РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПЛАСТЫРЕЙ СИСТЕМЫ ЛИКВИДАЦИИ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для соединения тонкостенных бурильных и насосно-компрессорных труб, а также к устройствам для ликвидации негерметичности обсадных колонн нефтегазовых скважин.
Известно безмуфтовое высокогерметичное резьбовое соединение бурильных труб, содержащее сопрягаемые конические поверхности, на которых выполнена трапецеидально-упорная резьба, а также дополнительные конические поверхности с различными значениями конусности, образующие радиальные узлы уплотнения типа "металл-металл" (патент на полезную модель РФ №99053, Е21В, опубл. 10.11.2010).
Недостатком данного устройства является невозможность использования труб с одинаковыми внутренними и внешними диаметрами, что необходимо для создания, например, наращиваемых металлических пластырей, применяемых в системах ликвидации негерметичности обсадных колонн.
Известно также резьбовое соединение тонкостенных бурильных труб с одинаковыми внутренними и внешними диаметрами, каждая из которых имеет на концах внутреннюю и наружную коническую резьбу, причем профиль сечения резьбы представляет собой низкопрофильную неравнобедренную трапецию с незакругленными углами, при этом внутренняя резьба имеет конический упорный уступ, а наружная резьба - конический упорный торец, которые предназначены для обеспечения повышенной сопротивляемости резьбового соединения изгибающим и осевым нагрузкам (патент на полезную модель RU 78854, E21D 17/042, F16L 15/00, опубл. 10.12.2008).
К недостаткам указанного технического решения следует отнести негарантированную герметизацию резьбового соединения, а также невозможность радиального расширения (по сути - холодной деформации) труб с такой резьбой с целью их использования в качестве пластыря достаточно большой протяженности для ликвидации негерметичности обсадных колонн.
Наиболее близким по технической сущности решением является система расширяющихся труб "MaxWell", предназначенная для ликвидации негерметичности обсадных колонн, включающая последовательно свинчиваемые между собой при помощи специальной резьбы тонкостенные трубы (пластыри) из вязко-пластичных сталей, при этом резьбовые соединения труб после их расширения сохраняют механическую прочность и герметичность (журнал "Бурение и нефть" №10 за 2015 г.; журнал "Вестник Ассоциации буровых подрядчиков" №3 за 2015 г.). Низкий профиль конической трапецеидальной скругленной резьбы, выполненной на концах тонкостенных труб (пластырей) позволяет сохранять механические свойства резьбы и повышает ее герметичность в процессе расширения указанных труб специальным устройством - раздаточным инструментом (конусом).
Однако герметичность такого резьбового соединения не может быть гарантирована при давлениях 100…150 атм. в процессе опрессовки и, например, при высоких пластовых давлениях в скважине, поскольку при изготовлении труб неизбежны неравномерность толщины стенки, микротрещины и отклонения от геометрии, что влияет на качество выполнения резьбы, а герметичность резьбового соединения обеспечивается только за счет прижатия ответных поверхностей витков резьбы друг к другу. Таким образом, имеет место уплотнение типа "металл-металл", причем оба металла одинаковы. Как известно из уровня техники, уплотнения типа "металл-эластомер" являются более надежными и универсальными.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение герметичности резьбового соединения пластырей системы ликвидации негерметичности обсадных колонн.
Поставленная задача решается тем, что в резьбовое соединение пластырей системы ликвидации негерметичности обсадных колонн включает сочленяемые последовательно тонкостенные трубы одинаковой геометрии, у каждой из которых один конец выполнен в виде ниппеля с наружной трапецеидально-упорной конической резьбой, а другой - в виде муфты с аналогичной внутренней резьбой, при этом ниппель и муфта снабжены соответственно наружной и внутренней кольцевыми канавками, расположенными непосредственно после сбега резьбы. Кроме того, в кольцевых канавках ниппеля и муфты расположены уплотнительные кольца, предпочтительно круглого сечения, из термостойкого эластомера, например из силиконовой резины.
Предпочтительный вариант исполнения полезной модели описывается конкретным примером изготовления резьбового соединения пластырей системы ликвидации негерметичности обсадных колонн, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность получения технического результата на основе представленных чертежей.
На фиг. 1 показана принципиальная схема резьбового соединения пластырей системы ликвидации негерметичности обсадных колонн.
1 - пластырь;
2 - кольцевой уплотнитель.
На фиг. 2 представлена конструктивная схема резьбового соединения пластырей на виде "A" в масштабе увеличения с использованием радиальных уплотнений при помощи эластичных колец.
3 - внутреннее уплотнительное кольцо (на муфте);
4 - наружное уплотнительное кольцо (на ниппеле).
На фиг. 3 изображен фрагмент пластыря с внутренней конической резьбой (муфта).
На фиг. 4 дан фрагмент пластыря с наружной конической резьбой (ниппель).
Резьбовое соединение системы ликвидации негерметичности обсадных колонн содержит последовательно свинчиваемые пластыри 1, которые представляют собой тонкостенные трубы из низколегированных малоуглеродистых сталей, имеющих повышенную пластичность и низкую склонность к образованию трещин при холодной деформации. Снаружи на концах каждой трубы расположены, например, привулканизированные, кольцевые уплотнители 2 из эластомера со свойствами набухания в водной или нефтяной среде. На одном конце каждого пластыря 1 выполнена внутренняя коническая низкопрофильная трапецеидально-упорная резьба, на другом конце - такая же наружная резьба. Таким образом, при последовательном свинчивании пластырей 1 один конец является муфтой для последующей трубы, а другой - ниппелем для предыдущей (фиг. 1). В муфте с торца имеется цилиндрическая расточка диаметром D, затем нарезана коническая трапецеидально-упорная низкопрофильная резьба с направлением конусности вглубь трубы, а после сбега резьбы выполнена еще одна цилиндрическая расточка диаметром d, в которой прорезана внутренняя кольцевая канавка под уплотнительное кольцо (фиг. 2 и 3). В ниппеле с торца выполнен цилиндрический участок, сопрягаемый с расточкой диаметром d муфты, затем идет участок с ответной наружной конической резьбой, затем после сбега резьбы следует цилиндрическая шейка с канавкой под уплотнительное кольцо, сопрягаемая с соответствующей расточкой диаметром D муфты (фиг. 2 и 4).
Предлагаемое резьбовое соединение работает следующим образом.
Перед свинчиванием пластырей 1 друг с другом в соответствующие кольцевые канавки закладываются эластичные уплотнительные кольца 3 и 4, например, из высокотемпературной силиконовой резины с соблюдением правил выполнения радиальных уплотнений, при этом первый (самый нижний) пластырь 1 предварительно монтируется с узлом запуска расширения системы ликвидации негерметичности обсадных колонн (на рисунках не показан). После свинчивания пластырей 1 полученная требуемой длины сборка доставляется к месту ликвидации негерметичности обсадной колонны, где при помощи расширяющего конуса (не показан), протягиваемого через всю длину внутри свинченных пластырей 1, происходит процесс их расширения, т.е. увеличения радиальных размеров пластырей 1, в результате которого последние вплотную прижимаются к стенкам обсадной колонны, сжимая кольцевые уплотнители 2, за счет чего и происходит ликвидация негерметичности обсадной колонны. При расширении пластырей 1 одновременно происходит и расширение резьбовых соединений с сохранением геометрии в продольных сечениях, при этом сохраняются их механическая прочность и герметичность. За счет герметизации типа "металл-эластомер" при помощи уплотнительных эластичных колец 3 и 4, размещенных внутри каждого из резьбовых соединений, повышается герметичность устройства при испытательных давлениях в 100…150 атм, при скачках давления, при воздействии агрессивных реагентов, при деформации сборки пластырей 1, а также продлевается срок службы системы в целом.
Приведенный выше вариант конкретного выполнения предлагаемого технического решения не является единственно возможным. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия полезной модели, определяемой прилагаемой формулой.
Элементы заявленной конструкции резьбового соединения пластырей системы ликвидации негерметичности обсадных колонн могут быть изготовлены промышленным способом с использованием современных материалов и технологий на предприятиях, выпускающих комплектующие узлы для разработки нефтегазовых скважин.