ЭЛЕМЕНТ ДЛИННОМЕРНОЙ ГИБКОЙ КОЛОННЫ (ВАРИАНТЫ)
ELEMENT OF LONG-DIMENSIONAL FLEXIBLE COLUMN (OPTIONS)

Изобретение относится к буровым скважинам, а именно, 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, диаметров и с различными дополнительными сервисными каналами. Многоканальные длинномерные гибкие трубы также востребованы физико-техническими геотехнологиями, основанными на переводе твердых полезных ископаемых в подвижное состояние (превращение твердого полезного ископаемого в продуктосодержащий жидкий или сыпучий рабочий агент) и его последующую доставку по трубам, находящимися в скважине, на поверхность.
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 оптоволоконными, 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 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 гидравлические каналы жестко собраны на заводе в единый длинномер из стандартных гибких насосно-компрессорных труб (колтюбинга) круглого сечения и все каналы находятся внутри основного 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, требуется сложная и дорогостоящая заделка и герметизация обоих концов многоканальной длинномерной гибкой колонны с различными каналами внутри нее, а также остается сложным вопрос о подвеске внутренних каналов колонны на устье.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание из двух штрипсов надежного элемента длинномерной гибкой колонны из двух и более гидравлических каналов различных диаметров и сечений.
Технический результат заключается в возможности изготовления многоканальной длинномерной гибкой колонны многоэтапным профилированием и сваркой штрипса требуемой конфигурации в соответствии с применением различных скважинных технологий или способов механизированной добычи, а также для обеспечения размещения сварных швов, соединительных и разделительных перегородок, утолщенных частей колонны на средней линии колонны, а также надежного размещения внутри или снаружи многоканальной длинномерной гибкой колонны дополнительных отделяемых сервисных (технологических) каналов.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающий, по меньшей мере, два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы объединены между собой соединительной перегородкой, образованной путем сварки мест соединения стенок закрытых каналов друг с другом, при этом, по меньшей мере, два закрытых канала и соединительная перегородка образованы из двух отдельных штрипсов методом их профилирования от центра путем продольного изгиба с последующей сваркой противоположных продольных кромок двух штрипсов между собой, причем соединительная перегородка выполнена с отверстиями и имеет двойную толщину штрипса.
Сварочные швы, соединительная перегородка с отверстиями и центры закрытых каналов расположены на средней линии поперечного сечения колонны.
На перфорированной соединительной перегородке установлена сервисная лента с соединительными замковыми выступами, совпадающими с ответными замковыми отверстиями на перфорированной соединительной перегородке, при этом сервисная лента выполнена с размещенными в ней электрическими кабелями, проводами, капиллярными трубками, оптоволоконными линиями.
Шаг соединительных выступов, по крайней мере, в два раза превышает шаг отверстий на перфорированной соединительной перегородке.
Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающий два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы объединены между собой посредством их соединения выполненного в виде стыковочной перегородки, образованной путем сварки мест соединения стенок закрытых каналов друг с другом, при этом два закрытых канала и стыковочная перегородка образованы из двух отдельных штрипсов методом их профилирования от центра путем продольного изгиба двух концов штрипсов с образованием внутреннего закрытого канала с последующей сваркой совмещенных продольных кромок и профилирования оставшихся двух концов штрипсов с образованием наружного закрытого канала с последующей сваркой продольных кромок штрипса друг с другом.
Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающий два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы образованы из двух штрипсов методом раздельного профилирования каждого штрипса с последующей сваркой продольных кромок каждого штрипса между собой с образованием двух раздельных закрытых каналов, при этом, каждый из закрытых каналов имеет в поперечном сечении месяцеобразную форму, состоящую из двух дуг окружности, соединенных между собой концами и обращенных выпуклостями в одну сторону, или форму полукольца, состоящую из двух дуг окружностей разного радиуса, концы которых соединены между собой диаметральными прямыми, при этом образованные два закрытых раздельных канала сварены друг с другом в местах их продольного зеркального совмещения с образованием дополнительного закрытого канала между ними.
Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающий, по меньшей мере, два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы образованы из двух штрипсов методом раздельного профилирования каждого штрипса с последующей сваркой продольных кромок к телам профилированных штрипсов с образованием двух раздельных закрытых каналов и боковых продольных профилированных ламелей, продольные кромки которых сварены с телами противоположных профилированных штрипсов с образованием дополнительного закрытого канала между ними.
Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы образованы из двух штрипсов методом раздельного профилирования каждого штрипса с последующий сваркой продольных кромок каждого штрипса между собой с образованием двух раздельных закрытых каналов, каждый из каналов в поперечном сечении имеет форму полукруга, при этом, два закрытых канала соединены друг с другом по диаметральным плоскостям продольной сваркой с образованием общей разделительной перегородки, причем наружная линия поперечного сечения колонны имеет форму окружности
Так же указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в элементе длинномерной гибкой колонны, включающем два объединенных в единую конструкцию закрытых канала, согласно изобретению, закрытые каналы образованы из двух штрипсов методом раздельного профилирования каждого штрипса с последующей сваркой продольных кромок к телу профилированного штрипса с образованием двух внутренних закрытых каналов и стыковочных перегородок, и дальнейшего профилирования каждого тела штрипса с последующей сваркой кромок каждого штрипса к стыковочной перегородке противоположного внутреннего закрытого канала с образованием двух внешних закрытых.
Один штрипс изготовлен из стали с высокими прочностными свойствами на растяжение, а второй 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.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами поперечных сечений элементов длинномерной гибкой колонны. Сварочные работы ведутся по продольным линиям, места сварки указаны стрелками, порядок очередности сварки показан римскими цифрами, сварочный шов на поперечном сечении показан утолщенной линией. На фиг. 1-2 показано изготовление элемента длинномерной гибкой колонны (два закрытых канала) из двух штрипсов типа «трубы в ряд с перегородкой». На фиг. 3 показан элемент длинномерной гибкой колонны (два закрытых канала) типа «трубы в ряд с перегородкой» с присоединенной сервисной лентой. На фиг. 4-6 показано изготовление элемента длинномерной гибкой колонны (два закрытых канала) из двух штрипсов типа «труба в трубе». На фиг. 7-8 показано изготовление элемента длинномерной гибкой колонны (три закрытых канала) из двух отдельных закрытых каналов месяцеобразного (фиг. 7) и полукольцеобразного (фиг. 8) сечений. На фиг. 9 показан элемент длинномерной гибкой колонны (два закрытых канала) из двух отдельных закрытых каналов с сечением в виде полуокружности. На фиг. 10-11 показано изготовление элемента длинномерной гибкой колонны (три закрытых канала) типа «одинаковые трубы в трубе» с наружной геометрией в виде окружности из двух отдельных закрытых каналов с боковыми ламелями. На фиг. 12 показан элемент длинномерной гибкой колонны типа «разные трубы в трубе» с наружной геометрией в виде эллипса из двух отдельных закрытых каналов с боковыми ламелями. На фиг. 13 показан элемент длинномерной гибкой колонны типа «трубы в ряд с перегородкой» с отдельными стандартным колтюбингом и стандартным бронированным электрокабелем скрепленных клямсами. На фиг. 14 показано изготовление варианта элемента длинномерной гибкой колонны (три закрытых канала) из двух штрипсов типа «три параллельные трубы с перегородками». На фиг. 15 показано изготовление варианта элемента длинномерной гибкой колонны (три закрытых канала) из двух штрипсов типа «разные трубы в трубе» с наружной геометрией в виде окружности.
Элемент длинномерной гибкой колонны состоит из двух профилированных и сваренных между собой особым образом штрипсов (А и В), причем процесс изготовления многоканальной длинномерной гибкой колонны может состоять из одного или из нескольких этапов профилирования (формоизменения) и сварки, различные варианты которых и способы их изготовления приведены ниже.
