Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны



Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны
Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны
Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны
Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны

 


Владельцы патента RU 2548257:

Ковалёв Вячеслав Данилович (RU)
Копылов Геннадий Алексеевич (RU)
Ковалёв Владимир Данилович (RU)

Изобретение относится к способам герметизации обсадных колонн в нефтяной и газовой промышленности. Техническим результатом является сохранение герметичности обсадных колонн в течение всего срока службы. Сущность изобретения заключается в том, что по свинченному резьбовому соединению муфты (2) и обсадной трубы (1) пропускается импульсный электрический ток (6) такой силы и продолжительности, как при точечной сварке, при которых в местах касания по выступам шероховатых поверхностей муфты (8) и трубы (7) образуются сварочные соединительные точки (9), обеспечивающие неподвижность элементов соединения в течение всего срока эксплуатации. 4 ил.

 

Изобретение относится к способам герметизации обсадных колонн в нефтяной и газовой промышленности.

В настоящее время герметичность в резьбовых соединениях обсадных колонн обеспечивается двумя способами [1]: герметизацией резьб путем применения различных герметизирующих материалов; создание резьбовых соединений «Премиум», которые имеют узлы герметичности.

Известен способ герметизации конических резьбовых соединений труб с резьбами треугольного профиля [2], заключающийся в нанесении перед свинчиванием труб во впадины резьбы соединяемых элементов уплотнительного покрытия из мягкого металла в виде отдельных равномерно распределенных локальных образований.

Недостатком этого способа герметизации является постепенная разгерметизация резьбового соединения в процессе его эксплуатации. Известно [3], что при эксплуатации скважины обсадные колонны подвергаются механическим, термическим и физико-химическим воздействиям. В результате этих воздействий происходит микродвижение обсадных колонн как по длине, так и в диаметре, а при постоянном вибрационном поле, возникающем при движении газожидкостного потока к устью, происходит микрострагивание поверхностей присоединительных резьб. Эти факторы, усиленные физико-химическим воздействием среды, способствуют частичной разгерметизации резьбовых соединений обсадных колонн. В 1970-х годах в СССР были проведены исследования и испытания образцов различных типов разъемных соединений в целях предотвращения утечек в топливной системе ракет с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) шахтного исполнения. Проблема стояла очень остро и грозила потерей оперативной боеспособности ракетных войск, так как неизбежно появлялись утечки топлива в ракетах с ЖРД в стартовом состоянии. Массированные научные исследования и испытания показали, что длительная герметичность таких соединений не может быть обеспечена в принципе в силу возникновения ослабления напряжений в уплотнениях и стяжных элементах любых разъемных соединений, и из таких соединений появляются течи продуктов. Кардинальным решением проблемы в ракетостроении был предельный отказ от разъемных соединений, при монтаже двигателя и его топливной системы были использованы только неразъемные соединения - сварка и пайка. Вывод этих исследований можно отнести и к резьбовым соединениям обсадных колонн - пропуски по резьбовым соединениям колонн неизбежны и возникают по причине закономерного ослабления напряжения в резьбах, созданного приложением силы к резьбе - моментом свинчивания, и это ослабление ускоряется микроподвижками поверхностей резьбы (микрострагиваниями), возникающими из-за термобарического и вибрационного воздействия на обсадную колонну при ее эксплуатации.

Известно резьбовое соединение для обсадных труб [4], заключающееся в том, что торцовые сопрягающиеся поверхности элемента с наружной резьбой и элемента с внутренней резьбой выполнены сферической формы, причем радиус сферической поверхности элемента с внутренней резьбой равен или больше радиуса сферической поверхности элемента с наружной резьбой.

Недостатком такого соединения является его постепенная разгерметизация в процессе эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением является способ дополнительной герметизации муфтовых и конических трубных резьбовых соединений пайкой [5], заключающийся в дополнительном пропаивании торцов муфт в месте их касания труб и торцов соединяемых труб.

Недостатком этого способа дополнительной герметизации является также постепенная (более постепенная) разгерметизация резьбового соединения в процессе эксплуатации. Так как при действии вибрационных и иных нагрузок при эксплуатации происходят микрострагивания, т.е. развиваются большие усилия, осуществляющие эти микрострагивания, а припой имеет низкие прочностные свойства, то паяные швы при микрострагиваниях будут разрушаться, что обеспечит возможность постепенного раскручивания соединения и потерю им герметичности.

