КОЛОННА ОБСАДНАЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к обсадным колоннам, используемым в процессе бурения нефтяных и газовых скважин.
В условиях нарастания потребления земных запасов углеводородного сырья, с учетом всевозможного варьирования и разнообразия составов добываемого сырья, вопрос технологического оснащения бурильных нефтяных скважин легкомонтируемыми обсадными трубами продолжает оставаться одним из актуальных вопросов современности.
Обсадная колонна, составляемая из обсадных труб, подвергается воздействию наружного давления жидкости, газа в пластах, горных породах, влияние которых особенно сказывается в глинистых и соляных отложениях; воздействию внутреннего давления нефти, газа, а также бурового раствора, собственной массы и усилия натяжения колонн, обусловленного влиянием температуры и давления, и др. Длины, диаметры и число обсадных колонн определяются геологическими условиями бурения (градиентом давления гидравлического разрыва пласта, пластовыми давлениями, устойчивостью разбуриваемых пород и др.), уровнем техники и технологии строительства скважин, условиями предупреждения и ликвидации возможных осложнений и аварий и др.
Обсадные трубы, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин, изготовляются в основном из стали с двумя нарезанными концами и навинченной муфтой на одном конце (иногда безмуфтовые с раструбным концом). Резьба труб выполняется конической, треугольной или специального трапецеидального профиля. Для создания герметичности при высоких давлениях нефти и газа (более 30 МПа) применяются соединения с уплотнительными элементами.
К недостаткам обсадных труб, изготовленных из стали, относятся большая масса, низкая коррозионная стойкость и сложность их монтажа, вызванная применением соединительных муфт.
Прототипом заявленного решения является механическое неразъемное соединение труб, описанное в полезной модели RU 6855 U1, 16.06.1998. Соединение происходит по типу пространственной клиновой ступенчатой заделки. Конструктивные элементы соединения выполнены на соединяемых телах (трубах) в виде прямого и ответного ступенчатых зубчатых конусов типа "елочка" с острым углом при вершине, при этом каждый зуб сформирован на образующей конуса в виде симметричной относительно образующей наклонной и горизонтальной линии, а окончание горизонтальной части каждого предыдущего зуба служит началом аналогичной части каждого последующего.
Недостатком прототипа является отсутствие решений, обеспечивающих малую массу обсадной колонны и повышение ее коррозионной стойкости.
Техническим результатом заявленной полезной модели является уменьшение веса обсадной колонны и повышение ее коррозионной стойкости.
2
2
в
Для достижения указанного технического результата предлагается колонна обсадная, состоящая из обсадных труб, неразъемно соединенных между собой по типу пространственной клиновой зубчатой защелки, в которой обсадные трубы изготовлены из термоупрочняемого алюминиевого сплава системы А1-Zn-Mg с удельным весом 2,8 кг/мм и пределом прочности σ≥45 кг/мм, при этом толщин стенок труб не менее 15 мм.
Пространственная клиновая зубчатая защелка обеспечивается путем формирования прямых на наружной и ответных на внутренней сторонах труб концентрических кольцевых зубчатых конусов, при этом каждый зуб сформирован на образующей конуса в виде симметричной относительно образующей наклонной и горизонтальной линии, а окончание горизонтальной части каждого предыдущего зуба служит началом аналогичной части каждого последующего. Количество зубчатых конусов определяется необходимой надежностью соединения - неразъемное плотное соединение.
2
2
в
Изготовление труб для обсадной колонны из термоупрачняемого алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg с удельным весом 2,8 кг/мм и пределом прочности σ≥45 кг/мм позволит существенно снизить вес всей конструкции и повысить ее коррозионную стойкость с сохранением надежности функционирования колонны в сравнении с трубами, изготовленных из стали.
Пример предлагаемой конструкции колонны обсадной показан на фигуре.
Колонна обсадная состоит из труб 1, выполненных из алюминиевого сплава системы Al-Zn-Mg и имеющих на внутренней и наружной сторонах концентрические кольцевые зубчатые конусы.
Соединение труб 1 обеспечивается путем замыкания между собой прямых и обратных концентрических кольцевых зубчатых конусов, расположенных соответственно на внешней и внутренней сторонах разных труб - пространственная клиновая зубчатая защелка. Чтобы данное соединение являлось плотным и неразборным необходима толщина стенок не менее 15 мм. Замыкание труб 1 можно обеспечить, например, гладким коническим толкателем 2.
Для повышения надежности соединения труб 1 возможно нанесение клея или холодной сварки на зубчатые конусы.
Сборка колонны возможна как и на земле, так и внутри скважины. Количество труб 1 зависит от требуемой длины колонны.
Для придания повышенных прочностных и коррозионных свойств материал трубной заготовки подвергают дополнительному перестариванию.
При таком способе изготовления труб 1 обеспечивается их изотропность в долевом, поперечном и высотном направлениях в соотношении 1:0,95:0,9.