Первый вариант элемента длинномерной гибкой колонны и способ ее изготовления из двух штрипсов А и В (рулонов металлической полосы) по типу «каналы в ряд с перегородкой» включает на первом этапе раздельное профилирование (формирование) обоих штрипсов по расчетной геометрии и последующее сваривание профилированных штрипсов друг к другу в расчетных местах (фиг. 1). На втором этапе полученную сварную двухштрипсовую заготовку повторно профилируют и приваривают противоположные продольные кромки друг к другу (фиг. 2) с получением элемента длинномерной гибкой колонны, в котором закрытые каналы 1 и 2 соединены между собой соединительной перегородкой 3, имеющей двойную толщину штрипса. Соединительная перегородка 3 имеет отверстия 4 и предназначена для жесткого соединения двух гидравлических закрытых каналов 1 и 2 и для возможности частичного переноса усилия давления траков инжектора с тела трубы на перегородку 3, частичного или полного переноса усилия веса всей колонны с тела труб на перегородку 3 за счет зубчатых силовых элементов с зубьями под отверстия 4 соединительной перегородки 3, возможности применения элеваторов с пальцами под отверстия 4 соединительной перегородки 3, возможности легкой и надежной установки дополнительных сервисных каналов в виде эластичной ленты 25 и/или 26 к соединительной перегородке 3 во время спуска в скважину и легкого и надежного их разъединения при подъеме из скважины, возможности ремонта длинномерной колонны (отрезание отбракованной трубы по соединительной перегородке 3 и последующая сварка к ней аналогичной гибкой трубы). При работе на глубоких скважинах и с тяжелой колонной для возможности переноса большей части или полностью усилия давления траков инжектора с тела трубы на соединительную перегородку 3, а также, переноса усилия веса колонны с тела трубы на соединительную перегородку 3, на последнюю с одной или с двух сторон могут быть приварены или соединены на заклепках дополнительные металлические силовые ленты (не показано), что позволит увеличить срок службы закрытых каналов и самой колонны труб. Как частный случай первого варианта возможно изготовление трехканальной версии элемента длинномерной гибкой колонны (фиг. 14) с двумя соединительными перегородками и с разными диаметрами закрытых каналов.
Второй вариант элемента длинномерной гибкой колонны и способ ее изготовления из двух штрипсов А и В (рулонов металлической полосы) по типу «канал в канале» включает на первом этапе раздельное профилирование обоих штрипсов по расчетной геометрии и последующее приваривание профилированных штрипсов друг к другу в расчетных местах (фиг. 4) с образованием стыковочной перегородки 5. На втором этапе полученную двухштрипсовую заготовку повторно профилируют и приваривают короткие противоположные продольные кромки друг к другу (фиг. 5) с получением малого канала закрытого сечения 6. На третьем этапе полученную двухштрипсовую заготовку с каналом закрытого сечения 6 повторно профилируют и приваривают длинные противоположные продольные кромки друг к другу (фиг. 6) с получением большего канала закрытого сечения 7, в котором малый канал закрытого сечения 6 находится внутри него, зафиксированный с ним стыковочной перегородкой 5, причем сварочные швы и центры каналов 6 и 7 и стыковочная перегородка 5 расположены на средней линии поперечного сечения двухканальной колонны. Как частный случай второго варианта возможно изготовление трехканальной версии элемента длинномерной гибкой колонны с двумя стыковочными перегородками (фиг. 15). Больший канал также может иметь форму эллипса в поперечном сечении.
Третий вариант элемента длинномерной гибкой колонны и способ ее изготовления из двух штрипсов А и В по типу «два канала плюс» включает на первом этапе раздельное профилирование обоих штрипсов по расчетной геометрии методом раздельного профилирования каждого штрипса с последующей сваркой продольных кромок каждого штрипса между собой с образованием двух раздельных закрытых каналов 8 и 9, при этом каждый из этих закрытых каналов имеет в поперечном сечении месяцеобразную форму (фиг. 7), состоящую из двух дуг окружности, соединенных между собой концами и обращенных выпуклостями в одну сторону, или с образованием двух раздельных закрытых каналов 10 и 11, имеющих форму полуколец (фиг. 8), причем каждое полукольцо состоит из двух дуг окружностей разного радиуса, концы которых соединены между собой диаметральными плоскостями 13, при этом образованные два закрытых раздельных канала 10 и 11 сварены друг с другом в местах их продольного зеркального совмещения с образованием дополнительного закрытого канала 12 между ними.
Четвертый вариант элемента длинномерной гибкой колонны и способ ее изготовления из двух штрипсов А и В по типу «два совмещенных канала» включает раздельное профилирование каждого штрипса по расчетной геометрии и последующее сваривание своих продольных кромок друг с другом с образованием двух отдельных одноштрипсовых трубных каналов закрытого сечения 14 и 15 в виде полукругов (фиг. 9), которые сварены друг с другом в местах их продольного зеркального совмещения с образованием разделительной перегородки 16 с толщиной равной двойной толщине штрипса и с внешним поперечным сечением элемента длинномерной гибкой колонны в виде окружности.