Технической задачей изобретения является разработка способа сохранения герметичности резьбовых соединений обсадных колонн на весь период их эксплуатации.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе сохранения герметичности резьбовых соединений обсадных колонн по свинченному резьбовому соединению муфты и обсадной трубы пропускается импульсный электрический ток такой силы и продолжительности, как при точечной сварке, при которых в местах касания по выступам шероховатых поверхностей муфты и трубы образуются сварочные соединительные точки.

Анализ отобранных известных технических решений, обнаруженных в ходе патентных исследований, показал, что на дату подачи заявки объекты, охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков и которые, при их использовании, приводили бы к достижению более высокого технического результата, как у предложенного, не обнаружены, что позволяет сделать заключение о соответствии заявленного объекта критериям «Новизна» и «Изобретательский уровень». А его промышленная применимость подтверждается полным описанием его осуществления.

Представленные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображено муфтовое резьбовое соединение с источником электрического тока и направлением протекания этого тока при работе. На фиг.2 представлен узел уплотнения «металл-металл» в резьбовых соединениях посредством конуса и сферы и конуса-конуса. На фиг.3 изображена шероховатость сопрягаемых поверхностей резьбы и уплотнения. На фиг.4 схематично изображен технологический процесс предлагаемого способа.

Резьбовое соединение труб в обсадной колонне состоит из соединяемых труб 1 и муфты 2. Кроме резьбы 3 соединение в современных обсадных колоннах имеет еще узел уплотнения 5 «металл-металл», показанный на фиг.2 «а» и «б». Поверхности сопрягаемых элементов, будь то в резьбе или в узле уплотнения, имеют шероховатость в виде выступов и впадин на трубе 7 и на муфте 8, фиг.3. Образующиеся сварочные точки 9 соединения обеспечивают его неразъемность. Источник электрического тока 4 обеспечивает протекание мощного импульса тока 6.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сохранения герметичности резьбового соединения обсадной колонны при их свинчивании перед спуском в скважину на дневной поверхности осуществляется точечная сварка по выступам шероховатых сопрягаемых поверхностей. На фиг.4 показан технологический процесс реализации предлагаемого способа точечной сваркой. Когда очередная обсадная труба 1 своей муфтой 2 находится над столом ротора на элеваторе, то далее в эту муфту вворачивается следующая обсадная труба 1 с определенным значением момента свинчивания. По окончании свинчивания обеспечивается герметичность резьбового соединения, будь то уплотнительное покрытие, смазка или уплотнение «металл-металл». Для обеспечения герметичности соединения обязателен нормированный момент свинчивания и ни в коем случае он не может быть меньше. Однако такое соединение является разъемным, т.е. при действии эксплуатационных факторов напряжения в соединении, вызванные затяжкой при свинчивании, ослабевают, соединение раскручивается постепенно, и герметичность нарушается. Чтобы этого не произошло, необходимо зафиксировать взаимное положение сопрягаемых элементов (труба-муфта), и чтобы это положение не менялось в процессе эксплуатации соединения. Это обеспечивается тем, что через образованное при свинчивании соединение «труба-муфта» пропускается мощный импульс электрического тока, при котором происходит оплавление выступов на сопрягаемых поверхностях и образование в этих местах сварочных точек соединения, фиг.3. Это будет уже неразъемное прочное сварочное соединение, разрушить которое эксплуатационными нагрузками не получится, т.е. такое положение сопрягаемых элементов относительно друг друга будет сохраняться в течение всего срока эксплуатации.

В конце свинчивания пары «труба-муфта» источник тока 4 соединяется одной клеммой, например минусовой, к нижней трубе, фиг.4, а другой клеммой, плюсовой, к муфте. После этого включается в работу источник тока и по цепи, фиг.1, указано стрелками, потечет импульс тока, который образует сварочные точки. Величину тока необходимо определить предварительно. После этого источник тока отсоединяется от нижней трубы, а подсоединяется этой клеммой к верхней трубе. И снова включается источник тока. Получается, что муфта 2 соединилась точечной сваркой неподвижно с верхней и нижней трубами обсадной колонны. Сварочный ток нужно подбирать таким, чтобы образовалось небольшое количество сварочных точек, что будет достаточно для фиксации соединения «труба-муфта», но разупрочнения материала (стали) элементов соединения от большого по величине электрического тока не произошло. После этого источник тока отсоединяется от трубы и муфты. Колонна труб опускается в скважину до положения, когда муфта верхней трубы окажется над столом ротора, и операция сварки повторится. И так до полного формирования и опускания всей обсадной колонны.

