бурильная труба с наружным облегчающим покрытием

Формула изобретения

Бурильная труба с наружным облегчающим покрытием, включающая оснащенный замковыми соединениями несущий трубный корпус с размещенным на его наружной поверхности покрытием в виде кольцевого поплавкового элемента из материала плотностью, меньшей плотности жидкости, заполняющей скважину, отличающаяся тем, что облегчающее покрытие выполнено в виде размещенной на поверхности трубы единой цельной оболочки, по торцам которой коаксиально несущему трубному корпусу установлены металлические шайбы, связанные с металлическим тавровым обручем, охватывающим по винтовой линии всю протяженность покрытия, причем ножка тавра пронизывает покрытие на всю его толщину, а наружная поверхность полки тавра находится заподлицо с образующей наружной поверхностью покрытия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению разведочных, добывающих нефтяных и газовых скважин, может быть использовано при комплектовании бурильного инструмента.

Известно сходное (по физико-технической сущности) заявленному устройство для крепления скважин, включающее секции обсадной колонны с закрепленными на их внутренней поверхности элементом из материала плотностью, меньшей плотности бурового раствора, заполняющего скважину [1] В результате целенаправленно снижается приведенная плотность компоновки обсадной колонны, повышается ее плавучесть в буровом растворе. Благодаря этому существенно увеличивается предельно допустимая длина подвески обсадной колонны в скважине.

Для изготовления внутреннего облегчающего покрытия используют естественный или искусственный материал плотностью 200 900 кг/м³. При создании на внутренней поверхности обсадных труб (например диаметром 219 мм и более) равномерного слоя толщиной 25 40 мм приведенную плотность обсадной колонны можно снизить до 2500 3500 кг/м³.

Имеются варианты адаптации этого подхода применительно к устройству бурильной трубы, когда последняя снабжается внутренним или наружным объемным облегчающим покрытием, в зависимости от потребной величины снижения приведенной плотности трубы с покрытием, с одной стороны, и практической возможности использования части внутритрубного или затрубного рабочего пространства (в пределах длины трубы) без ущерба для основных режимных критериев штатной технологии бурения скважины, с другой стороны.

Концептуально и конструктивно наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявленной бурильной трубе является устройство некоего трубного элемента, на наружной поверхности которого дискретно размещены разъемные в осевом направлении поплавки, половинки (либо секторы) которых стянуты обручами, размещенными перпендикулярно оси упомянутого трубного элемента [2]

С точки зрения возможности практического использования названного патента при конструировании бурильного инструмента, обладающего пониженной приведенной плотностью, прототипное техническое решение имеет следующие недостатки:

каждый отдельный поплавок трубного элемента не является интегральной конструкцией;

из-за продольной (параллельной оси трубы) линии разъема составляющих элементов (половинок, секторов и т.п.), стянутых поперечными обручами, такие составные поплавки обладают довольно низкой конструкционной прочностью и поэтому быстро разрушаются в результате характерных для буровых процессов интенсивных внешних силовых воздействий;

торцы поплавков, высоко выступающие над образующей поверхностью несущего трубного элемента корпуса (а также и над образующей поверхностью замкового соединения), подвержены интенсивном износу при неминуемых контактах оснащенного поплавками трубного элемента с многочисленными неровностями и выступами в стволе буровой скважины.

В отличие от прототипа, в предложенном техническом решении речь идет об устройстве высокой ответственности элементе компоновки бурильного инструмента, полная длина которого при бурении сверхглубоких скважин варьирует в пределах 8000 15000 м.

Это означает, что составляющие его трубы должны обладать эксплуатационным ресурсом, исчисляемым тысячами часов работы при характерных для буровых процессов сложно-напряженных состояниях трубной колонны, которые еще больше усугубляются жесткими гидрохимическими и термобарическими условиями глубинной среды, где (на указанных отметках) гидростатическое давление и температура варьируют соответственно в пределах 90 165 МПа и 110 240^oC. Столь тяжелые условия эксплуатации бурильных труб в составе инструмента и невероятно высокая цена аварии в бурении, например обрыва труб, полета и потери части бурильного инструмента, обуславливают высокие требования и надежности всех элементов конструкции каждого устройства бурильной трубы, в том числе и к конструкции закрепленных на нем элементов пониженной плотности, используемых для повышения плавучести бурильной колонны.

В свете изложенного целью изобретения является обеспечение конструкционной прочности, долговечности, эксплуатационной надежности бурильной трубы с наружным объемным облегчающим покрытием, как элемента компоновки бурильного инструмента, используемого при проходке сверхглубоких скважин.

Поставленная цель достигается тем, что известный по приведенному выше прототипу принцип устройства элемента трубной колонны с закрепленными на его наружной поверхности поплавками, повышающими плавучесть, из материала плотностью меньшей плотности жидкости, заполняющей скважину, переносится на заявленное устройство бурильной трубы.

