Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна

Изобретение относится к области эксплуатации газонефтяных скважин, а именно к гибким трубам нефтяного сортамента (колтюбингу). Технический результат – составление многоканальной длинномерной гибкой колонны с необходимым набором сервисных каналов в соответствии с применяемой скважинной технологией или способом механизированной добычи. Многоканальная длинномерная гибкая колонна состоит из по меньшей мере двух гибких длинномерных сервисных каналов, выбранных из группы: гидравлические линии, силовые электрические кабели, оптоволоконные и электропроводные информационные магистрали, и сплавленных вместе эластичной оболочкой в длинномерную секцию. Колонна состоит из по меньшей мере двух длинномерных секций в эластичных оболочках с выбранным набором сервисных каналов. На эластичной оболочке каждой длинномерной секции выполнена по меньшей мере одна сопрягаемая поверхность, параллельная оси колонны, для соединения секций между собой. При этом одна из сопрягаемых поверхностей имеет длинномерные замковые пазы, а другая - ответные сопрягаемые длинномерные замковые выступы, обеспечивающие соединения длинномерной секции в колонну при спуске в скважину и разъединения при подъеме из скважины многоканальной длинномерной гибкой колонны. 4 з.п. ф-лы, 29 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации газонефтяных скважин, а именно к гибким трубам нефтяного сортамента, в частности к длинномерным гибким трубам, выполненным с возможностью наматывания на барабан для работы в глубоких скважинах.

Практика использования длинномерных гибких труб в скважине показывает, что для проведения многих технологических операций в скважине, а также для лифта пластовой жидкости различными способами механизированной добычи целесообразно иметь многоканальные длинномерные гибкие трубные системы, причем различных конфигураций и с различными дополнительными каналами.

Известна многоканальная длинномерная гибкая колонна (патент США 8459965 от 11.06.2013 г.), состоящая из нескольких гидравлических и электрических каналов, которые находятся в единой сплавленной оболочке из экструдированного материала с двумя параллельными плоскостями для удобства намотки на барабан. Экструдированный материал, наплавленный и обволакивающий гидравлические и электрические каналы, составляют вместе единый многоканальный элемент в виде длинномерной гибкой трубы, который служит для гидравлических и электрических каналов хорошей защитой. Соотношение количества электрических и гидравлических каналов и их диаметров зависит от типа применяемого погружного насоса: электроцентробежного или гидроприводного или вида технологической операции. В качестве гидравлических каналов могут применяться стандартные металлические или пластиковые длинномерные гибкие трубы, капиллярные трубки, в качестве электрических и информационных каналов могут применяться электрические провода или кабели, оптоволоконные линии.

Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой трубы является то, что все гидравлические каналы жестко собраны на заводе в единый многоканальный длинномер из стандартных гибких насосно-компрессорных труб (колтюбинга) круглого сечения с заданной конфигурацией, которую уже нельзя изменить без полного заводского разделения всех каналов и создания нового многоканального длинномера. Любые гибкие насосно-компрессорные трубы, будучи намотанными на барабан, накапливают внутренние напряжения, которые сохраняются при производстве многоканальной длинномерной гибкой трубы и при определенных условиях начинают ее скручивать и/или изгибать. Кроме того, многоканальная длинномерная гибкая труба на скважину поступает уже намотанной на барабан, что уменьшает глубину спуска многоканальной длинномерной гибкой трубы в разы по сравнению с одноканальной длинномерной гибкой трубой, намотанной на том же барабане.

Известна многоканальная длинномерная гибкая труба и способ ее изготовления (патент США 8925627 от 06.01.2015 г.), включающая использование длинномерной металлической гибкой секции и одного или нескольких длинномерных сервисных каналов, которые заключаются в металлическую длинномерную трубу, получаемую свариванием боковых кромок длинномерного штрипса, сворачиваемого в длинномерную трубу с учетом допустимого напряжения и температуры. Полученная многоканальная длинномерная гибкая труба с одним или несколькими длинномерными сервисными каналами внутри наматывается на барабан. Внутренние сервисные каналы многоканальной длинномерной гибкой трубы могут использоваться для транспортировки жидкостей, энергии и информации в или из скважины.

Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой трубы является то, что все гидравлические каналы жестко собраны на заводе в единый длинномер заданной конфигурации и сечения. Для того чтобы добавить дополнительные сервисные гидроканалы и/или электрические провода, заменить или убрать имеющиеся, необходимо провести сложные, трудоемкие и дорогие технологические операции.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание надежной связки двух и более длинномерных гибких трубных каналов и электрических проводников, а также волоконно-оптических каналов в виде единого сборно-разборного многоканального гибкого длинномера.

Технический результат - сбор (составление) многоканальной длинномерной гибкой колонны с необходимым набором сервисных каналов в соответствии с применяемой скважинной технологией или способом механизированной добычи.

Указанный технический результат достигается за счет того, что сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна состоит из по меньшей мере двух гибких длинномерных сервисных каналов, выбранных из группы: гидравлические линии, силовые электрические кабели, оптоволоконные и электропроводные информационные магистрали, и сплавленных вместе эластичной оболочкой в длинномерную секцию, согласно изобретению колонна состоит из по меньшей мере двух длинномерных секций в эластичных оболочках с выбранным набором сервисных каналов, при этом на эластичной оболочке каждой длинномерной секции выполнена по меньшей мере одна сопрягаемая поверхность, параллельная оси колонны, для соединения секций между собой, при этом одна из сопрягаемых поверхностей имеет длинномерные замковые пазы, а другая - ответные сопрягаемые длинномерные замковые выступы, обеспечивающие соединение длинномерных секций в колонну при спуске в скважину и разъединение колонны при подъеме из скважины многоканальной длинномерной гибкой колонны.

Как вариант, одна из сопрягаемых поверхностей имеет одновременно и длинномерные замковые пазы и длинномерные замковые выступы, а другая, соответственно, сопрягаемые ответные длинномерные замковые выступы и длинномерные замковые пазы.

Наружная линия поперечного сечения выполнена, например, в виде легко уплотняемых круга, эллипса, двух полукругов.

Длинномерные секции в полимерных оболочках выполнены с возможностью соединения друг с другом в единую гибкую длинномерную многоканальную колонну непосредственно на устье при спуске в скважину или разъединяются друг от друга на длинномерные секции непосредственно на устье при подъеме из скважины и наматывания на разные барабаны.