Так как развинчивание обсадных колонн на практике в течение всего срока эксплуатации скважины не предусматривается, то предлагаемый способ обеспечит сохранение герметичности колонны на время этого срока.

Использование заявляемого изобретения позволяет сохранять герметичность обсадных колонн в газовых скважинах в течение всего срока их эксплуатации, что значительно уменьшит расходы на ликвидацию негерметичности этих колонн, появлению межколонных давлений и потери газа, укреплению безопасности эксплуатации газовых скважин.

Источники информации

1. А. Емельянов, А. Токарев. Новое решение проблемы герметичности резьбовых соединений обсадных колонн с использованием «Технологии чистого свинчивания». Ж.: Бурение и нефть, февраль 2012.

2. Патент РФ №2163654 «Способ герметизации конических резьбовых соединений труб». Опубликовано 27.02.2001, бюл. №6.

3. Ряховский А.В. Мониторинг скважины. Технология предупреждения межколонных давлений в скважинах. Контроль герметичности устьевых уплотнителей обсадных колонн. - Ж.: Бурение и нефть, 2013. - №11.

4. Патент СССР №568380 «Резьбовое соединение для обсадных труб». Опубликовано 05.08.1977, бюл. №29.

5. Патент РФ №2499876 «Устройство для дополнительной герметизации муфтовых и конических трубных резьбовых соединений». Опубликован 27.11.2013.

Способ сохранения герметичности резьбового соединения обсадных труб, использующий дополнительное соединение, отличающийся тем, что по свинченному резьбовому соединению муфты и обсадной трубы пропускается импульсный электрический ток такой силы и продолжительности, как при точечной сварке, при которых в местах касания по выступам шероховатых поверхностей муфты и трубы образуются сварочные соединительные точки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к резьбовым соединениям обсадных труб. Техническим результатом является газогерметичность соединения при действии разнонаправленных нагрузок, улучшение характеристик свинчиваемости соединения и увеличении его износостойкости.

Изобретение относится к способам герметизации резьбовых соединений обсадных труб, применяемых в нефтяной и газовой промышленности. Способ герметизации обсадных труб с прокладкой с памятью включает использование упругих и упругопластических деформаций элементов резьбовых соединений.

Группа изобретений относится к резьбовым соединениям труб. Соединение содержит охватываемый и охватывающий элементы, на концах которых на наружной и внутренней поверхностях, соответственно, выполнены упорные трапецеидальные резьбы с конусностью 1:16, углом наклона опорной грани профиля витка 2-4° к нормали осевой линии резьбы и углом наклона закладной грани профиля витка 9-11° к нормали осевой линии резьбы.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области буровой техники, и может быть использовано для соединения труб. .

Изобретение относится к области горного дела, а именно к колоннам обсадных труб, используемым при ударно-забивном бурении скважин на акваториях. .

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для разъединения резьбовых соединений бурильных, обсадных и других труб при креплении скважин секциями обсадных колонн.

Изобретение относится к резьбовым соединениям труб. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в бурении скважин для расширения колонны труб, например обсадных. .

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для соединения обсадных колонн или насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах.

Группа изобретений относится к скважинным системам для выполнения окна в обсадной колонне, установленной в стволе скважины, и к указанной обсадной колонне. Технический результат заключается в увеличении срока службы обсадной колонны. Скважинная система для выполнения окна в обсадной колонне, установленной в стволе скважины, содержит первое и второе стальные звенья обсадной колонны; алюминиевое выходное звено, установленное между первым и вторым стальными звеньями обсадной колонны. Алюминиевое выходное звено имеет первое соединение компонентов с первым стальным звеном обсадной колонны и второе соединение компонентов со вторым стальным звеном обсадной колонны, причем алюминиевое выходное звено функционально выполнено с возможностью выполнения окна в нем. Скважинная система дополнительно содержит первую втулку, установленную в первом соединении компонентов, образующую гальваническую изоляцию между алюминиевым выходным звеном и первым стальным звеном обсадной колонны, и вторую втулку, установленную во втором соединении компонентов, образующую гальваническую изоляцию между алюминиевым выходным звеном и вторым стальным звеном обсадной колонны. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх