EA001685B1 - Способ и устройство для работы с гибкими трубами - Google Patents

Abstract

Способ работы с гибкими трубами предназначен для выполнения операций, например, в процессе наземного или морского бурения для добычи нефти и газа. Гибкая труба (34) наматывается на барабан (36) и разматывается с него с помощью механизма (32) подачи, при этом барабан (36) вращается вокруг своей оси. Для того, чтобы обеспечить вращение гибкой трубы (34) в скважине таким образом, чтобы несущий буровую головку уголковый переходной компонент мог поворачиваться и ориентироваться в заданном направлении для бурения по заданной траектории, гибкую трубу приводят во вращение в процессе ее подачи в скважину. Для решения этой задачи барабан (36) и механизм (32) подачи могут быть установлены на вращающемся столе (30) с вертикальной осью (А-А) вращения, которую совмещают с вертикальной осью расположенного внизу предохранителя (28) выброса. Барабан (36) для гибкой трубы предпочтительно расположен на вращающемся столе (30) в эксцентричном положении. Вращение гибкой трубы (34) в процессе ее подачи в скважину обеспечивает значительное снижение трения при ее движении в скважине, что дает возможность увеличить весовую нагрузку на буровой головке и за счет этого повысить скорость вращения и длину при бурении горизонтальной скважины.

Description

Изобретение относится к способу работы с гибкими трубами, например, в процессе выполнения операций наземного или морского бурения для добычи нефти и газа с использованием гибкой трубы, которая наматывается на вращающийся барабан и разматывается с него с помощью механизма подачи. При этом барабан для гибкой трубы расположен в определенном положении оптимальной ориентации по отношению к механизму подачи, который при буровых операциях на суше располагается на одной вертикали с предохранителем выброса (нефти или газа) на верхнем конце скважины.

Изобретение относится также к устройству для осуществления указанного способа, которое содержит намотанную на вращающийся барабан гибкую трубу и, предпочтительно, оснащено одним или несколькими отдельными барабанами, на которые намотана дополнительная гибкая труба, причем внешние концы гибких труб на двух барабанах могут быть соединены друг с другом с помощью резьбы. Устройство содержит также механизм подачи, который при работе устройства устанавливается в такое положение, что его ось совпадает с осью предохранителя выброса, и при этом механизм подачи устанавливается и ориентируется оптимальным образом относительно барабана для гибкой трубы.

Уровень техники

Применительно к различным операциям с гибкими трубами, например к буровым операциям, известен прием установки и ориентирования гибкой трубы, намотанной на барабан, относительно сквозного канала или оси механизма подачи таким образом, что воображаемое продолжение этого канала или оси проходит по существу по касательной к внешней окружности витков намотанной на барабан трубы. За счет этого обеспечивается снижение действующих на трубу напряжений при ее изгибе и выпрямлении, вызывающих упругую деформацию трубы.

Известны способ и устройство для работы с гибкими трубами по патентной заявке Норвегии № 953587. В соответствии с данной заявкой, в дополнение к возможности вращения барабана для гибкой трубы вокруг его оси, обеспечивается его постепенный наклон с поворотом вокруг горизонтальной оси в процессе наматывания и разматывания гибкой трубы в направлении к механизму подачи при разматывании и в противоположном направлении при наматывании. За счет этого обеспечивается постоянное выдерживание направления воображаемого продолжения сквозного канала механизма подачи по касательной к внешней окружности витков гибкой трубы на барабане независимо от текущего диаметра намотки гибкой трубы на барабане.

Отмеченные особенности дают техническое преимущество при работе и гибкими тру бами, однако они не оказывают существенного влияния на процесс движения гибкой трубы внутри скважины ниже уровня предохранителя выброса.

В процессе буровых работ гибкая труба следует не по прямолинейной линии, а скорее по удлиненной по существу винтовой траектории внутри скважины, создавая множество точек или участков контакта, причем трение между гибкой трубой и стенкой скважины в этих точках может быть значительным. На удаленной части гибкой трубы находится буровая головка, расположенная на конце углового переходного компонента (так называемая угловая передача). Приводной двигатель и устройство ориентирования трубы расположены непосредственно над переходным компонентом. Винтовая траектория движения гибкой трубы внутри скважины и превалирующие фрикционные условия создают сопротивление подаче гибкой трубы в направлении бурения и, в отдельных случаях, препятствуют дальнейшей подаче гибкой трубы в направлении бурения.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение сопротивления между гибкой трубой и слоями земной коры (формациями) с тем, чтобы создать более благоприятные условия для подачи гибкой трубы и одновременно предотвратить застревание гибкой трубы в скважине вследствие плотной навивки витков спиральной гибкой трубы и больших сил трения трубы о стенку скважины. Решение поставленной задачи обеспечивается способом в соответствии с п.1 и буровым оборудованием согласно п.2 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением гибкую трубу в процессе ее подачи приводят во вращательное движение посредством того, что барабан с намотанной на нем гибкой трубой и механизм подачи приводят во вращательное движение вокруг оси, которая проходит перпендикулярно оси вращения барабана и совпадает с осью сквозного канала механизма подачи.

Таким образом, барабан с намотанной на него трубой совершает вращательное перемещение по круговой траектории, в то время как механизм подачи вращается вокруг собственной вертикальной оси.

В альтернативном варианте барабан с гибкой трубой может приводиться во вращение вокруг вертикальной оси симметрии, проходящей через ось барабана.

В одном из примеров осуществления вращающийся барабан с намотанной на нем гибкой трубой и механизм подачи могут быть установлены на общей поворотной головке или на вращающемся столе, вертикальная ось вращения которого совмещена с продольной центральной осью расположенного внизу предохранителя выброса. При этом барабан установлен на опорной раме на периферийной части вращающегося стола, а механизм подачи установлен в центре стола, так что ось его сквозного канала для прохода гибкой трубы совпадает с осью вращения стола. Буровая жидкость подается к гибкой трубе через полую горизонтальную центральную ось барабана из питающего шланга, который подвешен к свободному внешнему концу несущей стрелы, отходящей от мачты буровой установки.

В другом варианте барабан с намотанной на нем гибкой трубой вращается вокруг двух взаимно перпендикулярных пересекающихся осей, из которых горизонтальная ось обычно является осью вращения для наматывания и разматывания гибкой трубы, а вертикальная ось вращения служит для передачи гибкой трубе вращательного движения во время подачи. В этом исполнении барабан подвешен к дерриккрану, например, под гидравлическим приводом вращения. Подача буровой жидкости к гибкой трубе может быть организована таким же образом, как в первом исполнении.

Значительное преимущество, получаемое при передаче на трубу вращения в процессе ее подачи, состоит в том, что отпадает необходимость в применении устройства управления траекторией движения, которое раньше использовалось для поворотного ориентирования несущего буровую головку углового компонента. Следовательно, устраняется необходимость также в гидравлических шлангах, необходимых для поворота этого углового компонента. Отпадает также необходимость в отдельном двигателе для поворота этого углового компонента с буровой головкой, а угловой компонент может поворачиваться с помощью плети гибких труб, так что он может быть ориентирован в заданном направлении для бурения с движением по предварительно заданной траектории. Другое значительное преимущество состоит в снижении трения между гибкой трубой и стенкой скважины. В результате буровая головка подвергается более высокой весовой нагрузке, что ведет к повышению скорости бурения и длины при разработке горизонтальной скважины.

Подача буровой жидкости к буровому оборудованию или буровой головке и подача гидравлической энергии для привода механизма подачи обеспечивается насосными агрегатами установки.

Известным образом может быть обеспечена возможность смещения мачты буровой установки в обоих направлениях поперечно скважине.

Гибкая труба может соединяться с гибким трубчатым удлинителем с помощью резьбового концевого соединения. В плеть гибких труб могут быть включены вставки для увеличения весовой нагрузки на буровой головке.

Краткое описание чертежа

Далее способ и устройство по изобретению будут описаны на примере выполнения со ссыл кой на чертеж, который изображает буровую установку на виде сбоку. В данном примере выполнения барабан для гибкой трубы установлен с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, а под ним расположен механизм подачи, при этом барабан и механизм подачи установлены на вращающемся столе с вертикальной осью вращения. Вращающийся стол обеспечивает вращательное движение барабана, а вместе с ним и гибкой трубы вокруг указанной вертикальной оси, которая совпадает как с центральной осью вертикального сквозного канала механизма подачи, так и с центральной осью находящегося внизу предохранителя выброса. Барабан, который при вращении вращающегося стола движется по горизонтальной круговой траектории, показан на чертеже в двух симметричных диаметрально противоположных положениях с углом поворота 180° между ними.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Представленная на чертеже буровая установка содержит вертикальную мачту 10 или деррик-кран. Мачта 10 выполнена с возможностью наклона в шарнирном сочленении 12 под воздействием мощного телескопического силового цилиндра и укреплена и усилена растяжками 14.

Предохранитель 28 выброса имеет вертикальную продольную ось. На горизонтальном вращающемся столе 30 с осью вращения А-А, которая совпадает с осью предохранителя 28 выброса, центрально расположен механизм 32 подачи обычного типа, применяемого для разматывания и наматывания гибкой трубы 34 на барабан 36. Барабан 36 для гибкой трубы, имеющий возможность вращения вокруг горизонтальной оси, установлен на периферии вращающегося стола 30. Таким образом, при вращении стола 30 вокруг оси А-А барабан 36 описывает горизонтальную круговую траекторию, и гибкая труба подвергается вращательному движению в сочетании с движением подачи. Горизонтальные цапфы вала барабана установлены с возможностью вращения на опоре 38, которая жестко укреплена на ферме 40, укрепленной на верхней стороне вращающегося стола 30.

