ЭЛЕМЕНТ ДЛИННОМЕРНОЙ ГИБКОЙ КОЛОННЫ (ВАРИАНТЫ)
ELEMENT OF LONG-LENGTH FLEXIBLE (VERSIONS)

Изобретение относится к длинномерным гибким трубам (колтюбинг или гибкая насосно-компрессорная труба), а именно, к наматываемым на барабан.
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 трубы, причем различных конфигураций и с различными дополнительными сервисными каналами.
Известна многоканальная длинномерная гибкая труба, состоящая из нескольких гидравлических и электрических каналов, которые находятся в единой сплавленной оболочке из экструдированного полимерного материала с двумя параллельными плоскостями для удобства намотки на барабан. Экструдированный полимерный материал наплавленный и обволакивающий гидравлические и электрические каналы образуют вместе единую многоканальную колонну в виде длинномерной гибкой ленты, которая 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. 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 (патент США 8459965 от 11 июня 2013 года).
Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой трубы является то, что наплавленный пластик увеличивает вес многоканальной колонны, а при возникновении проблем с заплавленными электрическими линиями (пробой, обрыв кабеля и т.д.) или с оптиковолоконными, капиллярными линиями (разрушение канала) вынуждает разрезать наплавленный пластик, осуществлять ремонт или замену проблемного участка сервисной линии с последующим наплавлением пластика. Кроме того, глубокие и длинные царапины и скобления наружной поверхности пластика отрицательно влияют на обеспечение герметичности в стриппере (герметизаторе) и противовыбросовом оборудовании.
Известна многоканальная длинномерная гибкая труба, составленная с необходимым набором сервисных каналов в соответствии с применяемой скважинной технологией или способом механизированной добычи. Многоканальная длинномерная гибкая колонна состоит из двух гибких длинномерных сервисных каналов, выбранных из группы: гидравлические линии, силовые электрические кабели, оптоволоконные и электропроводные информационные магистрали, сплавленные вместе эластичной оболочкой в длинномерную секцию. Колонна состоит из 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 (патент РФ 2644366 от 09 февраля 2018 года).
Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой трубы является то, что необходимо наплавление пластика на стандартный колтюбинг, а наплавленный пластик увеличивает вес многоканальной колонны. Кроме того, глубокие и длинные царапины и скобления наружной поверхности пластика отрицательно влияют на обеспечение герметичности в стриппере (герметизаторе) и противовыбросовом оборудовании.
Известна многоканальная длинномерная гибкая трубная колонна ArmorPak (www.cjstech.com) и способ ее составления путем установки постоянных сварных хомутов на две стандартные гибкие насосно-компрессорные трубы (колтюбинги). Составная многоканальная длинномерная гибкая колонна ArmorPak сматывается с барабана колтюбинговой установки в скважину для проведения скважинных работ или для целей механизированной добычи скважинной жидкости, например, погружными электроцентробежными или гидроприводными насосами. В составной многоканальной длинномерной гибкой трубной системе ArmorPak могут устанавливаться дополнительные стандартные гибкие насосно-компрессорные трубы (колтюбинг) отдельно или внутри одной из них.
Недостатком вышеупомянутой составной многоканальной длинномерной гибкой колонны является то, что установка хомута между длинномерными гибкими трубами меняет дискретно геометрию поперечного сечения многоканальной длинномерной гибкой колонны в месте установки хомута, что ухудшает целостность многоканальной длинномерной гибкой системы и ее проходимость через герметизатор и противовыбросовый превентор, что отрицательно влияет на их герметизирующие возможности и срок службы. Также имеются технологические трудности для составления многоканальной длинномерной гибкой колонны из более чем двух сервисных каналов.
Известна многоканальная длинномерная гибкая колонна и способ ее изготовления, принятая по совокупности существенных признаков за прототип, включающая размещение нескольких сервисных длинномерных каналов для доставки в скважину электрической или гидравлической энергии, жидкостей и получения скважинной информации на поверхность внутри большей основной длинномерной гибкой трубы во время ее изготовления из штрипса путем сварки ее продольных кромок (патент США 8925627 от 6 января 2015 года).