Длинномерные секции выполнены с возможностью соединения друг с другом в многоканальную длинномерную гибкую колонну и разъединения друг от друга на отдельные единые длинномерные секции непосредственно в цехе.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где изображено: фиг. 1 - поперечное сечение длинномерной секции с замковыми пазами на сопрягаемой поверхности, фиг. 2 - поперечное сечение длинномерной секции с замковыми пазами и с замковыми выступами на сопрягаемой поверхности, фиг. 3 - поперечное сечение длинномерной секции с замковыми выступами на сопрягаемой поверхности, фиг. 4 - поперечное сечение длинномерной секции с греющим кабелем для гидравлического канала, фиг. 5 - поперечное сечение длинномерной секции с различным набором сервисных каналов с круглыми сечениями электроканалов, их взаимным расположением и двумя сопрягаемыми поверхностями, на каждой из которых имеются замковые пазы и замковые выступы, фиг. 6 - поперечное сечение длинномерной секции-протектора замковых пазов и замковых выступов, фиг. 7 - поперечное сечение утонченного варианта длинномерной секции с различным набором сервисных каналов с прямоугольными сечениями электроканалов, их расположением, и двумя сопрягаемыми поверхностями с замковыми выступами на каждой поверхности, фиг. 8 - поперечное сечение длинномерной секции-соединителя без сервисных каналов и двумя сопрягаемыми поверхностями и двумя замковыми выступами на каждой поверхности, фиг. 9 - поперечное сечение длинномерной секции с двумя гидравлическими каналами и двумя сопрягаемыми поверхностями и двумя замковыми выступами на каждой поверхности, фиг. 10 - поперечное сечение длинномерной секции-заглушки без сервисных каналов и двумя замковыми пазами, фиг. 11 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружным гидроприводным насосом, фиг. 12 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными гидроприводными насосами для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, фиг. 13 - поперечное сечение многоканальной колонны для скважино-операции по удалению жидкости и песка из скважины, фиг. 14 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными винтовыми или плунжерными насосами с маслонаполнением штангового канала, фиг. 15 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружным электроцентробежным насосом или винтовым насосом с погружным электроприводом, фиг. 16 поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными электроцентробежными насосами и/или винтовым насосом с погружным электроприводом для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, фиг. 17 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи на газлифте или струйным насосом, фиг. 18 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи погружным гидрозатворным насосом или струйным насосом, фиг. 19 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными электроцентробежными насосами и/или погружными винтовыми насосами и кабельной секцией для одновременно-раздельной эксплуатации трех пластов, фиг. 20 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными винтовыми и/или плунжерными насосами с маслонаполнением затрубного пространства для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, фиг. 21 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружным винтовым или плунжерным насосом с маслонаполнением затрубного пространства и с погружным электроцентробежным насосом и/или винтовым насосом с погружным электроприводом для одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов, фиг. 22 - поперечное сечение многоканальной колонны для бурения с промывочным каналом, двумя силовыми гидроприводными каналами и трехжильной силовой кабельной секцией, фиг. 23 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружным электроцентробежным насосом или винтовым насосом с погружным электроприводом и кабельной секцией и греющим кабелем на лифтовом гидроканале, фиг. 24 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи на газлифте или струйным насосом и греющим кабелем на лифтовом гидроканале, фиг. 25 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи с погружными электроцентробежными насосами и/или винтовыми насосами с погружным электроприводом и кабельной секцией для одновременно-раздельной эксплуатации высокодебитных двух пластов, фиг. 26 - поперечное сечение многоканальной колонны для добычи струйным или гидрозатворным насосом, фиг. 27 и фиг. 28 - поперечное сечение длинномерной секции для сильно искривленных скважин с различными вариантами дополнительных длинномерных замковых выступов на сопрягаемой поверхности 3, фиг. 29 - поперечное сечение длинномерной секции для сильно искривленных скважин с дополнительными длинномерными замковыми пазами на сопрягаемой поверхности 3.

Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна 1 состоит из длинномерных секций 2. Каждая из секций 2 имеет поверхность 3, параллельную оси многоканальной колонны 1, на которой находятся замковые элементы в виде длинномерных пазов 4 или в виде ответных длинномерных выступов 5, сопрягаемые между собой. При наличии на секции 2 двух отдельных параллельных поверхностей 3 на обеих поверхностях 3 имеются замковые длинномерные выступы 5 (фиг. 1). Как другой вариант, на одной сопрягаемой поверхности 3 могут находиться и длинномерные пазы 4 и длинномерные выступы 5 (фиг. 2). В предлагаемом изобретении, как пример, в качестве сервисных гидроканалов применены стандартные (стандарт API-5ST) металлические колтюбинги 6, но могут применяться армированные стальной оплеткой резиновые или полимерные длинномерные трубы соответствующих диаметров (например, сталеполимерные грузонесущие трубы высокого давления и т.д.). Как пример, в качестве сервисных токопроводяших жил 7 силового электрического кабеля применены медные провода (фиг. 3), но могут применяться и другие металлы или токопроводящие жидкости, или само тело колтюбинга 6. Кроме того, дополнительно в секциях могут быть размещены информационные электрические провода 8 и оптоволоконные каналы (не показано) или капиллярные трубки 9 для доставки химреагентов в скважину (фиг. 5 и 7). В скважинах, осложненных наличием асфальто-смолисто-парафиновых отложениях (АСПО), можно установить внешний греющий кабель 10 (фиг. 4). Для защиты длинномерных пазов 4 и длинномерных выступов 5 от их сминания, попадания на них грязи и льда, предотвращения зацепа витков секций замковыми элементами между собой на барабане и т.д., а также для удобства при намотке-размотке секции на или с барабана может применяться нерабочая защитная секция-протектор 11 (фиг. 6), устанавливаемая на рабочую секцию 2 на заводе-изготовителе или в цехе перед намоткой на барабан, которая снимается с рабочей секции 2 перед спуском в скважину и устанавливается на нее снова при подъеме из скважины. Для соединения между собой секций 2 с одинаковыми сопрягаемыми плоскостями 3 может применяться секция-соединитель 12 (фиг. 8) без сервисных каналов и двумя сопрягаемыми поверхностями 3 и ответными замковыми выступами и/или замковыми пазами на них. Для расположения максимального количества сервисных гидроканалов в многоканальной длинномерной гибкой колонне 1 в одной длинномерной секции 2 могут быть размещены два гидроканала одновременно (фиг. 9). Для придания поперечному сечению длинномерной секции легко уплотняемых геометрических фигур, например в виде круга, эллипса, двух полукругов и двух плоскостей и т.д., может применяться секция-заглушка 13 (фиг. 10) без сервисных каналов с двумя сопрягаемыми поверхностями и ответными замковыми выступами и/или замковыми пазами на них. Кроме вышеперечисленных десяти вариантов могут применяться и другие конфигурации сервисных секций 2 в соответствии с технологическими и добычными требованиями, но с соблюдениями принципа наличия сопрягаемой плоскости 3, соединения замковый паз-выступ и легкоуплотняемости многоканальной длинномерной гибкой колонны 1. В различных вариантах составления многоканальной длинномерной гибкой колонны 1 (фиг. 11-26) для различных технологических операций и добычных компановках в случае применения штангового привода для возвратно-поступательных плунжерных погружных насосов и для вращаемых винтовых погружных насосов в качестве штангового привода применена длинномерная гибкая наматываемая штанга 14 (фиг. 14, 20 и 21), выпускаемая американской фирмой Weatherford под маркой COROD (www.weatherford.com/corod) или канадской фирмой PRO-ROD (www.prorod.com). представляющая из себя единую длинномерную гибкую штангу, которая полностью заменяет колонну составных штанг и имеет длину, равную глубине спуска погружного объемного насоса. Для сильно искривленных скважин на сопрягаемой поверхности 3 могут быть размещены дополнительные длинномерные замковые выступы 15 (фиг. 27 и 28) и ответные им дополнительные замковые пазы 16 (фиг. 29). Размеры дополнительных выступов и дополнительных пазов на одной сопрягаемой поверхности 3 могут быть разными, но ответными друг другу.

Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна 1 составляется и используется следующим образом.

Вариант 1. Для глубоких скважин. Секции 2 с расчетными длинами привозятся на скважину на отдельных барабанах. Одна из секций 2 привозится намотанной на штатный барабан колтюбинговой установки, а другие устанавливаются на наматывающе-сматывающие устройства (аналогичные, например, по принципу действия с автонамоткой бронированного электрического кабеля при спуске-подъеме погружных ЭЦН). Собирается необходимая нижняя часть скважинной компановки для проведения технологических работ в скважине или компановки для осуществления лифта пластовой жидкости одним из способов механизированной добычи на поверхность. Секции с барабанов сматываются и заходят в соединительно-разъединительный узел (не показан), работающий как замок на «молнии», который составляет из них многоканальную длинномерную гибкую колонну 1 и подает ее уже как единое целое на эжектор (не показан), после которого концы сборно-разборной многоканальной длинномерной гибкой колонны соединяются с компановкой и начинается подача многоканальной колонны 1 в скважину. После соединения секций 2 в многоканальную колонну 1 и ее полного спуска в скважину на заданную глубину многоканальная колонна, при необходимости, герметизируется на устье, верхние концы секций 2 соединяются со своими устройствами (силовые кабели - к источнику электроэнергии, гидроканалы - к силовым насосам, электрические провода и оптоволоконные каналы - к регистрирующим устройствам и т.д), и производится запланированная технологическая операция в скважине (промывка забоя, закачка реагентов, бурение, каротаж и т.д.). После проведения технологической операции производится подъем эжектором многоканальной колонны 1 из скважины с одновременным ее разъединением соединительно-разъединительным узлом на секции 2 и с их последующей намоткой на свои барабаны. После полного подъема многоканальной колонны 1 из скважины технологическая компановка разъединяется, устье скважины закрывается, вся техника на поверхности приводится в транспортное положение и покидает устьевую площадку.

Вариант 2. Для неглубоких скважин. Если глубина скважины позволяет намотать на штатный барабан колтюбинговой установки всю расчетную длину многоканальной колонны 1 в собранном виде полностью, то в этом случае многоканальную колонну 1 составляют в цехе и привозят на скважину в готовом виде на штатном барабане колтюбинговой установки. В этом случае многоканальная колонна 1 спускается в скважину и извлекается из нее как обычный одинарный колтюбинг, но с установкой траков гусеницы эжектора расчетной геометрии под сечение многоканальной колонны 1.

В случае с добычной компановкой многоканальную колонну 1 спускают в скважину по одному из вышеперечисленных вариантов, закрепляют и герметизируют на устье скважины и соединяют верхние концы секций 2 со своими устройствами (силовые кабели к источнику электроэнергии, гидроканалы к силовым насосам, электрические провода и оптоволоконные каналы к регистрирующим устройствам и т.д) и затем демонтируют соединительно-разъединительный узел и эжектор и вся техника на поверхности приводится в транспортное положение и покидает устьевую площадку. Секции могут быть одинаковой расчетной длины с дальнейшей транспортировкой пустых барабанов в цех или, в случае, если на барабане осталось намотанной часть секции, то этот барабан оставляется на устье скважины.

В качестве покрывного и соединяющего материала могут использоваться различные виды полимеров, пластиков и эластических материалов, обладающие необходимыми способностями к изгибу, сжатию, растягиванию, механическому износу и т.д, а также обладающие низкой теплопроводностью, высокой теплостойкостью, устойчивостью к агрессивным средам и не причиняющие вред окружающей среде.

Предлагаемое изобретение позволяет существенно увеличить возможности колтюбинговых установок при их применении как для технологических операций в скважинах, так и для добычных вариантов.

1. Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна, состоящая из по меньшей мере двух гибких длинномерных сервисных каналов, выбранных из группы: гидравлические линии, силовые электрические кабели, оптоволоконные и электропроводные информационные магистрали, и сплавленных вместе эластичной оболочкой в длинномерную секцию, отличающаяся тем, что колонна состоит из по меньшей мере двух длинномерных секций в эластичных оболочках с выбранным набором сервисных каналов, при этом на эластичной оболочке каждой длинномерной секции выполнена по меньшей мере одна сопрягаемая поверхность, параллельная оси колонны, для соединения секций между собой, при этом одна из сопрягаемых поверхностей имеет длинномерные замковые пазы, а другая - ответные сопрягаемые длинномерные замковые выступы, обеспечивающие соединения длинномерной секции в колонну при спуске в скважину и разъединения при подъеме из скважины многоканальной длинномерной гибкой колонны.

2. Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна по п. 1, отличающаяся тем, что одна из сопрягаемых поверхностей имеет одновременно и длинномерные замковые пазы и длинномерные замковые выступы, а другая, соответственно, сопрягаемые ответные длинномерные замковые выступы и длинномерные замковые пазы.

3. Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна по п. 1, отличающаяся тем, что в собранном виде ее наружная линия поперечного сечения выполнена в виде легкоуплотняемых геометрических фигур, например круга, эллипса, двух полукругов.

4. Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна по п. 1, отличающаяся тем, что длинномерные секции в полимерных оболочках выполнены с возможностью соединения друг с другом в единую гибкую длинномерную многоканальную колонну непосредственно на устье при спуске в скважину или разъединения друг от друга на длинномерные секции непосредственно на устье при подъеме из скважины и наматывании на разные барабаны.

5. Сборно-разборная многоканальная длинномерная гибкая колонна по п. 1, отличающаяся тем, что длинномерные секции выполнены с возможностью соединения друг с другом в многоканальную длинномерную гибкую колонну и разъединения друг от друга на отдельные единые длинномерные секции непосредственно в цехе.