установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину

Формула изобретения

Установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину, включающая устройство для опрессовки резьбовых соединений, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого соосно установлен полый цилиндрический элемент, образующий испытательную камеру при установке устройства в зоне резьбового соединения и имеющий в верхней и нижней частях резиновые кольцевые уплотнители, и средства обеспечения герметичности испытательной камеры, систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления в испытательной камере, средство установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб, отличающаяся тем, что в полом цилиндрическом корпусе устройства выполнен продольный сквозной вырез шириной, обеспечивающей прохождение обсадных труб в зоне резьбового соединения, при этом полый цилиндрический элемент выполнен разъемным по вертикальной плоскости в виде двух плашек, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а в верхней и нижней частях он имеет внутренние проточки, в которых размещены резиновые кольцевые уплотнители, при этом средства обеспечения герметичности испытательной камеры включают два гидроцилиндра, диаметрально противоположно установленные в средней части полого цилиндрического корпуса, каждый из которых содержит два гидроприводных крана и поршень со штоком, жестко связанным с плашкой цилиндрического элемента, а средство установки устройства для опрессовки резьбового соединения содержит рельсовый путь, выполненный из двух направляющих, каждая из которых состоит из сдвоенных швеллеров, причем стенка внутреннего швеллера имеет продольную сквозную прорезь, и тележку, выполненную в виде рамы, на поверхности которой установлено устройство для опрессовки резьбового соединения, при этом рама закреплена на ведущем валу и оси, которые установлены поперек продольным сквозным прорезям, а на концах содержат по колесу, каждое из которых расположено в полости сдвоенного швеллера, при этом рама содержит короткозамкнутый электродвигатель переменного тока, снабженный высокочастотным преобразователем числа оборотов, который цепной передачей связан с ведущим валом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газонефтедобывающей промышленности и предназначено для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска.

Анализ уровня техники показал следующее:

известна установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину, включающая устройство для опрессовки резьбовых соединений, систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления, а также средство установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб (см. патент США №4244208 от 23.05.1979 г. по кл. G01M 3/28). Устройство для опрессовки резьбовых соединений содержит полый разъемный корпус. Внутри него установлен полый цилиндрический элемент, образующий испытательную камеру при установке устройства в зоне резьбового соединения. Полый цилиндрический элемент содержит средства обеспечения герметичности испытательной камеры, включающие дугообразные вкладыши, расположенные в верхней и нижней частях цилиндрического элемента, закрепленные винтовым соединением. Полый цилиндрический элемент состоит из резиновых манжет с металлическими вставками. Средство установки устройства выполнено в виде крюка, закрепленного на верхней части полого разъемного корпуса.

Недостатками описанной установки является следующее:

испытательная камера, образованная полым цилиндрическим элементом, выполнена из большого количества конструктивных элементов, поэтому является ненадежной;

сложность образования испытательной камеры, заключающаяся в том, что соединение полого разъемного корпуса осуществляется посредством большого количества соединений, фиксирующих и закрепляющих элементов, что требует значительного количества времени, применения ручного труда и в итоге увеличивает сроки проведения процесса опрессовки (опрессовка - процесс нагнетания под высоким давлением рабочего агента в зону испытания, см стр.486 Н.И.Шацов, В.С.Федоров, С.М.Кулиев. Бурение нефтяных и газовых скважин, М.: Гостоптехиздат, 1961 г.) и, как следствие, может вызвать прихват обсадной колонны в скважине;

установка устройства для опрессовки резьбового соединения посредством крюка требует применения ручного труда и усилия для перемещения, что не безопасно, так как возможен срыв устройства и его падение;

известна установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину, включающая устройство для опрессовки резьбовых соединений, систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления (см. патент РФ №2190081 от 31.01.2000 г по кл. Е21В 33/03, опубл. 27.09.2002 г., ОБ №27). Устройство для опрессовки резьбовых соединений содержит полый разъемный корпус. Внутри корпуса установлен полый цилиндрический элемент, образующий испытательную камеру при установке устройства в зоне резьбового соединения, выполненный из двух резиновых полуманжет, имеющих выступы и пазы, и содержащий средства обеспечения герметичности испытательной камеры в виде металлических перфорированных полуколец.