Недостатком вышеупомянутой многоканальной длинномерной гибкой колонны является то, что все каналы находятся внутри основного наружного колтюбинга большого диаметра, на который приходится нагрузка всего веса многоканальной колонны во время нахождения на инжекторе, что вызывает необходимость увеличивать толщину стенки основного колтюбинга и повышать марку стали, что, в свою очередь, увеличит массу колонны, жесткость и стоимость. Кроме того, остается сложным вопрос о подвеске свободных внутренних каналов колонны на устье и их герметизация. В случае использования штрипса с приварной внутренней опорой (кронштейном) усложняется процесс изготовления многоканальной колонны, а внутренняя опора при намотке на барабан, находясь в перпендикулярном положении по отношения к оси вращения намоточного барабана, существенно увеличивает жесткость многоканальной колонны.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание элемента длинномерной гибкой колоны различных диаметров, сечений и конфигураций в виде нескольких вариантов базового закрытого канала из одного или нескольких штрипсов, с одним или несколькими буртами для самостоятельного применения или создания на его основе многоканальной длинномерной гибкой колонны за счет приваривания дополнительных длинномерных гибких частей. Другой задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является уменьшение нагрузки на трубную часть колонны от растягивающих и сжимающих усилий.
Технический результат заключается в возможности изготовления многоэтапным профилированием и сваркой, элемента длинномерной гибкой колонны с утолщенными буртами и с увеличенным сварочным швом, с размещением сварных швов, перегородок и утолщенных частей колонны на средней линии поперечного сечения колонны для ориентированного наматывания на стандартный барабан.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем базовый закрытый канал, согласно изобретению, базовый закрытый канал образован из одного штрипса методом его профилирования от его центра с образованием стенок базового закрытого канала с выведенными наружу торцами продольных кромок и их последующей сваркой по соприкасаемым (сопрягаемым) поверхностям с образованием кромкового бурта.
К кромковому бурту базового закрытого канала с разных сторон могут привариваются кромки, по меньшей мере, одного дополнительного профилированного штрипса с образованием внешнего закрытого канала.
Кромковый бурт может выходить за пределы внешних габаритов колонны.
Указанная задача решается, а технический результат достигается также за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем базовый закрытый канал, согласно изобретению, базовый закрытый канал образован из одного штрипса методом его профилирования от его центра с образованием профилированного бурта, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается, и последующим профилированием частей штрипса с образованием стенок базового закрытого канала и дальнейшим выведением наружу торцов продольных кромок с последующей сваркой по соприкасаемым поверхностям с образованием кромкового бурта.
К профилированному и/или кромковому буртам базового закрытого канала с разных сторон могут привариваться кромки двух дугообразно спрофилированных штрипсов с образованием двух дополнительных закрытых каналов.
Указанная задача решается, а технический результат достигается также за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем базовый закрытый канал, согласно изобретению, закрытый канал образован из одного штрипса методом его профилирования от центра с образованием профилированного бурта, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается, и последующим продольным профилированием частей штрипса с образованием стенки базового закрытого канала, последующей сваркой мест соединения стенок базового закрытого канала с образованием стыковочной перегородки, профилированием оставшихся частей штрипса с последующей сваркой продольных кромок к профилированному бурту с разных сторон с образованием двух внешних закрытых каналов.
Указанная задача решается, а технический результат достигается также за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем базовый закрытый канал, согласно изобретению, базовый закрытый канал образован из двух штрипсов методом их раздельного профилирования от центров с образованием двух дугообразно спрофилированных штрипсов с выведенными наружу торцами продольных кромок, с последующей их сваркой по соприкасающимся поверхностям с образованием двух кромковых буртов базового закрытого канала, расположенных диаметрально друг против друга.
К профилированному и/или кромковому буртам базового закрытого канала с разных сторон могут привариваться кромки двух дугообразно спрофилированных штрипсов с образованием двух дополнительных закрытых каналов.
Один дугообразно спрофилированный штрипс может быть изготовлен из стали с высокими прочностными свойствами на растяжение, а второй дугообразный профилированный штрипс изготовлен из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие, причем намотка на барабан осуществляется профилированной частью штрипса, изготовленного из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие.