Вращающийся стол 30 развивает момент кручения, например, 2 763 кгм (20000 х 0,453 кг х 0,305 м) и может вращаться с частотой от 5 до 10 об/мин. Мачта 10, лебедки и силовая установка 41 имеют такие параметры и компоновку, что могут смещаться со скольжением вдоль основания на расстояние, примерно равное 5 м, чтобы допускать круговое движение барабана 36 для гибкой трубы на 360° вокруг оси А-А.

Свободный конец несущей стрелы 42, горизонтально отходящей от мачты 10, несет с помощью вертлюга 26 одну или несколько трубчатых стоек, каждая из которых отходит наклонно вниз от оси вращения А-А и входит в вертикальную трубу, сообщающуюся с полой средней частью или валом барабана 36 для подачи буровой жидкости через шланг 44 в гибкую трубу 34 и из нее к буровому устройству и головке (не показаны). Вращающийся стол 30 установлен на ферме 48. Несущая стрела 42 может подниматься и опускаться с помощью троса 16 лебедки 22. Рабочая площадка 20 может подниматься и опускаться с помощью троса 18 лебедки 24.

В конструкции буровой установки, ее форме, компоновке и монтаже возможны различные модификации и дополнения, не выходящие за пределы сферы охраны изобретения, которые определяются пунктами формулы. Сущность изобретения состоит в возможности придания гибкой трубе вращения вокруг ее продольной оси (то есть вокруг оси буровой скважины) в процессе подачи трубы. Эта передача вращения осуществляется посредством вращательного перемещения находящихся на поверхности над скважиной барабана для гибкой трубы и приданного ему механизма подачи с целью передачи вращения гибкой трубе в скважине таким образом, чтобы угловой переходной компонент с буровой головкой могли поворачиваться и ориентироваться в заданном направлении для бурения по заданной траектории. Согласно другим важным особенностям изобретения вращение плети гибких труб значительно снижает трение при продвижении в скважине в сравнении с известными устройствами. За счет этого можно увеличить весовую нагрузку на буровой головке и таким путем повысить скорость вращения и длину при бурении горизонтальной скважины.

Claims (7)

1. Способ работы с гибкими трубами при выполнении операций в процессе разработки скважин, например, при бурении на суше или морском бурении для добычи нефти, при котором гибкую трубу (34) разматывают с барабана (36) для гибкой трубы или наматывают на него с помощью приданного барабану (36) механизма (32) подачи гибкой трубы таким образом, что гибкая труба (34) может подаваться в скважину и, соответственно, выводиться из нее, причем введенной в скважину части гибкой трубы (34) при необходимости может придаваться вращение вокруг ее продольной оси, отличающийся тем, что гибкую трубу (34) вращают предпочтительно непрерывно в процессе разработки скважины, при этом барабан (36) и механизм (32) подачи вращают, по существу, синхронно во круг, по существу, общей оси (А-А), проходящей, по существу, в том же направлении, что и вход скважины.

2. Устройство для работы с гибкими трубами при выполнении операций в процессе разработки скважин, например, при бурении на суше или морском бурении для добычи нефти, содержащее гибкую трубу (34), которая разматывается с вращающегося барабана (36) для гибкой трубы или наматывается на него с помощью приданного барабану (36) механизма (32) подачи гибкой трубы таким образом, что гибкая труба (34) может подаваться в скважину и, соответственно, выводиться из нее, причем барабан (36) и механизм (32) подачи установлены с возможностью вращения, так что введенной в скважину части гибкой трубы (34) при необходимости может придаваться вращение вокруг ее продольной оси, отличающееся тем, что барабан (36) и механизм (32) подачи установлены с возможностью, по существу, синхронного вращения вокруг, по существу, общей оси (А-А), проходящей, по существу, в том же направлении, что и вход скважины.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что барабан (36) и механизм (32) подачи установлены на вращающемся столе (30), имеющем, например, вертикальную ось вращения.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что барабан (36) расположен эксцентрично по отношению к оси (А-А) и указанному механизму (32) подачи.

5. Устройство по любому из пп.2-4, содержащее вышку, например, в виде мачты или деррик-крана (10), отличающееся тем, что мачта или деррик-кран (10) содержит несущую стрелу (42), выступающую над вращающимся столом (30), причем свободный наружный конец несущей стрелы (42) снабжен поворотными средствами (26), ось поворота которых совпадает с указанной осью (А-А) вращения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что буровая жидкость подается к гибкой трубе (34) через питающий шланг или питающую трубу (44), которая проходит через поворотные средства (26) к полому валу барабана (36), а конец гибкой трубы (36) подсоединен к этому валу.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что барабан (36) и механизм (32) подачи шарнирно подвешены к мачте или деррик-крану (10), причем барабан (36) расположен над механизмом (32) подачи.