UA111563C2 - Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану - Google Patents

Abstract

Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану може бути застосоване в нафтогазовій галузі, зокрема в компоновці низу бурильної колони, що використовується при бурінні свердловин. Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, виконаний у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень та з тонкостінними елементами по обидві сторони від концентратора, жорстко з'єднаного з тонкостінною оболонкою. Згідно з винаходом, в товстостінному кільці виконані ортогональні пази вздовж осі оболонки з внутрішнім діаметром, рівним діаметру дна концентратора напружень, в яких закріплена система тензодавачів з виходами, електрично з'єднаними з блоком реєстрації деформацій, що змонтований на оболонці в герметичній порожнині між внутрішньою поверхнею ніпеля і зовнішньою поверхнею оболонки та виконаний на базі аналого-цифрового перетворювача з картою пам'яті і блоком живлення. Позитивний ефект під час використання різьбового з'єднання бурильних труб з індикаторами контролю технічного стану запропонованої конструкції досягається через контроль в часі і просторі миттєвих значень деформацій та здійснення їх довготривалої реєстрації і збереження в автономному режимі. Це дає можливість підвищити точність реєстрації процесу накопичення втомних пошкоджень різьбових з'єднань в умовах буріння свердловин та прогнозування їх залишкового ресурсу.

Description

внутрішнім діаметром, рівним діаметру дна концентратора напружень, в яких закріплена система тензодавачів з виходами, електрично з'єднаними з блоком реєстрації деформацій, що змонтований на оболонці в герметичній порожнині між внутрішньою поверхнею ніпеля і зовнішньою поверхнею оболонки та виконаний на базі аналого-дифрового перетворювача з картою пам'яті і блоком живлення. Позитивний ефект під час використання різьбового з'єднання бурильних труб з індикаторами контролю технічного стану запропонованої конструкції досягається через контроль в часі і просторі миттєвих значень деформацій та здійснення їх довготривалої реєстрації і збереження в автономному режимі. Це дає можливість підвищити точність реєстрації процесу накопичення втомних пошкоджень різьбових з'єднань в умовах буріння свердловин та прогнозування їх залишкового ресурсу. х х Кя х : шк В ї Ех Я й зх х не а, і ой « потрі сфрнжннк вени ке ккаех Мине ен Я увиммнннниннн я і фен ня СЕ й анна: ох | у ле На ее Я ЕМ ЕН у в я М Й ак вне: КУ нн Дефо х пеоскескихіюновр и ее КЕ НИКИ В ТЕ х ше шк НН п шо ет и ка а в З ї ї « ви:

Е й Ку вк - м ас - Бозі й ке З я йо я ОК я БУ о у

НЕ С с Сх ш-к не «М «о ою Ки, В и й ле Бе я Б я ї ек УК ОМ и ск.

Винахід належить до бурової техніки, зокрема до різьбових з'єднань бурильних труб, що містять засоби контролю їх технічного стану - індикатори втоми, і може бути застосований в нафтовидобувній галузі.

Відоме різьбове з'єднання бурильних труб, що містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, який виконаний у вигляді тонкостінної циліндричної оболонки, яка відносно внутрішньої поверхні ніпеля встановлена з зазором більшим 1 мм, і товстостінного кільця з концентратором напружень, яке контактує з внутрішньою поверхнею ніпеля поверхнями по обидві сторони від концентратора |Різьбове з'єднання бурильних труб. Патент України Мо 62007,

Е218 17/042, Бюл. Ме12, 20031.

При згвинчуванні різьбового з'єднання зазор між циліндричною оболонкою індикатора і внутрішньою поверхнею ніпеля сприяє виникненню в оболонці деформацій, які визначають номінальний напружений стан у товстостінному кільці з концентратором напружень. Однак, при прикладанні до досліджуваного об'єкта згинальних навантажень, трапляються випадки руйнування індикатора не по концентратору, а за межами товстостінного кільця. Це зумовлено нерівномірним обтискання внутрішньою поверхнею ніпеля зовнішньої поверхні товстостінного кільця з утворенням пресової посадки різного рівня і призводить до неточності оцінки втомного пошкодження різьбового з'єднання бурильних труб.

Відоме також різьбове з'єднання з індикатором контролю, яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, який виконаний у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень, жорстко з'єднаного з тонкостінною оболонкою, в якому товстостінне кільце контактує з внутрішньою поверхнею ніпеля площадкою по одну сторону від концентратора. По другу сторону від концентратора товстостінне кільце виконується діаметром, який менший на величину діаметральної деформації внутрішньої поверхні ніпеля (|Різьбове з'єднання бурильних труб. Патент України Ме79493, Е21В 17/042, Е16Ї 15/00, Бюл.Ме9, 20071.