Указанная задача решается, а технический результат достигается также за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем базовый закрытый канал, согласно изобретению, базовый закрытый канал образован из одного штрипса методом его профилирования от его центра с образованием профилированного бурта, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается, и последующим профилированием частей штрипса с образованием стенок базового канала и дальнейшим выведением наружу торцов продольных кромок с последующей сваркой по соприкасаемым поверхностям с образованием кромкового бурта, причем, кромковый и/или профилированный бурт базового закрытого канала, находящийся за пределами внешних габаритов длинномерной гибкой колоны, имеет вид чередующихся выступов и впадин или имеет волнообразный вид.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами поперечных сечений и боковых видов элементов длинномерной гибкой колонны. Сварочные работы ведутся по продольным линиям, места сварки указаны утолщенными стрелками, порядок очередности сварки показан утолщенными римскими цифрами, сварочный шов на поперечном сечении показан утолщенной линией. На фиг. 1 показан базовый закрытый канал из одного штрипса с кромковым буртом. На фиг. 2 показан элемент длинномерной гибкой двухканальной колонны с закрытыми каналами «труба в трубе» с кромковым буртом «заподлицо». На фиг. 3 показан элемент длинномерной гибкой двухканальной колонны с закрытыми каналами «труба в трубе» и выступающим кромковым буртом. На фиг. 4 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны с закрытыми каналами «труба в трубе» и выступающим кромковым буртом. На фиг. 5 показан базовый закрытый канал из одного штрипса с профилированным и кромковым буртами. На фиг. 6 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны из базового центрального эллипсообразного закрытого канала с двумя приварными дугообразно профилированными штрипсами. На фиг. 7 показана начальная фаза изготовления элемента длинномерной гибкой трехканальной колонны из одного штрипса с базовым центральным закрытым каналом и двумя приварными дугообразно профилированными ламелями. На фиг. 8 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны из одного штрипса с базовым центральным цилиндрическим закрытым каналом и двумя приварными дугообразно профилированными ламелями. На фиг. 9 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны из одного штрипса с базовым центральным эллипсообразным закрытым каналом с сервисной лентой внутри него и двумя приварными дугообразно профилированными ламелями. На фиг. 10 показан базовый закрытый канал из двух штрипсов с двумя кромковыми буртами. На фиг. 11 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны из базового центрального эллипсообразного закрытого канала и с двумя приварными дугообразно профилированными штрипсами. На фиг. 12 показан элемент длинномерной гибкой трехканальной колонны из базового центрального эллипсообразного закрытого канала и двумя приварными дугообразно профилированными ламелями с цилиндрической внешней поверхностью колонны. На фиг. 13-14 показан базовый закрытый канал из одного штрипса с профилированным и кромковым буртами, где кромковый бурт выполнен со шлицевой геометрией в виде чередующихся выступов и впадин. На фиг. 15-16 показан базовый закрытый канал из одного штрипса с профилированным и кромковым буртами, где профилированный бурт выполнен с волнообразной геометрией. На фиг. 17-18 показан базовый закрытый канал из двух штрипсов с двумя кромковыми буртами, выполненными со шлицевой геометрией в виде чередующихся выступов и впадин. На фиг. 19-20 показан базовый закрытый канал из двух штрипсов с двумя профилированными буртами, выполненными с волнообразной геометрией.
Элемент длинномерной гибкой колонны состоит из одного или нескольких профилированных и сваренных особым образом штрипсов с образованием базового канала с одним или двумя внешними буртами, причем базовый канал может применяться как самостоятельно, так и в виде многоканальной длинномерной гибкой колонны после последовательных многостадийных этапов профилирования, сварки и добавления дополнительных профилированных штрипсов. Различные варианты элементов длинномерных гибких колонн различных диаметров, сечений и конфигураций, основанных на нескольких типах базового закрытого канала из одного или нескольких штрипсов, с одним или несколькими буртами для самостоятельного применения или создания на его основе многоканальной длинномерной гибкой колонны, а также способы их изготовления приведены ниже.
При изготовлении первого варианта базового канала 2 (фиг. 1) элемента длинномерной гибкой колонны изначально штрипс 1 профилируется серией роликов от его центра с получением стенки базового закрытого канала 2 с выведением на одну сторону торцов 3 и 4 вывернутых продольных кромок штрипса 1 и их зеркальной установкой на разных сторонах одной плоскости А-А с последующей сваркой соприкасаемых поверхностей вывернутых продольных кромок торцов 3 и 4 между собой с образованием базового закрытого канала 2 с кромковым буртом 5. В первом подварианте (фиг. 2) двухканальный элемент длинномерной гибкой колонны изготавливается путем сварки торцов второго профилированного штрипса 6 к наружным сторонам кромкового бурта 5. После сварки образуется второй закрытый канал 7, причем базовый закрытый канал 2 находится внутри второго закрытого канала 7 по типу «труба в трубе», а торец 8 кромкового бурта 5 выполнен «заподлицо» с наружной поверхностью колонны (фиг. 2) или может выходить за ее пределы (фиг. 3). Второй профилированный штрипс 6 больше по ширине, чем штрипс 1 и может быть отпрофилирован в виде окружности или эллипса. Во втором подварианте трехканальный элемент длинномерной гибкой колонны изготавливается путем сварки торцов третьего профилированного штрипса 9 к наружным сторонам кромкового бурта 5 с образованием третьего закрытого канала 10, причем базовый закрытый канал 2 находится внутри второго закрытого канала 7, который, в свою очередь, находится внутри третьего закрытого канала 10 (фиг. 4).