В отличие от прототипа наружное облегчающее покрытие заявленной бурильной трубы является не разъемным в осевом направлении, а единым, интегральным. Оно исполнено в виде единой цельной оболочки, покрывающей наружную поверхность несущего трубного корпуса, исключая обслуживаемую манипуляторами и спуско-подъемными механизмами его ограниченную по протяженности "подмуфтовую" часть, которая должна быть свободна от покрытия, чтобы дать возможность подвешивать бурильную трубу (как одиночку или в составе свечи) на элеваторе и устанавливать ее (в составе свечи и бурильной колонны) на клинья ротора во время спуско-подъемных операций.

В отличие от прототипа, где торцы размещенных на трубе дискретных поплавков не защищены от механических повреждений при ударах о выступы на стенке скважины, торцы наружного цельного облегчающего покрытия заявленного устройства бурильной трубы предохраняются от разрушения надетыми на несущий трубный корпус металлической шайбой со стороны замковой муфты и такой же конструкции шайбой, размещенной со стороны замкового ниппеля.

В отличие от прототипа, где составляющие элементы (половинки, сектора и т. п. ) каждого отдельного поплавка стянуты поперечными обручами, создающими прочность конструкции поплавка только в радиальном направлении, в заявленной конструкции бурильной трубы ее облегчающее наружное покрытие для сохранения его целостности и повышения прочности как в осевом, так и в радиальном направлениях, армировано с помощью металлического таврового обруча, охватывающего по винтовой линии всю образующую поверхность покрытия между упомянутыми предохранительными шайбами, причем ножка тавра пронизывает покрытие на всю его толщину вплоть до наружной поверхности трубного корпуса, а наружная поверхность полки тавра находится заподлицо с наружной образующей поверхностью покрытия. Концы таврового обруча соединены с торцевыми предохранительными шайбами, благодаря чему обеспечивается интегральность всего покрытия и прочность его армировки.

Все перечисленное свидетельствует о том, что в предложенном сочетании позиций практического технического решения заявленное устройство бурильной трубы с наружным облегчающим покрытием приобрело новые свойства, а отличительные признаки являются существенными.

На фиг. 1 и 2 показана бурильная труба с наружным облегчающим покрытием.

Бурильная труба состоит из несущего трубного корпуса 1, замковой муфты 2, замкового ниппеля 3 и элемента, повышающего плавучесть, представленного в форме равномерного наружного слоя 4 из материала плотностью меньшей плотности бурового раствора, которым заполнена скважина.

Чтобы обеспечить возможность "обслуживания" трубы манипуляторами и спуско-подъемными захватными и удерживающими механизмами, наружное покрытие 4 не распространяется на некоторую "подмуфтовую" часть трубного корпуса 1.

Торцы наружного облегчающего покрытия 4 предохраняются от разрушения надетыми на трубный корпус 1 металлической шайбой 5 со стороны замковой муфты 2 и шайбой 6 со стороны замкового ниппеля 3.

Для сохранения целостности и повышения износостойкости облегчающее покрытие 4 армировано с помощью металлического таврового обруча 7, охватывающего по винтовой линии всю образующую поверхность покрытия от шайбы 5 до шайбы 6, причем ножка тавра пронизывает покрытие на всю его толщину вплоть до наружной поверхности трубного корпуса 1, а поверхность полки тавра находится заподлицо с наружной образующей поверхностью покрытия. Прочность этой армировки наружного облегчающего покрытия 4 обеспечивается тем, что концы обруча 7 соединены с торцевыми шайбами 5 и 6.

На фиг. 3 показан вариант компоновки замкового соединения двух свинченных бурильных труб с наружным облегчающим покрытием.

Бурильную трубу с наружным облегчающим покрытием монтируют и подготавливают к эксплуатации следующим образом.

На участке футерования и подготовки бурильных труб центральной трубной базы (либо прокатно-ремонтного цеха труб и турбобуров) бурового предприятия (геолого-разведочной экспедиции сверхглубокого бурения) на специальном стенде осуществляется сборка бурильной трубы (см. фиг. 1), причем предварительно на ней размещают и соединяют между собой описанное выше элементы арматуры: металлические шайбы 5 и 6 и тавровый обруч 7, а также наворачивают замковую муфту 2 и замковый ниппель 3. Вслед за этим сборку трубного корпуса 1 с указанными элементами конструкции бурильной трубы помещают в специальную пресс-форму, в которую подается исходный жидкий материал пониженной плотности (например сферопластик), при этом спиральный тавровый обруч 7, соединенный с торцевыми предохранительными шайбами 6 и 6, "вплавляется" в тело покрытия. После отверждения (полимеризации) материала пониженной плотности создается готовая для эксплуатации бурильная труба с наружным облегчающим покрытием (см. фиг. 1).

После монтажа бурильную трубу с наружным облегчающим покрытием подвергают испытанию гидравлическим давлением в соответствии с общепринятой стандартной процедурой.

Бурильный трубы с наружным облегчающим покрытием используются как "одиночки", а также соединяются в свечи, наворот, разворот, спуск, подъем и вращение которых осуществляются также, как и при использовании свеч, собранных из обычных бурильных труб.