструкции является то, что при спуске колонны для ее центрирования и при креплении для обеспечения жесткости колонну нужно дополнительно снабжать центраторами.

Целью изобретения является повышение надежности работы обсадной колонны в наклонных и горизонтальных скважинах за счет обеспечения центрирования при

спуске и увеличения жесткости при креплении обсадной колонны в скважине.

Для достижения поставленной цели предлагается соединение обсадных труб на участках, где предусматривается изгиб об- садной колонны, во время спуска ее в скважину, осуществлять с помощью гибких муфт, снимающих напряжение изгиба с обсадной колонны и одновременно обеспечивающих качественное центрирование обсадной колонны в стволе скважины.

Такой эффект получается благодаря наличию у гибкой муфты пары шаровых (сферических) поверхностей скользящих друг по другу. Через эти поверхности при спуске обсадной колонны в скважину передается вес находящейся под гибкой муфтой части обсадной колонны.

Для удобства осуществления технологических операций, осуществляемых при спуске обсадной колонны в скважину, контактирующие друг с другом шаровые (сферические) поверхности могут быть снабжены диаметрально расположенными выступами на одной поверхности и соответ- ствующими им ответными пазами на другой.

На фиг. 1 показана схема гибкой колонны обсадных труб, спущенных в горизонтальную скважину; на фиг. 2 - разрез А-А гибкой муфты; на фиг. 3 - разрез муфты по Б-Б; на фиг. 4 - муфта в положении ее изгиба; на фиг. 5 - муфта, снабженная отверсти- ями, проходящими через шаровые (сферические) поверхности, в положении, имеющем место после крепления скважины цементом.

На фиг. 1 обсадные трубы 1, находящиеся на вертикальном участке ствола скважины, соединены друг с другом обычными муфтами 2, а на участке изгиба обсадной колонны и на горизонтальном участке -гибкими муфтами 3, образуя гибкую колонну труб.

На фиг. 2 видно, что гибкая муфта состоит из деух патрубков: верхнего 4 и нижнего 5. Эти патрубки на своих свободных концах имеют резьбу 6 для. соединения обсадных труб. Патрубки соединены трубчатой гибкой гофрированной втулкой. Снаружи к каждому из патрубков присоединены выступы, имеющие форму шаровых (сферических) поверхностей 8 и 9. Эти поверхности распола- гаются так, чтобы, например, верхний наружный выступ 8 своей внутренней поверхностью облегал наружную поверхность верхнего выступа 9 нижнего патрубка. Расположение патрубков в гибкой муфте может быть и противоположным.

Конструкция муфты предусматривает возможность направленного изгиба обсадной колонны. Для этого на соприкасающихся шаровых (сферических) поверхностях (см. фиг. 3) располагаются диаметрально расположенные выступы 10 и соответствующие им ответные пазы 11.

На фиг. 4 показана муфта, в которой для усиления прочности и сохранения проходного сечения гофрированной втулки к ней присоединяется пружина 12.

На фиг. 5 показан вариант исполнения муфты, имеющей сквозные отверстия 13. Муфта показана в скважине после крепления обсадной колонны цементом в стволе скважины. Здесь позиция 14 показывает цементный камень, окружающий обсадную колонну.

Пример. Имеем скважину глубиной в 2000 м. Горизонтальный участок имеет длину 200 м. Для обеспечения лучшего сообще- ния с продуктивным пластом горизонтальный участок должен комплектоваться фильтром обсадной колонны (по а.с. СССР № 1210507), представляющим до вскрытия отверстий фильтра набор обсадных труб с выступающими ребрами. Так как такие трубы имеют повышенную жесткость, набор кривизны ими может привести к нарушению надежности конструкции обсадной колонны. Поэтому в скважину спускаем гибкую колонну труб, снабженную в изгибающейся части колонны гибкими муфтами.

Принимаем радиус изгиба обсадной колонны на ее нижнем участке равным 30 м. Тогда длина этого участка по окружности будет равна примерно 45 м. Если принять угол изгиба каждого муфтового соединения равным 10° то тогда окажется, что угол в 90° может быть образован 11 обсадными трубами, из которых каждая имеет длину около 4 м, и таким же количеством гибких муфт. Вполне очевидно, что весь горизонтальный участок обсадной колонны будет состоять из таких же труб и муфт.

Как уже отмечалось, гофрированная втулка 7 может быть усилена пружиной 12. В качестве возможного материала для изготовления гофрированной втулки может быть использована пружинная сталь. В случае необходимости пространство между гофрированной втулкой и шаровыми (сферическими) поверхностями может быть заполнено жидкостью (например, вязкопластичной) для противодавления в период цементажа скважины либо, при достаточной прочности гофрированной втулки, заполняться цементом во время цементажа.

Формула изобретения

Гибкая колонна труб, включающая трубы, соединенные муфтой, состоящей из двух патрубков с цилиндрическими участками по концам, связанных шарнирными участками с возможностью ограниченного углового перемещения относительно друг друга, отл и-чающаяся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет обеспечения центрирования при спуске и увеличения жесткости при креплении обсадной колонны в скважине, шарнирные

0

участки муфты выполнены в виде концент- рично расположенных патрубков со сферическими наружными и внутренними поверхностями и установленной в их полости гофрированной цилиндрической втулки, связанной концами с цилиндрическими участками патрубков и образующей с внутренней поверхностью сферических участков патрубков кольцевую полость, причем один из патрубков на участке со сферической поверхностью имеет диаметрально расположенные выступы, а другой - для их размещения ответные пазы.

Использование: в строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, имеющих наклонный или горизонтальный профиль, Обсадная колонна труб включает трубы, связанные муфтой, состоящей из верхнего и нижнего патрубков, соединенных по внутренней поверхности гофрированной втулкой. Снаружи каждый патрубок имеет выступы шаровой формы, концентрично расположенные друг относительно друга и образующие кольцевую полость с наружной поверхностью гофрированной втулки. В процессе спуска колонны в скважину муфта обеспечивает угловое смещение одной трубы относительно смежной, а также передачу крутящего момента через диаметрально расположенные на одном из патрубков выступы, входящие в пазы другого патрубка. При использовании колонны гибких труб для крепления скважин муфта кроме функций центрирующего элемента обеспечивает увеличение жесткости колонны за счет заполнения полости муфты между сферической поверхностью патрубка и гофрированной втулкой вязкопластической жидкостью на поверхности или цементом в скважине в процессе цементирования. 5 ил. (Л с

Ф«е. /

tf

v-v

9/0092.1

. 4.$ОО....Ь,

р.-, .;; -.

.; о S f.o; в;

-.«V- J/w v

-, в , /оо;-

c/e.5