При изготовлении второго варианта базового канала 11 (фиг. 5) элемента длинномерной гибкой колонны изначально штрипс 12 профилируется серией роликов от его центра с образованием профилированного бурта 13, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается. Затем боковые части штрипса 12 профилируются с выведением на одну сторону торцов 14 и 15 вывернутых продольных кромок штрипса 12 и их зеркальной установкой на разных сторонах одной плоскости В-В с последующей сваркой соприкасаемых поверхностей вывернутых продольных кромок торцов 14 и 15 между собой с образованием базового закрытого канала 11 и кромкового бурта 16. В первом подварианте (фиг. 6) к профилированному 13 и кромковому 16 буртам базового закрытого канала 11, например, эллипсного сечения или в виде соединенных частей двух окружностей, с разных сторон могут привариваться кромки двух дугообразно спрофилированных штрипсов 17 и 18 с образованием двух дополнительных закрытых каналов 19 и 20 соответственно.
При изготовлении третьего варианта базового канала (фиг. 7) элемента длинномерной гибкой колонны с центральным базовым каналом штрипс 21 изначально профилируется серией роликов от центра с образованием профилированного бурта 22, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается, и последующим продольным профилированием частей штрипса 21 с образованием стенки 23 базового закрытого канала 24 и последующей сваркой мест соединения стенок базового закрытого канала 24 с образованием стыковочной перегородки 25, и дальнейшим профилированием оставшихся боковых частей 26 и 27 штрипса 21 с последующей сваркой продольных кромок к профилированному бурту 22 с разных сторон с образованием двух внешних закрытых каналов 28 и 29 вокруг базового канала 24 (фиг. 8). Учитывая большую жесткость полученной многоканальной колонны и необходимость применения барабанов с большим диаметром, эту колонну можно использовать, например, на морских платформах. Как частный случай (фиг. 9) третьего варианта базовый закрытый канал 24 имеет сечение в виде эллипса или в виде соединенных частей двух окружностей, внутри которого размещена сервисная лента 30, например, с электрическими, оптоволоконными и капиллярными каналами, а наружная поверхность колонны поперечного сечения имеет вид окружности. Пространство 31 между внутренней стенкой базового канала 24 и наружной поверхностью сервисной ленты 30 может использоваться как дополнительный канал для доставки в забойную зону химреагентов или масла для смазки погружного оборудования.
При изготовлении четвертого варианта базового канала 32 (фиг. 10) элемента длинномерной гибкой колонны изначально два отдельных штрипса 33 и 34 профилируются серией роликов от центров с получением двух дугообразно профилированных штрипсов в виде стенок 35 базового закрытого канала 32 с выведением в разные стороны торцов 36 и 37 вывернутых наружу продольных кромок штрипса 33 и торцов 38 и 39 вывернутых наружу продольных кромок штрипса 34 с последующей их зеркальной стыковкой по разным сторонам одной плоскости С-С с последующей сваркой состыкованных поверхностей вывернутых продольных кромок торцов 36 и 37 штрипса 33 и вывернутых продольных кромок торцов 38 и 39 штрипса 34 между собой с образованием базового закрытого канала 32 с двумя кромковыми буртами 40 и 41. Один дугообразно спрофилированный штрипс 33 может быть изготовлен из стали с высокими прочностными свойствами на растяжение, а второй дугообразно профилированный штрипс 34 изготовлен из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие, причем намотка на барабан осуществляется профилированной частью штрипса 34, изготовленной из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие. В первом подварианте (фиг. 11) базовый канал 32 используется в трехканальном элементе длинномерной гибкой колонны, где к кромковым буртам 42 и 43 базового закрытого канала 44, например, с сечением в виде эллипса или в виде соединенных частей двух окружностей, с разных сторон могут привариваться кромки двух дугообразно спрофилированных штрипсов 45 и 46 с образованием двух дополнительных закрытых каналов 47 и 48 соответственно. Во втором подварианте (фиг. 12) изготовления трехканального элемента длинномерной гибкой колонны с центральным базовым каналом 49, например, с сечением в виде эллипса или в виде соединенных частей двух окружностей два штрипса 50 и 51 изначально профилируются серией роликов с получением стенок 52 и 53 базового закрытого канала 49 с зеркальным выведением на одну сторону торцов 54 и 55 вывернутых продольных кромок штрипсов 50 и 51, их зеркальной установкой на разных сторонах одной плоскости Е-Е с последующей сваркой соприкасаемых поверхностей вывернутых продольных кромок торцов 54 и 55 между собой с образованием кромкового бурта 56 двухштрипсовой заготовки 57, последующим ее продольным профилированием с образованием стенок 52 и 53 базового закрытого канала 49, последующей сваркой мест соединения стенок базового закрытого канала 49 с образованием стыковочной перегородки 58, дальнейшим профилированием оставшихся боковых частей штрипсов 50 и 51 двухштрипсовой заготовки 57 с последующей сваркой продольных кромок боковых частей штрипсов 50 и 51 к кромковому бурту 56 с разных сторон с образованием двух внешних закрытых каналов 59 и 60 вокруг базового канала 49. В многоканальной колонне все дугообразно спрофилированные штрипсы, расположенные в одной полуокружности, могут быть изготовлены из стали с высокими прочностными свойствами на растяжение, а другие дугообразно профилированные штрипсы, расположенные в другой полуокружности, могут быть изготовлены из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие, причем, намотка на барабан осуществляется дугообразно профилированными частями штрипсов, изготовленных из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие.