Недостатками описанной установки является следующее:

полый цилиндрический элемент формируют скреплением двух резиновых полуманжет посредством металлических перфорированных полуколец, при этом созданная испытательная камера может быть негерметичной, что свидетельствует о ненадежности конструкции;

установку полого разъемного корпуса осуществляют посредством болтового соединения его частей в зоне резьбового соединения, что требует применения ручного труда, является ненадежным и увеличивает сроки проведения процесса опрессовки;

доставку устройства для опрессовки в зону резьбового соединения осуществляют с применением ручного труда, что не безопасно.

В качестве прототипа выбрана установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину, включающая устройство для опрессовки резьбовых соединений, содержащее полый цилиндрический корпус, систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления в испытательной камере, средство установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб (см. патент США №4926680 от 09.02.1988 г. по кл. G01M 3/28). Внутри полого цилиндрического корпуса соосно установлен полый цилиндрический элемент, образующий испытательную камеру при установке устройства в зоне резьбового соединения. Полый цилиндрический элемент имеет в верхней и нижней частях резиновые кольцевые уплотнители и средства обеспечения герметичности испытательной камеры. Полый цилиндрический элемент выполнен из трех цилиндрических составляющих. Средством установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб может быть любое подъемное оборудование.

Недостатками описанной установки является следующее:

монтаж полого цилиндрического корпуса и частей полого цилиндрического элемента с резиновыми кольцевыми уплотнителями осуществляют через сочленяемую обсадную трубу длиной 9-10 м, закрепляют резьбовым соединением, что не исключает повреждение резиновых кольцевых уплотнителей, может привести к нарушению герметичности испытательной камеры и характеризует ненадежность конструкции;

установку устройства для опрессовки осуществляют с помощью подъемного оборудования, что требует много времени и увеличивает сроки проведения процесса опрессовки, а также является не безопасным, т.к. подъем осуществляют на большую высоту.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, обеспечивает:

повышение надежности конструкции за счет создания испытательной камеры с высокой степенью герметичности из-за постоянной жесткой связи штока гидроцилиндра с плашками полого цилиндрического элемента;

сокращение сроков проведения процесса опрессовки за счет быстрой установки устройства в зоне резьбового соединения из-за наличия продольного сквозного выреза в полом цилиндрическом корпусе и исключения ручного труда;

безопасность установки за счет исключения ручного труда, проведения работ на небольшой высоте, что достигается применением конструкции средства установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб.

Технический результат достигается с помощью известной установки, включающей устройство для опрессовки резьбовых соединений, содержащее полый цилиндрический корпус, внутри которого соосно установлен полый цилиндрический элемент, образующий испытательную камеру при установке устройства в зоне резьбового соединения и имеющий в верхней и нижней частях резиновые кольцевые уплотнители, и средства обеспечения герметичности испытательной камеры, систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления в испытательной камере, средство установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб.

Согласно изобретению:

в полом цилиндрическом корпусе устройства выполнен продольный сквозной вырез шириной, обеспечивающей прохождение обсадных труб в зоне резьбового соединения;

полый цилиндрический элемент выполнен разъемным по вертикальной плоскости в виде двух плашек, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения;

в верхней и нижней частях цилиндрический элемент имеет внутренние проточки, в которых размещены резиновые кольцевые уплотнители;

средства обеспечения герметичности испытательной камеры включают два гидроцилиндра, диаметрально противоположно установленных в средней части полого цилиндрического корпуса;

каждый из гидроцилиндров содержит два гидроприводных крана и поршень со штоком, жестко связанным с плашкой цилиндрического элемента;

средство установки устройства для опрессовки резьбового соединения содержит рельсовый путь и тележку;

рельсовый путь выполнен из двух направляющих, каждая из которых состоит из сдвоенных швеллеров, причем стенка внутреннего швеллера имеет продольную сквозную прорезь;

тележка выполнена в виде рамы, на поверхности которой установлено устройство для опрессовки резьбового соединения, при этом рама закреплена на ведущем валу и оси, которые установлены поперек продольным сквозным прорезям, а на концах содержат по колесу, каждое из которых расположено в полости сдвоенного швеллера;

рама содержит короткозамкнутый электродвигатель переменного тока, снабженный высокочастотным преобразователем числа оборотов, который цепной передачей связан с ведущим валом.