Пятый вариант элемента длинномерной гибкой колонны и способ ее изготовления из двух штрипсов А и В по типу «канал в канале» включает на первом этапе раздельное профилирование обоих штрипсов по расчетной геометрии и последующую сварку продольных кромок к телу профилированных штрипсов в расчетных местах (фиг. 10) с получением двух одинаковых сварных заготовок имеющими стыковочные перегородки 17 и 18, закрытые каналы 19 и 20, боковые продольные ламели 21 и 22. На втором этапе боковые продольные ламели 21 и 22 обеих сварных заготовок повторно профилируют и сваривают продольные кромки боковых продольных ламелей с противоположными стыковочными перегородками 17 и 18 (фиг. 11) с образованием дополнительного закрытого канала 23, внутри которого находятся закрытые каналы 19 и 20. Сварочные швы, стыковочные перегородки 17 и 18, центры каналов 19 и 20 расположены на средней линии поперечного сечения. Больший канал, образованный боковыми продольными ламелями 21 и 22, также может иметь форму эллипса в поперечном сечении (фиг. 12).
В первом варианте на соединительной перегородке 3 между закрытыми каналами 1 и 2 отверстия 4 имеют определенную геометрию и через определенный шаг (фиг. З). Отверстия 4 служат для образования замкового соединения с выступами 24, например, в виде «грибков» на эластичной сервисной ленте 25. Материал «грибков» может быть эластичным или твердым, когда «грибок» выполнен в виде цанги. Конфигурация «грибков» может быть конусной, шарообразной и т.д., а сам «грибок» может частично выходить на противоположную сторону соединительной перегородки 3, а противоположная лента 26 должна иметь соответствующие углубления 27 под выступы 24 первой сервисной ленты 25 или быть заподлицо с ней. Количество отверстий 4 в два раза превышает количество выступов 24, что позволяет расположить на противоположной стороне соединительной перегородки 3 другую аналогичную эластичную сервисную ленту 26 со сдвигом на одно отверстие в соединительной перегородке 3. В самих сервисных лентах 25 и 26 могут быть расположены сервисные каналы (электрические 30, оптоволоконные 28, капиллярные 29 и т.д.). Вместо гибких сервисных лент 25 и 26 в пространстве между закрытыми каналами 1 и 2 и соединительной перегородкой 3 могут размещаться стандартные колтюбинги 31 и/или стандартные бронированные электрические кабели 32, соединенные клямсами 34 (фиг. 13), что позволит осуществлять одновременно-раздельную эксплуатацию нескольких пластов различными методами мехдобычи. В третьем варианте эластичная лента 33 с сервисными каналами (электрическими, капиллярными и т.д.) расположена неподвижно в дополнительном закрытом канале 12 (фиг. 7). Дополнительный закрытый канал 12 может быть заполнен, например, маслом, который уменьшает вес находящейся в ней сервисной эластичной ленты 33, а давление гидростатического столба масла компенсирует большую часть давления гидростатического столба скважинной жидкости в закрытых каналах, а также служит дополнительным каналом для обеспечения маслом погружное оборудование (насосы, двигатели, компенсаторы и т.д.). В другом варианте гибкая сервисная лента 35 может располагаться подвижно в одном из закрытых каналов (фиг. 11). При изготовлении одного штрипса из стали с высокими прочностными свойствами на растяжение, а второго штрипса из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие, намотка на барабан может осуществляться профилированной частью штрипса, изготовленного из стали с высокими пластичными свойствами на сжатие. Это может быть применено и на дополнительные металлические силовые ленты, приваренные или соединенные на заклепках к соединительной перегородке 3, где марка стали подбирается в зависимости от места нахождения силовой ленты (в зоне сжатия или растяжения) при намотке на барабан. Один из закрытых каналов может использоваться для размещения дополнительных гидроканалов по типу «труба в трубе» для гидропроводных погружных насосов, длинномерной штанги в масляной ванне для погружного плунжерного или винтового насосов, электрического силового кабеля с капиллярным трубопроводом для погружных электроприводных центробежных и винтовых насосов. Во всех трех случаях масло также может использоваться для его подвода к смазываемым узлам погружного оборудования.
Все вышеперечисленные варианты элементов длинномерных гибких колонн и способы их изготовления не исключают другие технологические операции, необходимые для производства длинномерных гибких труб, таких, как обработка кромок, нагревание, калибрование и т.д. Все эти варианты элементов длинномерных гибких колонн могут применяться как для проведения технологических операций на скважинах, так и для добычных схем и компановок, включая сложные варианты, такие как, одновременно-раздельная эксплуатация нескольких пластов.
Все варианты элементов 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.