УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ
CASING PIPES CONNECTION ASSEMBLY

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к оборудованию, используемому в сочетании с операциями, осуществляемыми в подземных скважинах, и в частности к соединениям коррозионностойких и износостойких разъемов обсадных труб для соединения стволов скважин.
Добыча углеводородов возможна через скважину, пересекающую подземный массив. Ствол скважины может являться многосторонним стволом скважины, включающим ствол основной или родительской скважины и ствол одной и более боковой скважины, которая идет от ствола родительской скважины. Как правило, после установки колонны обсадных труб в стволе родительской скважины, в ствол скважины может быть опущен отклонитель для бурения боковых скважин, и установлен в месте, в котором необходимо выполнить бурение бокового ствола скважины. Затем в отклонитель для бурения боковых скважин опускается одна или несколько фрез, которые отклоняются в боковом направлении для проникновения в разъем обсадной колонны, который выполнен на колонне обсадных труб, формируя, таким образом, окно, через которое буровое долото может образовать боковую скважину.
Соединения обсадных колонн, как правило, выполнены из высокопрочных материалов, которые не подвержены коррозии и, таким образом, устойчивы к воздействию коррозионных скважинных флюидов, которые могут присутствовать в подземной среде, таких как сероводород и двуокись углерода. Однако просверливание окна через такие высокопрочные материалы может быть затруднительным и может образовывать осколки и/или стружку, что может помешать удалению отклонителя для бурения боковых скважин после просверливания должным образом окна в соединении обсадной колонны. Такие осколки и/или стружка могут также закупоривать устройства для регулирования дебита скважины, повреждать уплотнения, блокировать седла уплотнителей и мешать установке компонентов в родительской скважине ниже уровня соединения обсадной колонны.
Для снижения или устранения загрязнения иногда используются соединения обсадных колонн с предварительно высверленными окнами, но, как правило, они должны также включать потайную колонну или муфту для предупреждения попадания частиц из ствола скважины во внутренний диаметр колонны обсадных труб при установке. Потайная колонна может быть выполнена из стеклопластика, который легко просверлить и который оставляет меньше отходов по сравнению с просверливанием соединения обсадной трубы, выполненной из высокопрочного материала. При этом стеклопластиковые потайные колонны могут ломаться при условиях высокого давления, которое имеет место в подземной среде. Соответственно, может потребоваться дополнительная поддержка в виде алюминиевой муфты. Однако алюминиевые муфты подвержены преждевременному износу, пока ствол родительской скважины еще бурится. Также возможна гальваническая коррозия алюминиевого материала при соединении со стальной частью колонны обсадных труб. В частности, алюминиевый материал может играть роль анода при гальваническом контакте со сталью и, как правило, имеет более низкую коррозионную устойчивость и износостойкость по сравнению со сталью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Ниже приведены фигуры для иллюстрации определенных аспектов настоящего изобретения, которые не следует рассматривать как исключительные варианты реализации изобретения. Предмет раскрытого изобретения может включать множество модификаций, отличий, комбинаций и эквивалентов по форме и функции, не отклоняясь от объема данного изобретения.
Фиг. 1 иллюстрирует пример скважинной системы, в которой могут быть реализованы принципы настоящего изобретения в соответствии с одним и более вариантами реализации.
Фиг. 2 иллюстрирует вид части системы скважины, приведенной на Фиг. 1 в увеличенном масштабе.
Фиг. 3 иллюстрирует боковой вид в поперечном сечении примера узла соединения обсадной трубы в соответствии с одним и более вариантами реализации изобретения.
Фиг. 4 иллюстрирует боковой вид в поперечном сечении другого примера узла соединения обсадной трубы в соответствии с одним и более вариантами реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к оборудованию, используемому в сочетании с операциями, осуществляемыми в подземных скважинах, и в частности к соединениям коррозионностойких и износостойких разъемов обсадных труб для соединения стволов скважин.
Описанные в настоящем документе варианты реализации изобретения приводят узел соединения обсадной трубы, который содержит разъем обсадной трубы и верхнюю и нижнюю соединительные муфты, при том, что соединительные муфты обеспечивают гальваническую изоляцию разъема обсадной трубы от верхней и нижней частей обсадной колонны. Каждая соединительная муфта содержит первую и вторую части, выполненные из различных материалов (например, металлов), скрепленных между собой по контактной поверхности. В ряде случаев контактная поверхность может быть выполнена сваркой взрывом и соединять различные материалы. В других случаях контактная поверхность может быть образована путем фрикционной сварки и соединять различные материалы. На каждую контактную поверхность может быть нанесено внутреннее и/или наружное покрытие для повышения коррозионной устойчивости соединительных муфт, которые в противном случае могут быть подвержены гальванической коррозии под воздействием скважинной среды. В результате образуется барьер между оставшимися частями разъема обсадной трубы и верхней и нижней частями обсадной трубы, повышая, таким образом, шансы на использование алюминия, например, в качестве части обсадной трубы без нарушения целостности обсадной трубы. Внутреннее и/или наружное покрытия могут дополнительно обеспечивать степень износоустойчивости верхней и нижней частей соединительной муфты и разъема обсадной трубы.