Нами не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, включающих всю совокупность признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию новизны.

Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие сведения о влиянии каждого из заявленных отличительных признаков установки для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Техническое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует условию "изобретательский уровень".

Конструкция заявляемой установки поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлен продольный разрез устройства для опрессовки резьбового соединения;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, отражающее положение плашек в момент образования испытательной камеры;

на фиг.3 - устройство в момент освобождения плашками обсадной колонны;

на фиг.4 представлен общий вид расположения установки на буровой площадке;

на фиг.5 представлен общий вид расположения установки на буровой площадке, вид сверху;

на фиг.6 представлен вид Б-Б на фиг.4

Установка для определения герметичности резьбового соединения обсадных труб в процессе спуска в скважину состоит из устройства для опрессовки резьбовых соединений, которое содержит полый цилиндрический корпус 1. В полом цилиндрическом корпусе 1 выполнен продольный сквозной вырез 2 (фиг.1). Вырез 2 выполнен шириной, обеспечивающей прохождение обсадных труб в зоне резьбового соединения. В полом цилиндрическом корпусе 1 соосно установлен полый цилиндрический элемент. Он выполнен разъемным по вертикальной плоскости в виде двух плашек 3, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения (фиг.2). Соединенные плашки 3 образуют испытательную камеру 4 при установке устройства в зоне резьбового соединения. В верхней и нижней частях полый цилиндрический элемент имеет внутренние проточки, в которых размещены резиновые кольцевые уплотнители 5. Устройство для опрессовки резьбовых соединений содержит средства обеспечения герметичности испытательной камеры 4. Средства обеспечения герметичности испытательной камеры 4 включают два гидроцилиндра 6, диаметрально противоположно установленных в средней части полого цилиндрического корпуса 1. Каждый из гидроцилиндров 6 содержит два гидроприводных крана 7, 8 и поршень 9 со штоком 10. Шток 10 жестко связан с плашкой 3 цилиндрического элемента.

Установка включает также систему подачи и выброса агента опрессовки с прибором контроля давления в испытательной камере 4, расположенным на пульте бурильщика. Система состоит из канала подачи 11 и канала выброса 12 агента опрессовки. На них расположены гидроуправляемые краны 13, 14. Канал подачи агента опрессовки 11 связан с компрессором. Гидроуправляемые краны 13, 14 связаны с серийной станцией управления противовыбросовым оборудованием.

Установка содержит средство установки устройства в зоне резьбового соединения обсадных труб. Средство установки содержит рельсовый путь и тележку 15 (фиг.4). Рельсовый путь выполнен из двух направляющих, каждая из которых состоит из сдвоенных швеллеров 16 (фиг.6). Стенка внутреннего швеллера 16 имеет продольную сквозную прорезь 17. Тележка 15 выполнена в виде рамы, на поверхности которой установлено устройство для опрессовки резьбового соединения. Рама закреплена на ведущем валу 18 и оси, которые установлены поперек продольным сквозным прорезям 17, а на концах содержат по колесу 19, каждое из которых расположено в полости сдвоенного швеллера 16 (на фиг.6 на виде Б-Б ось не просматривается, в связи с чем не отражена позиция). Рама содержит короткозамкнутый электродвигатель переменного тока 20, снабженный высокочастотным преобразователем числа оборотов, который цепной передачей связан с ведущим валом 18.

Более подробно сущность заявляемого технического решения поясняется следующим примером.

