Труба бурильная с идентификационной меткой

Полезная модель относится к конструкции бурильной трубы с замком, содержащей идентификационную радиочастотную метку, и может быть использована в нефтегазовой промышленности для идентификации труб при различных условиях эксплуатации.
Бурильные трубы применяются для бурения газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, проведения капитального ремонта и вспомогательных операций на месторождениях, в том числе на морских платформах. Буровые работы осуществляют с использованием бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, соединенных резьбовым соединением.
Важное значение имеют надежность и безаварийная эксплуатация бурильной колонны в особо ответственных и сложных условий. При эксплуатации и ремонтных работах бурильная колонна подвергается воздействию различных факторов, которые могут влиять на ее прочность и надежность: прихват бурильной колонны; резонансные вибрации; крутильные колебания колонны; ударные нагрузки; перекосы при свинчивании труб; знакопеременные нагрузки, вызывающие усталость металла; коррозионно-активная внешняя среда, содержащая сероводород и/или углекислый газ.
В связи с этим необходимы учет наработки, мониторинг эксплуатационных характеристик, контроль работы каждой бурильной трубы и бурильной колонны в целом, учет фактического остаточного ресурса бурильной трубы, для чего используется радиочастотная метка, сигнал от которой содержит идентификационные данные трубы.
Эксплуатация бурильных труб, в том числе в агрессивной среде, требует надежной фиксации идентификационных меток в течение всего жизненного цикла бурильных труб.
Известно размещение радиочастотных меток на поверхности труб в местах с наименьшими нагрузками на растяжение, изгиб и кручение изделия и оборудования с возможностью считывания информации (патент РФ №2514870, Е21В 43/00, G06K 9/00, G01S 1/02, опубл. 10.05.2014). Радиочастотные метки размещают в пазах, выполненных с определенными размерами: глубиной не более 8 мм и размером сторон или диаметром не более 30 мм. Размеры радиочастотной метки, размещенной в пазе, не превышают допустимого размера паза, при этом используют гибкую метку. Метки фиксируют в пазах с помощью клея или герметика.
Известный способ идентификации нефтепромыслового оборудования предусматривает предварительное проведение анализа эксплуатационных нагрузок для выбора места размещения метки на поверхности труб и оборудования. Вследствие этого в период набора статистических данных бурение скважины должно осуществляться без применения меток, т.к. данные об эксплуатационных нагрузках отсутствуют. Соответственно, осуществить выбор места установки метки на бурильной трубе возможно только после завершения буровых работ. Изготовление паза с размером сторон или диаметром 30 мм снижает эксплуатационную надежность буровых замков, особенное для бурильных труб с буровыми замками небольшого типоразмера. Кроме того, паз предлагаемых размеров имеет большую поверхность, подвергающуюся внешнему воздействию и, как следствие, износу, повреждению и не обеспечивает надежной фиксации метки при эксплуатации труб.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является бурильная труба с замком, на поверхности ниппельной части замка в глухом отверстии установлена и зафиксирована радиочастотная идентификационная метка (патент РФ №2557464, G06K 1/12, G06K 19/077, опубл. 20.07.2015). Метку фиксируют, в частности, при помощи резьбового соединения, точечной сварки по нескольким равноудаленным точкам, приклеивания, температурного заклинивания.
При эксплуатации стальных бурильных труб наружная поверхность замка подвержена наибольшему износу, в результате чего происходит повреждение идентификационной метки. В случае увеличения глубины установки бурильных труб с идентификационной меткой до 30÷50 мм критически снизится считываемость сигнала с идентификационной метки, а также уменьшится конструкционная прочность замка бурильной трубы.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании конструкции бурильной трубы с замком, содержащей идентификационную радиочастотную метку, размещение которой исключает прямое воздействие и тем самым снижает риск ее повреждения при различных условиях эксплуатации трубы.
Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности работы бурильной трубы с замком, содержащей идентификационную радиочастотную метку, и точности сигнала при различных условиях эксплуатации трубы.
Указанный результат достигается за счет того, что труба бурильная с замком и идентификационной радиочастотной меткой характеризуется тем, что в заплечике ниппельной части замка выполнено глухое отверстие с резьбой, в котором установлена и зафиксирована метка таким образом, что расстояние между поверхностями метки и заплечика составляет не менее 0,5 мм, метка зафиксирована стопорением резьбы.