Для вариантов реализации изобретения, описанных в настоящем документе, обеспечивается преимущество, состоящее в устранении необходимости определять положение обсадной трубы и разъема обсадной трубы относительно определенного углового положения для образования выходного отверстия в обсадной трубе. В частности, в некоторых более ранних вариантах разъемов обсадных труб были выполнены предварительно высверленные отверстия в качестве выходных отверстий в обсадной трубе. В случае предварительно высверленного в обсадной трубе выходного отверстия оператор должен выполнить выравнивание положения обсадной трубы внутри ствола скважины по углу таким образом, чтобы предварительно высверленное выходное отверстие в обсадной трубе было должным образом сориентировано в определенном угловом направлении. Однако в соответствии с настоящим раскрытием изобретения гальванически изолированный разъем обсадной трубы не включает предварительно высверленное выходное отверстие обсадной трубы, а наоборот, расположен по всей окружности ствола скважины, таким образом устраняя необходимость углового выравнивания обсадной трубы.
Ссылаясь на Фиг. 1, проиллюстрирован пример скважинной системы 100, в которой могут быть реализованы принципы настоящего изобретения в соответствии с одним и более вариантами реализации изобретения. Как проиллюстрировано, скважинная система 100 может содержать морскую платформу для добычи нефти и газа 102, расположенную по центру над погруженным подземным месторождением 104, расположенным под морским дном 106. В то время как описание скважинной системы 100 приведено в сочетании с морской платформой по добыче нефти и газа 102, следует принимать во внимание, что описанные в настоящем документе варианты реализации изобретения одинаково хорошо подходят для использования в случае других буровых установок, например наземных буровых установок или буровых установок, расположенных на любых других географических площадках. Платформа 102 может являться буровой установкой полупогружного типа, а подводный трубопровод 108 может выходить через верхнее строение 110 платформы 102 к установке устья скважины 112, которая содержит один и более противовыбросовых превенторов 114. На платформе 102 установлено подъемное устройство 116 и буровая вышка 118 для подъема и опускания трубной колонны, например, как бурильной колонны 120 внутри подводного трубопровода 108.
Как проиллюстрировано на фигуре, основная скважина 122 была пробурена через толщи различных пластов, включая породу 104. Понятия "родительская" и "основная" скважина использованы в настоящем документе для обозначения скважины, из которой выполняется бурение другой скважины. Однако следует отметить, что родительская, или основная, скважина не обязательно должна доходить до поверхности земли, а может также являться ветвью другой скважины. Колонна обсадных труб 124 по меньшей мере частично зацементирована в главной скважине 122. Понятие "колонна обсадных труб" используется для обозначения трубного элемента или трубопровода, используемого для направления скважины. Колонна обсадных труб 124 может являться известной специалистам в данной области техники "потайной колонной" и может быть разделена на части или быть непрерывной, например, как гибкая НКТ.
Разъем обсадной трубы 126 может связывать между собой удлинение верхней и нижней длин или секций колонны обсадных труб 124 и может быть расположен в необходимом месте внутри скважины 122, в месте для бурения ветви или боковой скважины 128. Понятия "ветвь" и "боковая" скважина использованы для обозначения скважины, которая пробурена во внешнюю сторону от точки пересечения с другой скважиной, например, родительской или основной скважиной. Кроме того, ветвь, или боковая скважина, могут иметь еще одну ветвь, или боковую скважину, выбуренную из них. Узел отклонителя для бурения боковых скважин 130 может быть установлен в колонне обсадных труб 124 и закреплен в ней или рядом с разъемом обсадной трубы 126. Узел отклонителя для бурения боковых скважин 130 может выполнять отклонение одного и более режущих инструментов (т.е. фрез) во внутреннюю стенку разъема обсадной трубы 126 таким образом, чтобы можно было образовать сквозное выходное отверстие 132 в необходимом месте по окружности трубы. Выходное отверстие 132 в разъеме обсадной трубы 126 представляет собой "окно", через которое можно ввести один и более режущих инструментов (т.е. буровые долота) для выполнения бурения боковой скважины 128.
Специалистам в данной области должно быть ясно, что даже учитывая то, что Фиг. 1 иллюстрирует вертикальную секцию основной скважины 122, варианты реализации изобретения, описанные в настоящем раскрытии изобретения, одинаково применимы для использования в скважинах с другими конфигурациями по направлениям, включая горизонтальные скважины, скважины с отклонением и уклоном. Кроме того, применение понятий, определяющих направление, например, как выше, ниже, верхний, нижний, вверх, вниз, вверх по стволу скважины, вниз по стволу скважины и аналогичных им, выполнено в отношении проиллюстрированных вариантов реализации изобретения, как показано на фигурах, направление вверх по стволу скважины является направлением к поверхности скважины, а вниз по стволу скважины - направлением к призабойной зоне скважины.