Основные характеристики и габариты:

Масса установки, кг	470
Мощность короткозамкнутого электродвигателя
переменного тока, кВт	3

Тележка:

Длина тележки, мм	1000-1200
Ширина тележки, мм	700
Высота тележки, мм	1700
Длина рельсового пути, мм	4000

На скважине перед подвешиванием колонны обсадных (эксплуатационных) труб на клиньях ротора монтируют две направляющие, укрепляя сдвоенные швеллеры 16, образующие рельсовый путь. Начало рельсового пути фиксируют в углу буровой вышки (т."А", фиг.5), а конец укрепляют у ротора. На швеллерах 16 устанавливают тележку 15 с закрепленным на ней устройством для опрессовки резьбовых соединений.

В качестве агента опрессовки используют азот выхлопных газов дизель-мотора. Канал подачи агента опрессовки 11 соединяют с компрессором типа СД 9/220 Краснодарского компрессорного завода, который оборудован системой очистки и охлаждения выхлопных газов дизель-мотора, разработанной ОАО "СевКавНИПИгаз".

Включают короткозамкнутый электродвигатель переменного тока 19 и тележка 15 с устройством для опрессовки резьбовых соединений перемещается к центру ротора (фиг.4), осуществляя быструю установку устройства в зоне резьбового соединения, в том числе и за счет обеспечения прохождения обсадных труб через продольный сквозной вырез 2 в полом цилиндрическом корпусе 1. Установку устройства осуществляют без применения ручного труда, что характеризует безопасность установки.

Затем одновременно открывают гидроприводные краны 7 диаметрально противоположно установленных гидроцилиндров 6 и подают жидкость под давлением, равным 14 МПа. Под давлением жидкости поршень 9 со штоком 10, жестко связанным с плашкой 3 цилиндрического элемента, перемещается. Этим обеспечивают плотное прилегание плашек 3 к обсадной трубе в зоне резьбового соединения и образование испытательной камеры 4 с высокой степенью герметичности.

Через гидроуправляемый кран 13 по каналу подачи агента опрессовки 11 в испытательную камеру 4 нагнетают азот выхлопных газов дизель-мотора под давлением, равным 22 МПа. Это максимальное давление, которое может обеспечить компрессор типа СД 9/220. Если используют компрессор типа СДА-20/251, максимальное давление нагнетания агента опрессовки может составлять 25,1 МПа. При использовании зарубежного оборудования (см. Composite catalog of oil field equipment and services, Стюарт Стивенсон, стр.5869-5888) максимальное давление нагнетания может составлять 68,0 МПа. Управление гидроуправляемыми кранами 13, 14 осуществляют с помощью серийной станции управления противовыбросовым оборудованием типа ГУП-14 Волгоградского завода буровой техники. Из многолетнего практического опыта считают результаты испытания положительными, а резьбовое соединение герметичным тогда, когда давление в течение трех минут не снижается. По прибору контроля давления в испытательной камере 4 три минуты следят за процессом опрессовки. Затем открывают гидроуправляемый кран 14 и по каналу выброса агента опрессовки 12 осуществляют выброс азота выхлопных газов дизель-мотора в атмосферу.

Открывают гидроприводные краны 8, поршни 9 со штоками 10 возвращаются в исходное положение, за счет чего перемещаются плашки 3 цилиндрического элемента, освобождая обсадную колонну (фиг.3).

Включив короткозамкнутый электродвигатель переменного тока 19, откатывают тележку 15 на полметра от центра ротора.

По прибору контроля давления в испытательной камере 4 было установлено падение давления на 10%, это свидетельствует о негерметичности резьбового соединения. Производят доворот обсадной трубы и повторяют процесс опрессовки. Давление снизилось на 10%, делают вывод о нарушении геометрии обсадной трубы. Заменяют обсадную трубу на новую и процесс опрессовки повторяют. Давление стабильно в течение 3 минут - соединение считают герметичным, обсадные трубы наращивают, спускают и повторяют цикл опрессовки. По окончании спуска всей обсадной колонны тележку 15 отводят в точку "А" и производят демонтаж рельсового пути. Спуск обсадной колонны осуществлен в короткие сроки без применения ручного труда. В процессе опрессовки выявлено негерметичное резьбовое соединение, что свидетельствует о надежности конструкции. Установка, воплощающая заявленное изобретение, способна обеспечить достижение указанного выше технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, а именно условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.