В пятом варианте изготовления элемента длинномерной гибкой колонны с профилированными и кромковыми буртами базового закрытого канала в виде силовых продольных элементов, находящимися за пределами внешних габаритов колоны (фиг. 13), базовый закрытый канал 61 формируют из единого штрипса 62 методом его профилирования от центра с образованием профилированного бурта 63, выполненного в виде продольной складки, внутренняя часть которой сваривается, и последующим профилированием боковых частей штрипса 62 с образованием стенок базового канала 61 и дальнейшим выведением наружу торцов продольных кромок 64 и 65 с последующей сваркой по соприкасаемым поверхностям с образованием кромкового бурта 66, причем, кромковый 66 или профилированный 63 бурты базового закрытого канала 61, находящиеся за пределами внешних габаритов длинномерной гибкой колоны, имеют шлицевую геометрию в виде чередующихся выступов 67 и углублений 68 (фиг. 14) или имеют волнообразный вид на периферийной части бурта в виде подъемов 69 и впадин 70 (фиг. 15-16). Возможно размещение двух диаметрально расположенных кромковых буртов 66 имеющих шлицевую геометрию в виде чередующихся выступов 67 и углублений 68 (фиг. 17-18) или двух профилированных 63 буртов, имеющих волнообразный вид на периферийной части бурта в виде подъемов 69 и впадин 70 (фиг. 19-20). В этих перечисленных случаях весь вес длинномерной гибкой колонны переносится через силовые шлицевые или волнообразные бурты на ответные, с соответствующими выемками и выступами, траки инжектора. Кроме того, можно применять элеваторы с ответными выемками и выступами под шлицевые или волнообразные бурты. Наличие силовых шлицевых или волнообразных буртов позволяет снять значительную часть нагрузки веса колонны со стенок закрытого канала, что, в свою очередь, позволяет применять более дешевые марки стали для изготовления элемента длинномерной гибкой колонны или делать тоньше толщину стенки каналов, а также производить ремонт колонны путем вырезания дефектных участков и привариванием вставок или заплат в полевых условиях. Кроме того, наличие буртов позволяет осуществлять ориентированную укладку и намотку гибкой колонны на барабан с размещением сварных швов, перегородок и утолщенных частей колонны на средней линии поперечного сечения колонны, параллельной оси барабана. Наличие силовых шлицевых или волнообразных буртов не исключают использование прямолинейных кромковых 66 или профилированных 63 буртов в качестве силовых элементов фрикционного типа для траков инжектора.
Все вышеперечисленные варианты многоканальных длинномерных гибких колонн не исключают все необходимые технологические операции необходимые для производства длинномерных гибких труб (колтюбинга), такие как, обработка кромок, нагревание, калибрование и т.д., кроме того, все предложенные варианты многоканальных длинномерных гибких колонн могут применяться как для проведения технологических операций на скважинах, так и для добычных схем и компановок.
Все варианты многоканальных длинномерных гибких колонн применяются, как и обычный колтюбинг или гибкая насосно-компрессорная труба со стандартными подъемниками, но с изменениями в герметизаторе, траках инжектора, направляющих и т.д.
Предлагаемое изобретение позволяет существенно увеличить возможности колтюбинговых установок и самого колтюбинга за счет его многоканальности и, следовательно, многофункциональности.