В частном случае отверстие может быть выполнено глубиной не более 11 мм и диаметром не более 22 мм, резьба в отверстии выполнена с шагом не менее 2 мм.
В частном случае стопорение резьбы выполнено при помощи кернения по меньшей мере в трех точках.
Идентификационную радиочастотной метку (RFID-метку) размещают в заплечике ниппеля замка трубы, что исключает прямое воздействие на метку и тем самым снижает риск ее повреждения. При этом метка испытывает минимальные деформации, что повышает точность сигнала при эксплуатации трубы в различных условиях.
Размещение RFID-метки в глухом отверстии с резьбой, фиксация метки относительно поверхности заплечика на глубину не менее 0,5 мм с осуществлением стопорения резьбы обеспечивает надежную фиксацию метки в месте установки, а также получение точного сигнала при эксплуатации трубы в различных условиях.
Предпочтительно выполнение глухого отверстия глубиной не более 11 мм, диаметром не более 22 мм и резьбой с шагом не менее 2 мм, с осуществлением стопорения резьбы при помощи кернения по меньшей мере в трех точках. Более глубокие отверстия могут экранировать радиочастотный сигнал, искажать точность информации о местоположении трубы в скважине и ее эксплуатационных характеристиках. Кроме того, отверстия глубиной более 11 мм снизят конструкционную прочность бурового замка, что в сложных условиях эксплуатации бурильных труб приведет к их преждевременному выходу из строя и возможным аварийным ситуациям.
Указанные размеры отверстия и стопорение резьбы выбраны, исходя из многочисленных модельных испытаний, как наиболее оптимальные в соответствии с расчетами на допустимые нагрузки для надежной фиксации RFID-метки метки, защиты от износа и повреждений, а также для обеспечения надежного считывания сигнала при эксплуатации трубы в различных условиях.
Предлагаемая конструкция бурильной трубы с замком и RFID-меткой, расположенной в заплечике ниппеля замка, исключает прямое воздействие и тем самым снижает риск ее повреждения за счет выбора места для установки, а также надежной фиксации RFID-метки, обеспечивает целостность сигнала, и как следствие получение точной информации о состоянии и характеристиках трубы при различных условиях эксплуатации не только в скважинных условиях, но и при ремонте трубы с замком, ее транспортировке, хранении, т.е. на протяжении всего жизненного цикла трубы.
Полезная модель иллюстрируется рисунками, где на фиг. 1 схематично представлена труба бурильная с замком и идентификационной RFID-меткой, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Труба бурильная 1 выполнена с замком 2, в заплечике ниппеля 3 замка установлена и зафиксирована идентификационная метка 4 в отверстии с резьбой 5, на участок с меткой нанесен защитный материал 6.
Бурильная труба с замком и RFID-меткой настоящей конструкции была изготовлена размером 127×9,19 мм. В заплечике ниппеля замка было выполнено глухое отверстие диаметром 21 мм и глубиной 11 мм. На глубине 6,5 мм от поверхности выполнена резьба М24 с шагом 2,5 мм, в котором установлена идентификационная радиочастотная метка диаметром 20 мм из высокопрочного износостойкого композитного материала с температурой эксплуатации от минус 50°C до плюс 200°C.
RFID-метки размещена таким образом, что расстояние между поверхностями метки и заплечика составило 0,5 мм. Фиксация RFID-метки была выполнена стопорением резьбы путем кернения в трех точках. На участок с RFID-метки был нанесен защитный материал - силиконовый герметик.
Контроль считывания сигнала с метки проводился на бурильных трубах настоящей конструкции размером 127×9,19 мм на всех этапах жизненного цикла: после изготовления трубы, транспортировки, в процессе эксплуатационных испытаний с периодичностью один раз в 3-4 месяца, после проходки 108000 м и после выполнения ремонтных работ.
Учет фактического остаточного ресурса каждой бурильной трубы осуществлялся в соответствии с документированной процедурой и установленной периодичностью. По достижении норматива эксплуатационного ресурса бурильные трубы были направлены на контроль качества.
Контроль качества подтвердил надежность и долговечность работы бурильной трубы, работоспособность метки: метка не имела повреждений, была надежно зафиксирована, и сигнал считывался без искажения.
Точность считывания сигнала с идентификационной метки на всех этапах эксплуатации бурильной трубы подтвердила надежность выбранного места расположения и фиксации идентификационной метки и ее работоспособность на протяжении всего жизненного цикла трубы.