Ссылаясь на Фиг. 2, которая подразумевает ссылку на Фиг. 1, проиллюстрирован укрупненный вид разъема или пересечения основной скважины 122 и боковой скважины 128. Как проиллюстрировано, узел отклонителя для бурения боковых скважин 130 может быть соединен с или другим образом установлен смежно с различными инструментами и/или трубчатыми элементами 202 по их длине либо может быть установлен внутри или соединен с частью колонны обсадных труб 124. Такие инструменты и/или трубчатые элементы 202 могут содержать, например, соединяющую защелку, выравнивающую втулку, центрирующий переводник обсадной трубы, и может, соответственно, определять необходимый угол по окружности и ориентацию для формирования выходного отверстия 132 в колонне обсадных труб. Как проиллюстрировано, узел отклонителя для бурения боковых скважин 130 может содержать поверхность дефлектора 204, используемую для направления режущего инструмента, например фрезы, в боковую стенку разъема обсадной трубы 126 для образования окна или сквозного выходного отверстия 132 в обсадной трубе.
Как было указано выше, разъем обсадной трубы 126 может быть присоединен к или другим образом установлен в колонне обсадных труб 124. В частности, колонна обсадных труб 124 может содержать верхнюю секцию обсадной трубы 206а и нижнюю секцию обсадной трубы 206b, а разъем обсадной трубы 126 может быть выполнен между ними или иным образом обеспечивать соединение верхней и нижней секций обсадной трубы 206a,b. В отдельных вариантах реализации изобретения каждый из концов разъема обсадной трубы 126 может иметь резьбовое соединение с верхней и нижней секциями обсадной трубы 206a,b соответственно.
Колонна обсадных труб 124, включая верхнюю и нижнюю секции обсадной трубы 206a,b, может быть выполнена из коррозионно-устойчивого первого материала, например, как, но не ограничиваясь 13 хромистой сталью, суперхромистой сталью 13, другими нержавеющими сталями, сталями класса АНИ (Американский нефтяной институт) (например, P110, L80, и т.п.), или сплавом никеля. Однако разъем обсадной трубы 126 может быть выполнен с применением более мягкого второго материала, не аналогичного первому материалу, или наоборот, материала, более податливого для обработки, чем первый материал колонны обсадной трубы 124. Более мягкий материал разъема обсадной трубы 126 может обеспечить более удобное образование выходного отверстия 132 обсадной трубы для начала образования бокового ствола скважины 128. Подходящие материалы для разъема обсадной колонны 126 включают, не ограничиваясь указанным, алюминий, сплав алюминия (например, алюминий 7075, алюминий 6061 и аналогичные им), медь, сплав меди, сплав магния, титан, автоматная сталь, чугун, сплавы низкоуглеродистой стали (например, сплав стали 1026, сплав стали 4140, и аналогичные им), их сочетания и аналогичные им.
При погружении в проводящий раствор электролита, такого, как среда в стволе скважины, обычная для подземной среды, такой, как в стволе родительской скважины 122, контакт металл-металл между разнородными металлическими материалами разъема обсадной трубы 126 и верхней и нижней секций обсадной трубы 206 a,b, может превратить разъем обсадной трубы 126 в анод, что приведет к гальванической коррозии разъема обсадной трубы 126. Однако согласно приведенным в описании вариантам реализации изобретения разъем обсадной трубы 126 может быть гальванически изолирован от верхней и нижней секций обсадной трубы 206a,b, и, таким образом, снизить или полностью исключить гальваническую коррозию разъема обсадной трубы 126. В частности, разъем обсадной трубы 126 может образовывать часть узла соединения обсадной трубы, обеспечивая таким образом гальваническую изоляцию разъема обсадной трубы 126 от колонны обсадной трубы 124. Раскрытый в настоящем описании вариант реализации изобретения узла соединения обсадной колонны также может обеспечивать более высокую устойчивость к износу разъема обсадной колонны 126, улучшая таким образом структурную целостность и срок службы разъема обсадной колонны 126.
Ссылаясь на Фиг. 3, проиллюстрирован боковой вид в поперечном сечении примера узла соединения обсадной трубы 300 в соответствии с одним и более вариантами реализации изобретения. Узел соединения обсадной трубы 300 (далее по тексту документа "узел 300") следует понимать в соответствии с Фиг. 1 и 2, где аналогичные цифровые обозначения соответствуют аналогичным элементам или компонентам, без повторного приведения подробного объяснения. Как проиллюстрировано, узел 300 может содержать разъем обсадной трубы 126, установленный между или иным образом соединяющий верхнюю и нижнюю секции 206 a, b колонны обсадной трубы 124. Узел 300 может дополнительно содержать верхнюю соединительную муфту 302а и нижнюю соединительную муфту 302b. Верхняя соединительная муфта 302а может находиться между или иным образом соединять разъем обсадной трубы 126 с верхней секцией обсадной трубы 206a, а нижняя соединительная муфта 302b может находиться между или иным образом соединять разъем обсадной трубы 126 с нижней секцией обсадной трубы 206b. Соответственно, верхняя соединительная муфта 302а может быть соединена с верхним концом 303а разъема обсадной трубы 126, а нижняя соединительная муфта 302b может быть соединена с нижним концом 303b обсадной трубы 126.
Конфигурация и функционирование верхнего и нижнего концов соединительных муфт 302a,b могут быть одинаковыми или практически одинаковыми. Таким образом, ниже приведено описание конфигурации и функционирования только для верхней соединительной муфты 302а. Однако следует понимать, что такие же концепция и описание в равной мере применимы для нижней соединительной муфты 302b. Кроме того, также следует иметь в виду, что по меньшей мере в одном из вариантов реализации изобретения узел 300 может содержать только верхнюю соединительную муфту 302a без отступления от объема настоящего изобретения.
Верхняя соединительная муфта 302а может быть практически трубчатой и содержать верхнюю или первую часть 304а и нижнюю или вторую часть 304b. Как проиллюстрировано на фигуре, первая часть 304а может быть соединена с верхней секцией обсадной трубы 206a, а вторая часть 304b может быть соединена с верхним краем 303а разъема обсадной трубы 126. В частности, первая часть 304а может определять канавки или витки резьбы 306 по внутренней цилиндрической поверхности, а верхняя секция обсадной трубы 206а может определять соответствующие канавки или витки резьбы 308 на противоположенной наружной цилиндрической поверхности, при том, что первая часть 304а может иметь резьбовое соединение с верхней секцией обсадной трубы 206а. Аналогично вторая часть 304b может определять канавки или витки резьбы 310 по внутренней цилиндрической поверхности, а верхний конец 303а разъема обсадной трубы 126 может определять соответствующие канавки или витки резьбы 312 на противоположенной наружной цилиндрической поверхности, при том, что вторая часть 304b может иметь резьбовое соединение с разъемом обсадной трубы 126.
Фрагменты резьбового соединения на первой и второй частях 304a,b верхней секции обсадной трубы 206а и на разъеме обсадной трубы 126 могут иметь коническую форму, тем самым демонстрируя меньшую толщину поперечного сечения по соответствующим осевым концам. В итоге верхняя соединительная муфта 302а может быть посредством резьбы или другим образом прикреплена с противоположенных концов к секции обсадной трубы 206а и разъему обсадной трубы 126 без увеличения диаметра колонны обсадных труб 124 в месте узла 300. Кроме того, хотя Фиг. 3 иллюстрирует резьбовые соединения 306, 308, 310, 312, как определено для соответствующей цилиндрической поверхности (внутренней или наружной) верхней соединительной муфты 302a, верхней секции обсадной трубы 206a и разъема обсадной трубы 126, следует понимать, что резьбовые соединения 306, 308, 310, 312 могут также быть определены для противоположенной цилиндрической поверхности (внутренней или наружной) без отступления от объема и сущности изобретения.
Первая часть 304а может быть выполнена из материала, аналогичного материалу верхней секции обсадной трубы 206a, например из одного из материалов, указанных выше для первой части, ссылаясь на колонну обсадной трубы 124. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения как первая часть 304a, так и верхняя секция обсадной трубы 206a могут быть выполнены из нержавеющей стали или любого ее сплава. С другой стороны, вторая часть 304b может быть выполнена из материала, аналогичного материалу разъема обсадной трубы 126, например из одного из материалов, указанных выше ссылаясь на разъем обсадной трубы 126. Например, по меньшей мере в одном варианте реализации изобретения как вторая часть 304b, так и разъем обсадной трубы 126 могут быть выполнены из алюминия и его сплавов.
Первая и вторая части 304a,b могут быть скреплены вместе или другим образом связаны и уплотнены по контактной поверхности 314 таким образом, чтобы первая часть 304а и вторая часть 304b были зафиксированы между собой таким образом, чтобы верхняя соединительная муфта 302a образовывала монолитную цилиндрическую структуру. В некоторых вариантах реализации изобретения контактная поверхность 314 может быть образована сваркой взрывом или фиксацией первого материала первой части 304а на втором материале второй части 304b. Как известно в данной области техники, сварка взрывом или соединение является сваркой в твердом состоянии, которая может быть использована при металлургическом соединении различных металлов. В процессе реализованы силы контролируемого взрыва для прижатия поверхности одного метала (например, первого материала первой части 304a) к другому металлу (например, второму материалу второй части 304b), создавая таким образом атомную связь между различными металлами. При сварке взрывом могут применяться тонкие, ингибирующие диффузию промежуточные слои, например тантал и титан, позволяя использование стандартной сварочной установки и обеспечивая устойчивое к вакууму уплотнение между двумя различными металлами. В дополнение, сварка взрывом рассматривается как холодная сварка, которая позволяет выполнить соединения различных металлов без потери предсварочных металлургических и атомно-кристаллических свойств. Специалистам в данной области должно быть ясно, что сварка взрывом может быть полезной в случае, когда материал второй части 304b - это алюминий, который, как правило, не выдерживает высокие температуры обработки или производственного процесса. Кроме того, короткая длина первой и второй частей 304a,b может быть удобной для соединения взрывом, что ограничивается длиной или размером соединяемых материалов.
В других вариантах реализации изобретения контактная поверхность 314 может быть образована фрикционной сваркой материала первой части 304а на втором материале второй части 304b. Насколько известно в данной области техники, фрикционная сварка является процессом сварки в твердом состоянии с использованием перемешивающего инструмента для соединения первой металлической пластины (например, первого материала первой части 304a) со второй металлической пластиной из отличного материала (например, вторым материалом второй части 304b), противоположенной сопрягаемой поверхности. В процессе используется движение вверх-вниз активного инструмента (т.е. инструмента для сварки трением) по соединению встык между двумя металлическими пластинами или элементами, придавая эластичность металлу вокруг него и обеспечивая объединение металлов с образованием прочной металлургической связи. Аналогичным образом активный инструмент механически перемешивает два металлических элемента по поверхности соединения встык. Размягченный металлический материал (что достигается за счет повышенной температуры) может быть соединен путем механического давления, которое может быть оказано перемешивающим инструментом.
В некоторых вариантах реализации изобретения узел 300 может дополнительно содержать внутреннее покрытие 316, нанесенное по внутренней цилиндрической поверхности узла 300. В некоторых вариантах реализации изобретения внутреннее покрытие 316 может быть распространено в осевом направлении на контактную поверхность 314 между первой и второй частями 304a,b. Однако в других вариантах реализации изобретения внутреннее покрытие 316 может распространяться в осевом направлении по всей верхней соединительной муфте 302a и на небольшое расстояние на верхнюю секцию обсадной трубы 206a и разъем обсадной трубы 126, как это проиллюстрировано. В других вариантах реализации изобретения внутреннее покрытие 316 может быть нанесено в осевом направлении по всему узлу 300, включая верхнюю и нижнюю соединительные муфты 302a,b, разъем обсадной трубы 126, и на небольшое расстояние на верхнюю и нижнюю секции обсадной трубы 206a,b без отклонения от общей идеи и объема настоящего изобретения.
Хотя на Фиг. 3 проиллюстрирован вариант реализации изобретения с определенной толщиной или глубиной, применимой для внутренней цилиндрической поверхности (поверхностей) узла 300, следует понимать, что внутреннее покрытие 316 может иметь толщину в диапазоне от 0.038 мм (0,0015) дюймов до приблизительно 3,8 мм (0,15 дюймов). Соответственно, толщина внутреннего покрытия 316, как проиллюстрировано на Фиг. 3, должна рассматриваться не как ограничивающий вариант для настоящего описания изобретения, а только как приведенная в иллюстративных целях.
В некоторых вариантах реализации изобретения внутреннее покрытие 316 может быть выполнено для повышения износостойкости на разъеме обсадной трубы 126, защищая таким образом разъем обсадной трубы 126 полностью или частично от истирания или износа при контакте с различными скважинными инструментами, посредством которых перемещается узел 300. К скважинным инструментам, которые могут быть использованы для перемещения узла 300, могут относиться, например, бурильная труба, утяжеленные бурильные трубы, буровое долото, расширители, стабилизаторы, подъемные трубы, пакеры, экраны и инструменты для стимуляции. Внутреннее покрытие 316 может обеспечивать устойчивость к износу, поскольку такой скважинный инструмент вращается, перемещается или же через него проходит узел 300. Однако внутреннее покрытие 316 может быть выполнено из материала, который может быть фрезерован или/или просверлен, например, как выходное отверстие обсадной трубы 132 (Фиг. 1 и 2), которое при этом может быть выполнено в разъеме обсадной трубы 126, как было описано выше.
Внутреннее покрытие 316 может служить для повышения свойств устойчивости к коррозии узла 300. Например, первая часть 304а и верхняя секция обсадной трубы 206а могут быть выполнены из стали, а вторая часть 304b и разъем обсадной трубы 126 могут быть выполнены из алюминия. На контактной поверхности 314, где материалы первой и второй частей 304a,b входят в непосредственный контакт, вторая часть 304b может быть подвержена гальванической коррозии при погружении в раствор электролита, аналогичный присутствующему в среде подземной буровой скважины. В частности, материал второй части 304b может действовать как анод в среде подземной буровой скважины, которая может включать пресную воду, химические вещества, буровой флюид, растворы для завершения скважин, рапа (например, хлорид кальция, хлорид натрия, хлорид калия, бромид кальция, бромид калия и т.д.), или любую их комбинацию. Внутреннее покрытие 316, которое может иметь более высокую устойчивость к коррозии, чем у материала второй части 304b и разъема обсадной трубы 126, может быть нанесено по всей поверхности либо по части поверхности узла 300 для предупреждения или снижения гальванической коррозии. Тем не менее, следует понимать, что поскольку разъем обсадной трубы 126 не входит в непосредственный контакт с первой частью 304a или верхней секцией обсадной трубы 206a и, соответственно, не подвержен гальванической коррозии при воздействии электролита (т.е. среды в скважине), внутреннее покрытие 316 не требует нанесения по всей поверхности разъема обсадной трубы 126, но, тем не менее, может быть нанесено в целях обеспечения устойчивости к износу.
2
Внутреннее покрытие 316 может быть выполнено в различных формах либо из различных материалов, обеспечивающих повышение устойчивости к износу и/или коррозии для узла 300. Например, внутреннее покрытие 316 может быть выполнено из материала, который в условиях эксплуатации может быть непроводящим. По меньшей мере в одном из вариантов реализации изобретения внутренний слой 316 может быть выполнен покрытием анодированием, представлять из себя слой из анодированного материала или образованным другими способами анодирования, известным специалистам в данной области техники. Внутреннее покрытие 316 может содержать такие материалы, как, но не ограничиваясь перечисленными, керамика, металлы, полимеры, эпоксиды, эластомеры или любые их комбинации. Примеры подходящих внутренних покрытий 316 включают эпоксидно-фенольный материал (например, TUBEKOTE или TK-34AL), эпоксидный и полифениленсульфид композитный материал, синергетическое покрытие (например, MAGNAPLATE HCR), политетрафторэтилен (т.е. TEFLON), эпоксидное покрытие (например, 3M SCOTCHKOTE™), оксид алюминия (например, SAFEGUARD CC-5000 не содержащая хроматов неорганическая изоляция), хорошо отполированное керамическое покрытие, термически напыляемое покрытие, сульфид молибдена, электростатическое порошковое покрытие (например, FLEXICORE), покрытие из карбида вольфрама, покрытие из фторполимера (например, XYLAN), термически распыляемое покрытие или керамическое покрытие в сочетании со фторполимерами (например, PLASMACOAT™), электрокерамическое покрытие (например, ALODINE EC™), и любую их комбинацию.
Внутреннее покрытие 316 может быть нанесено путем процессов, известных специалистам в данной области техники. Примеры подходящих процессов нанесения покрытия включают, не ограничиваясь: покрытие мягким анодированием, анодирование, химическое никелирование, жесткое анодирование, керамическое покрытие, покрытие из карбидных шариков, пластмассовое покрытие, термически напыляемое покрытие, высокоскоростное газопламенное напыление, нановысокоскоростное газопламенное напыление, металлическое покрытие. В некоторых вариантах реализации изобретения также могут быть использованы протекторные аноды.
В некоторых вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано, узел 300 может дополнительно содержать наружное покрытие 318, нанесенное по наружной цилиндрической поверхности узла 300. Наружное покрытие 318 может быть выполнено из тех же материалов, что и внутреннее покрытие 316, описанное выше, и может иметь то же назначение по внешней поверхности узла 300. Наружное покрытие 318 может быть дополнительно нанесено аналогичным образом, как и внутреннее покрытие 318. Аналогично внутреннему покрытию 316 наружное покрытие 318 может распространяться по контактной поверхности 314 между первой и второй частями 304a,b. В соответствии с другими вариантами реализации изобретения наружное покрытие 318 может распространяться в осевом направлении по всей верхней соединительной муфте 302a и на небольшое расстояние по верхней секции обсадной трубы 206a и разъему обсадной трубы 126, как это проиллюстрировано. В других вариантах реализации изобретения наружное покрытие 318 может быть нанесено в осевом направлении по всему узлу 300, включая верхнюю и нижнюю соединительные муфты 302a,b, разъем обсадной трубы 126, и на небольшое расстояние на верхнюю и нижнюю секции обсадной трубы 206a,b без отклонения от общей идеи и объема настоящего изобретения. Кроме того, как и в случае внутреннего покрытия 316, толщина или глубина наружного покрытия 318, как проиллюстрировано на Фиг. 3, должна рассматриваться не как ограничивающий вариант для настоящего описания изобретения, а только как приведенная в иллюстративных целях. Предпочтительно толщина наружного покрытия 318 может варьироваться в диапазоне от около 0.38 мм (0,015) дюймов до около 3,8 мм (0,15) дюймов.
Ссылаясь на Фиг. 4, учитывая ссылку на Фиг. 3, проиллюстрирован другой пример узла соединения обсадной трубы 400 в соответствии с одним и более вариантами реализации изобретения. Узел соединения обсадной трубы 400 (далее по тексту документа "узел 400") в ряде отношений может быть аналогичен узлу 300, проиллюстрированному на Фиг. 3, и, следовательно, может быть наилучшим образом понят со ссылкой на него, при этом одинаковые числа представляют одинаковые компоненты, подробное описание которых повторно не приводится. Аналогично узлу 300 на Фиг. 3, узел 400 может содержать разъем обсадной трубы 126, установленный между или иным образом соединяющий верхнюю и нижнюю секции обсадной трубы 206a, b колонны обсадной трубы 124.
В частности, узел 400 может дополнительно включать верхнюю соединительную муфту 402a и нижнюю соединительную муфту 402b. Верхняя и нижняя соединительные муфты 402a,b могут быть аналогичными верхней и нижней соединительным муфтам 302a,b, проиллюстрированным на Фиг. 3, таким образом, что верхняя соединительная муфта 402a может находиться между или иным образом соединять разъем обсадной трубы 126 с верхней секцией обсадной трубы 206a, а нижняя соединительная муфта 402b может находиться между или иным образом соединять разъем обсадной трубы 126 с нижней секцией обсадной трубы 206b. Поскольку конфигурация и функционирование верхней и нижней соединительных муфт 402a,b могут быть одинаковыми или практически одинаковыми, ниже приведено описание только для верхней соединительной муфты 402a. Следует, однако, понимать, что описанные ниже концепция и описание в равной мере применимы для нижней соединительной муфты 402b без отступления от объема настоящего изобретения.
Верхняя соединительная муфта 402a может содержать первую и вторую части 304a,b, как было описано выше. В некоторых вариантах реализации изобретения первая часть 304a может быть соединена с верхней секцией обсадной трубы 206a соответствующими резьбовыми соединениями 306, 308, а вторая часть 304b может быть соединена с верхним краем 303a разъема обсадной трубы 126 резьбовыми соединениями 310, 312. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения как первая часть 304a, так и верхняя секция обсадной трубы 206a могут быть выполнены из нержавеющей стали или ее сплавов и как вторая часть 304a, так и разъем обсадной трубы 126 могут быть выполнены из алюминия или его сплава.