У вказаній конструкції при правильному розташуванні зони контакту присутнє, умовно називаючи, розкриття берегів тріщини утворюваної в концентраторі що зумовлено провертанням частини товстостінного кільця в сторону від концентратора, через нерівномірну деформацію внутрішньої поверхні ніпеля. Крім того, напружений стан індикатора, саме в перерізах концентратора, суттєво залежить від такого експлуатаційного параметра, як натяг в

Зо парі індикатор-ніпель після згвинчування різьбового з'єднання.

Найбільш близьким до пропонованого є різьбове з'єднання бурильних труб, яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, виконаний у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень, жорстко з'єднаного з тонкостінною оболонкою, причому, в товстостінному кільці по обидві сторони від концентратора виконано тонкостінні елементи із зовнішнім діаметром, не меншим за діаметр дна концентратора напружень (|Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану. Патент України Ме102958, Е21В 17/042, Е16Ї 15/08, Бюл. Мо 16, 20131.

У вказаній конструкції товстостінне кільце у згвинченому різьбовому з'єднанні контактує з внутрішньою поверхнею ніпеля поверхнями по обидві сторони від кільцевої виточки. При цьому напружений стан в зоні концентратора формується під дією ніпеля і підсилюється через особливості напружено-деформованого стану тонкостінних елементів, виконаних по обидві сторони від концентратора. У процесі згвинчування в концентраторі виникають напруження, що відповідають рівню середніх напружень в небезпечному перерізі контрольованого різьбового з'єднання. При експлуатації також можливе сприйняття індикатором зовнішніх змінних навантажень такого рівня величини, що зумовлює втомне руйнування різьбового з'єднання.

Однак, на величину накопиченого втомного пошкодження в елементах різьбових з'єднань колони в умовах експлуатації впливає як рівень діючих змінних навантажень, так і число повторень цих навантажень, що визначається числом циклів навантажень за аналітичними залежностями через довготривалість процесу буріння свердловини і кутову швидкість обертання колони. Це призводить до значної похибки в оцінці числа циклів навантаженості, а отже до низької достовірності прогнозу залишкового ресурсу різьбових з'єднань за допомогою таких індикаторів.

В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення різьбового з'єднання, а саме індикатора контролю шляхом його конструктивних змін, які б не порушили умов контакту пари індикатор-ніпель, що сприяють стабільності напруженого стану в індикаторі на рівні напруженого стану в небезпечному перерізі різьбового з'єднання, як під дією моменту згвинчування з'єднання, так і під дією змінних навантажень бурильної колони в усьому діапазоні величин, які зумовлюють втомне руйнування різьбового з'єднання, забезпечити можливість контролю в часі і просторі миттєвих значень деформацій і їх довготривалу реєстрацію та збереження в автономному режимі, тобто забезпечити контроль числа циклів змінних навантажень колони, що діють на різьбові з'єднання.

Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у відомому різьбовому з'єднані бурильних труб з індикатором контролю технічного стану, яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, виконаний у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень та з тонкостінними елементами по обидві сторони від концентратора, жорстко з'єднаного з тонкостінною оболонкою, згідно з винаходом, в межах товстостінного кільця виконані ортогональні пази вздовж осі оболонки з внутрішнім діаметром, рівним діаметру дна концентратора напружень, в яких закріплена система тензодавачів з виходами, електрично з'єднаними з блоком реєстрації деформацій, виконаним на базі аналого-дифрового перетворювача з картою пам'яті і блоком живлення та змонтованим на оболонці в герметичній порожнині між внутрішньою поверхнею ніпеля і зовнішньою поверхнею оболонки.

Таке технічне рішення дозволяє здійснити блоком реєстрації довготривалу реєстрацію змінних миттєвих значень величини деформацій індикатора в зоні концентратора напружень та записувати їх на карту пам'яті, яка є базою даних для комп'ютерної обробки і проведення математичного аналізу.

Таким чином сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак отримано нове технічне рішення, яке на винахідницькому рівні забезпечує технічний результат і є достатнім для вирішення поставленої задачі винаходу.

Суть винаходу пояснюють креслення.

На Фіг. 1 зображена конструкція різьбового з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану.

На Фіг. 2 - те ж в розрізі А-А (конструктивне виконання ортогональних пазів).

Різьбове з'єднання з індикатором складається з ніпеля 1, муфти 2 з різьбовою ділянкою З і індикатора контролю виконаного у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень 4, тонкостінними елементами 5, площадками контакту 6 та ортогональними пазами 7, що виконані в межах товстостінного кільця. Товстостінне кільце виготовлене як одна деталь з тонкостінною циліндричною оболонкою 8, один кінець якої має виступ 9, а інший - різьбу 10, за допомогою якої індикатор з'єднують з монтажною втулкою 11, жорстко з'єднаною з зарізьбовою частиною

Зо ніпеля 1, що забезпечує герметичність порожнини 12. На дні пазів 7 в зоні концентратора напружень 4 прикріплена система тензодавачів 13, а на тонкостінній циліндричній оболонці 8 в порожнині 12 прикріплений блок реєстрації деформацій, в який входять: аналого-дифровий перетворювач 14, карта пам'яті 15, блок живлення 16. Блок реєстрації деформацій з'єднаний з системою тензодавачів 13 електричними провідниками 17.

Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану працює наступним чином. Під час операції спуску бурового інструменту замкове різьбове з'єднання з індикатором встановлюють в компоновку низу бурильної колони в місцях, що потребують контролю величини накопиченого втомного пошкодження колони.

Перед встановленням різьбового з'єднання вмикають блок реєстрації деформацій, робота якого запрограмована в певній послідовності, і індикатор вгвинчують за допомогою різьби 10 в монтажну втулку 11 до упора виступу 9 в торець ніпеля 1. При з'єднанні ніпеля 1 з муфтою 2 за допомогою різьбової ділянки 3, відбувається радіальна деформація ніпеля 1, завдяки чому створюються радіальні зусилля на площадках контакту 6 товстостінного кільця, виконаного як одне ціле з тонкостінною оболонкою 8 індикатора. Напружений стан в зоні концентратора напружень 4 формується під дією ніпеля 1, підсилюється через особливості напружено- деформованого стану тонкостінних елементів 5, виконаних по обидві сторони від концентратора, та відповідає рівню напружень в небезпечному перерізі контрольованої різьбової ділянки 3. При цьому забезпечується сприйняття індикатором зовнішніх змінних навантажень в діапазоні величин, що зумовлюють втомне руйнування різьбового з'єднання.

Деформації в зоні концентратора напружень 4 фіксуються закріпленими в пазах 7 мостовими схемами тензодавача 13 і за допомогою електричних провідників 17 передаються в блок автоматичної реєстрації деформацій, в якому проходить їх обробка в аналого-дифровому перетворювачі 14 і запис у карту пам'яті 15. Після підйому бурильної колони на поверхню та розгвинчування різьбового з'єднання з індикатора демонтують блок реєстрації і дані записані на карту пам'яті 15 піддають комп'ютерній обробці та математичному аналізу.

Позитивний ефект під час використання різьбового з'єднання бурильних труб з індикаторами контролю технічного стану запропонованої конструкції досягається через контроль в часі і просторі миттєвих значень деформацій та здійснення їх довготривалої реєстрації і збереження в автономному режимі. Це дає можливість підвищити точність реєстрації процесу накопичення втомних пошкоджень різьбових з'єднань в умовах буріння свердловин та прогнозування їх залишкового ресурсу.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Різьбове з'єднання бурильних труб з індикатором контролю технічного стану, яке містить ніпель, муфту з різьбовою ділянкою і індикатор, виконаний у вигляді товстостінного кільця з концентратором напружень та з тонкостінними елементами по обидві сторони від концентратора, жорстко з'єднаного з тонкостінною оболонкою, яке відрізняється тим, що в межах товстостінного кільця виконані ортогональні пази вздовж осі оболонки з внутрішнім діаметром, рівним діаметру дна концентратора напружень, в яких закріплена система тензодавачів з виходами, електрично з'єднаними з блоком реєстрації деформацій, виконаним на базі аналого-дифрового перетворювача з картою пам'яті і блоком живлення та змонтованим на оболонці в герметичній порожнині між внутрішньою поверхнею ніпеля і зовнішньою поверхнею оболонки. дім кін бно нині ев х я а А ІДИ ПО ї СО Ак не нн соми З Я ЩЕ МИ Жов нн ж 00 КИТИ емо 0 ОО и и ЯК ї У КК МК ОК ОО А Фібі

   4.4 ЕС ; усе ен сни зни неси гі вс зе ріг 2