Первая и вторая части 304a,b верхней соединительной муфты 402a могут сопрягаться по контактной поверхности 414. Аналогично контактной поверхности 314 на Фиг. 3 контактная поверхность 414 может быть выполнена таким образом, чтобы первая часть 304a и вторая часть 304b были зафиксированы между собой таким образом, чтобы верхняя соединительная муфта 402a образовывала монолитную цилиндрическую структуру. В отличие от контактной поверхности 314 на Фиг. 3, однако контактная поверхность 414 может содержать резьбовое соединение между первой и второй частями 304a,b. В частности, контактная поверхность 414 может содержать канавки или витки резьбы 404 по наружной цилиндрической поверхности первой части 304a, а внутренняя цилиндрическая поверхность противоположенной второй части 304b может содержать соответствующие канавки или витки резьбы 406, при том, что первая часть 304а может иметь резьбовое соединение со второй частью 304b.
Фрагменты резьбы 404, 406 на краях первой и второй частей 304a,b соответственно могут иметь коническую форму, тем самым демонстрируя меньшую толщину поперечного сечения по соответствующим осевым концам. В итоге первая и вторая части 304a,b могут иметь резьбовое соединение по контактной поверхности 414 без повышения диаметра колонны обсадной трубы 124 в месте верхней соединительной муфты 402а. Кроме того, хотя Фиг. 4 иллюстрирует резьбовые соединения 404, 406, как определено по внутренней и наружной цилиндрическим поверхностям первой и второй частей 304a,b соответственно, резьбы 404, 406 могут также быть определены по противоположенной цилиндрической поверхности (внутренней или наружной) первой и второй частей 304a,b без отступления от объема и сущности изобретения.
Аналогично узлу 300 на Фиг. 3 в некоторых вариантах реализации изобретения узел 400 может дополнительно содержать внутреннее и наружное покрытия 316, 318, нанесенные по внутренней и наружной цилиндрическим поверхностям соответственно узла 400 для повышения устойчивости к износу на разъеме обсадной трубы 126 и/или повышения свойств устойчивости к коррозии узла 400. В некоторых вариантах реализации изобретения, в которых первая часть 304a выполнена, например, из стали, а вторая часть 304b выполнена из алюминия, вторая часть 304b, может быть подвержена гальванической коррозии на контактной поверхности 414, на которой соприкасаются первая и вторая части 304a,b. Внутреннее и наружное покрытия 316, 318 могут снижать эффект гальванической коррозии путем изоляции контактной поверхности 414 от контакта с раствором электролита (т.е. средой в скважине).
В некоторых вариантах реализации изобретения внутреннее и наружное покрытия 316, 318 могут проходить в осевом направлении по контактной поверхности 414 между первой и второй частями 304a,b. Однако в других вариантах реализации изобретения внутреннее и наружное покрытия 316, 318 могут распространяться в осевом направлении по всей верхней соединительной муфте 402a и на небольшое расстояние на верхнюю секцию обсадной трубы 206a и разъем обсадной трубы 126, как это проиллюстрировано. В других вариантах реализации изобретения внутреннее и внешнее покрытия 316 и 318 могут быть нанесены в осевом направлении по всему узлу 400, включая верхнюю и нижнюю соединительные муфты 402a,b, разъем обсадной трубы 126 и на небольшое расстояние на верхнюю и нижнюю секции обсадной трубы 206a,b без отклонения от общей идеи и объема настоящего изобретения.
В некоторых вариантах реализации изобретения контактная поверхность 414 между первой и второй частями 304 a,b, может быть дополнительно уплотнена или иным образом покрыта для снижения коррозии на поверхности контакта 414, по которой соприкасаются первая и вторая части 304a,b. В частности, узел 400 может дополнительно включать один и более внутренних уплотнительных элементов 408 (показан один) и один и более наружных уплотнительных элементов 410 (показан один). Внутренний и наружный уплотнительные элементы 408, 410 могут являться герметичными уплотнениями, сконфигурированными для предупреждения притока флюидов внутрь резьбового соединения между первой и второй частями 304a,b. Как проиллюстрировано, например, внутренний уплотнительный элемент 408 может быть расположен или иным образом установлен между первой и второй частями 304a,b и сконфигурирован для предупреждения притока флюидов внутрь 412 колонны обсадной трубы 124 с резьбового соединения между первой и второй частями 304a,b. Аналогично наружный уплотнительный элемент 410 может быть расположен или иным образом установлен между первой и второй частями 304a,b и сконфигурирован для предупреждения притока флюидов снаружи колонны обсадной трубы 124 с резьбового соединения между первой и второй частями 304a,b.
Внутренний и наружный уплотнительные элементы 408, 410 могут содержать материал, выбранный из следующих: эластомеры, неэластомеры, металлы, композитные материалы, резины, керамика, их производные и любые их комбинации. В некоторых вариантах реализации изобретения внутренний и наружный уплотнительные элементы 408, 410 могут быть представлены уплотнительными кольцами или аналогичными им. Однако в других вариантах реализации изобретения внутренний и наружный уплотнительные элементы 408, 410 могут быть представлены уплотнительными кольцами V-образного сечения, уплотнительными кольцами CHEVRON или другими уплотнениями соответствующей конфигурации (например, уплотнениями круглой формы, v-образной формы, u-образной формы, квадратными, овальными, т-образными уплотнениями и т.п.), известной специалистам в данной области техники.
В некоторых вариантах реализации изобретения узел 400 может дополнительно содержать резьбовое покрытие 416, нанесенное на поверхность резьбы первой и второй частей 304a,b, там, где резьбы 404, 406 контактируют непосредственно. В некоторых вариантах реализации изобретения покрытие резьбы 416 может быть нанесено на резьбы 404 первой части 304а. В других вариантах реализации изобретения покрытие резьбы 416 может быть нанесено на резьбы 406 второй части 304b. В других вариантах реализации изобретения резьбовое покрытие 416 может быть нанесено на обе резьбы 404, 406, без отступления от объема раскрытого здесь изобретения. Покрытие резьбы 416 может быть аналогичным внутреннему и наружному покрытиям 316, 318 и выполнено из аналогичных материалов для обеспечения устойчивости к коррозии резьбовой поверхности контакта между первой и второй частями 304a,b.
Например, резьбовое покрытие 416 может быть выполнено из материала, который в условиях эксплуатации может быть непроводящим. По меньшей мере в одном из вариантов реализации изобретения резьбовое покрытие 416 может быть выполнено анодированным покрытием или образовано другим образом процессом анодирования. Резьбовое покрытие416 может содержать такие материалы, как, но не ограничиваясь перечисленными, керамика, металлы, полимеры, эпоксиды, эластомеры или любые их комбинации. Примеры подходящего резьбового покрытия 416 могут быть аналогичны примерам, приведенным выше для внутреннего покрытия 316, и, соответственно, повторно не перечисляются. Однако в других вариантах реализации изобретения резьбовое покрытие 416 может содержать резьбовой герметик, например, как WELD A™, состав для смазки резьбовых соединений, производства Halliburton Energy Services, и TORQ-LOK производства Blok-Lok. Кроме того, резьбовое покрытие 416 может быть нанесено путем любого из процессов, указанных выше, в отношении нанесения внутреннего покрытия 316.
Следовательно, раскрытые системы и способы хорошо подходят для достижения целей и получения преимуществ, указанных выше, а также присущих им. Конкретные варианты реализации, раскрытые ранее, являются лишь иллюстрацией, поскольку идеи настоящего изобретения могут быть модифицированы и реализованы и другими, но эквивалентными способами, очевидными для специалистов в данной области техники, у которых есть возможность ознакомления с настоящим описанием. Кроме того, описанные в контексте настоящего изобретения подробности компоновки или проекта не содержат ограничений за исключением описанных далее в формуле изобретения. Таким образом, следует понимать, что те или иные иллюстративные варианты реализации изобретения, раскрытые ранее, могут быть изменены, скомбинированы или модифицированы, при этом считается, что все подобные изменения находятся в пределах объема настоящего изобретения. Системы и способы, иллюстративно описанные в контексте настоящего изобретения, могут быть соответствующим образом реализованы при отсутствии любого элемента, специально не описанного в контексте настоящего изобретения, и/или любого необязательного элемента, описанного в контексте настоящего изобретения. Несмотря на то что композиции и способы описаны при помощи терминов «содержащие», «вмещающие» или «включающие» различные компоненты или этапы, композиции и способы могут также «состоять главным образом из» или «состоять из» различных компонентов и этапов. Все числа и диапазоны, описанные ранее, могут варьироваться на некоторую величину. В каждом случае описания числового диапазона с нижним пределом и верхним пределом конкретно описывается любое число и любой включенный диапазон, попадающие в объем указанных характеристик. В частности, каждый диапазон значений (в виде «от около a до около b» или, что то же самое, «приблизительно от a до b» или, что то же самое, «приблизительно от a-b»), описанный в данном документе, следует понимать как описывающий каждое число и диапазон, входящие в более широкую область значений. Кроме того, термины в формуле изобретения имеют свой простой, обычный смысл, если иное явно и четко не определено патентообладателем. Кроме того, применяемая в формуле изобретения форма единственного числа предполагает наличие одного или большего количества выражаемых в ней элементов. При наличии противоречий в использовании слова или термина в настоящем описании и одном или большем количестве патентов или других документов, которые могут быть включены в настоящее описание посредством ссылки, следует принимать определения, соответствующие настоящему описанию.
Как использовано в данной заявке, выражение «по меньшей мере один из», предшествующее последовательности наименований, со словами «и» или «или» для отделения любого наименования в перечислении, изменяет перечисление в целом, а не каждый элемент перечисления (т.е. каждое наименование). Выражение «по меньшей мере один из» допускает значение, включающее по меньшей мере одно из любого наименования, и/или по меньшей мере одно из наименований в любой комбинации наименований, и/или по меньшей мере одно из каждого наименования. Для примера: в выражениях «по меньшей мере один из A, B и C» или «по меньшей мере один из A, B или C» имеется в виду только A, только B или только C; любая комбинация A, B и C и/или по меньшей мере одно из A, B и C.