ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩИЙ КОРПУС БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области изолирующих устройств для буровых скважин, например для использования в зоне вечной мерзлоты. В частности, полезная модель относится к устройствам для бурения скважин в льдистых, например многолетнемерзлых, породах. Более конкретно, настоящая полезная модель относится к термоизолирующим корпусам (направлениям) бурильных колонн.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство «термоизолирующее направление» по патенту RU 74415 U1, опубликованному 27 июня 2008. Направление (термоизолирующий корпус) содержит внутреннюю и наружную коаксиальные трубы и размещенный между ними теплоизолирующий материал. Направление выполнено сборно-разборным из верхней и нижней частей. В зоне стыка верхней и нижней частей внутренние трубы выступают из наружных труб и снабжены соединенными между собой фланцами. С внешней стороны зона стыка перекрыта обечайкой, а полость между обечайкой и внутренней трубой заполнена теплоизолирующим материалом. На наружной трубе нижней части направления выполнены крепежи для временной фиксации ребер, которые используются для опоры нижней части на стенки скважины в процессе монтажа направления. Ребра устанавливают перед спуском нижней части в скважину.
Недостатком известного устройства является сложность сборки термоизолирующего корпуса, связанная с необходимостью центрования верхней части корпуса относительно нижней.
Дополнительным недостатком известного устройства является то, что фланцевое соединение требует дополнительной изоляции с помощью уплотнительной прокладки, а также требует высокой точности изготовления.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача, стоявшая перед разработчиками настоящей полезной модели, заключалась в создании конструкции направления, благодаря которой упрощается процесс сборки направления.
Указанная задача решена за счет создания термоизолирующего корпуса бурильной колонны, включающего в себя:
внутреннюю трубу;
наружную трубу, соединенную с внутренней трубой и выполненную по существу соосно с внутренней трубой;
теплоизолирующую прокладку, размещенную по меньшей мере между внутренней и наружной трубой,
при этом части термоизолирующего корпуса содержат соединительные элементы, обеспечивающие возможность разъемного соединения частей термоизолирующего корпуса друг с другом;
отличающегося тем, что
соединительные элементы частей термоизолирующего корпуса, подлежащие соединению друг с другом, содержат центрирующие направляющие, выполненные с возможностью приведения осей частей корпуса в требуемое положение относительно друг друга при совмещении частей корпуса друг с другом в положение для соединения.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в упрощении процесса соединения, в частности в уменьшении количества операций, необходимых для сборки устройства. Технический результат достигается благодаря тому, что для сборки устройства раскрытой конструкции не требуются операции, направленные на обеспечение соосности частей термоизолирующего корпуса, а соосность обеспечивается за счет формы соединения труб при их совмещении. То есть облегчается соблюдение соосности соединяемых частей термоизолирующего корпуса.
Дополнительно технический результат настоящей полезной модели достигается в частном случае ее осуществления благодаря тому, что
центрирующие направляющие выполнены в виде встречных конических поверхностей, имеющих по существу равные углы уклона к оси конической поверхности.
Дополнительно уменьшение количества операций, необходимых для сборки устройства, достигается за счет того, что исключается необходимость обеспечения герметизации соединения труб путем установки герметизирующих прокладок между фланцами, как это требуется при установке аналога.
Далее в настоящем описании раскрытая полезная модель будет описана более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - изображение соединения частей термоизолирующего корпуса с местным разрезом;
Фиг. 2 - изображение верхнего фланца в разрезе;
Фиг. 3 - изображение нижнего фланца в разрезе;
Фиг. 4 - увеличенное изображение болтового соединения фланцев в разрезе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В соответствии с настоящей полезной моделью термоизолирующий корпус 1 бурильной колонны включает в себя по меньшей мере две части корпуса: верхняя часть 2 корпуса 1 и нижняя часть 3 корпуса 1. Верхняя часть 2 корпуса 1 и нижняя часть 3 корпуса 1 выполнены с возможностью разборного соединения друг с другом. В рабочем состоянии бурильной колонны части корпуса 1 соединены между собой.
Термины «нижняя» и «верхняя» используются в настоящем описании для условного обозначения частей корпуса 1 относительно друг друга в рабочем состоянии бурильной колонны. При этом бурильная колонна (или ее корпус 1) может содержать две и более частей, соединенных друг с другом, при этом корпус будет содержать одну и более пар (верхняя часть корпуса и нижняя часть корпуса) частей корпуса 1, соединенных между собой. Таким образом, термины «верхняя» и «нижняя» условны и применяются в отношении к частям корпуса 1 в зависимости от того, относительного какого соединения частей корпуса 1 рассматривается положение частей корпуса 1.
Каждая их частей корпуса содержит внутреннюю трубу 4 и наружную трубу 5. Внутренняя труба 4 и наружная труба каждой части корпуса в рабочем состоянии соединены друг с другом и размещены (выполнены) по существу соосно друг с другом. Под термином «по существу» в отношении взаимного размещения труб в настоящем описании следует понимать то, что точность соблюдения соосности труб должна быть достаточной для удовлетворительного функционирования устройства, в частности не оказывать существенного влияния на качество передачи механических нагрузок, на герметичность соединения частей бурильной колонны и на ее термоизоляционные параметры.
В предпочтительном варианте осуществления внутренняя труба 4 части корпуса выполнена длиннее наружной трубы 5, а концы внутренней трубы 4 выступают из наружной трубы 5. Внутренние трубы 4 частей корпуса 1 в рабочем состоянии соединяются между собой. По меньшей мере между внутренними трубами 4 и внешними трубами 5 в предпочтительном варианте осуществления полезной модели размещается термоизолирующая прокладка 6, содержащая термоизолирующий материал. В предпочтительном варианте осуществления область соединения внутренних труб 4 между наружными трубами 5 может быть перекрыта цилиндрической обечайкой 7, при этом между обечайкой 7 и выступающими концами внутренних труб 4 предпочтительно также размещается термоизолирующая прокладка 6, содержащая термоизолирующий материал. В наиболее предпочтительном варианте осуществления пространство между внутренними трубами 4 и внешними трубами 5 и пространство между внутренними трубами и обечайкой по существу заполнены термоизолирующей прокладкой 6.
В соответствии с настоящей полезной моделью части термоизолирующего корпуса 1 содержат соединительные элементы, обеспечивающие возможность разъемного или разборного соединения частей термоизолирующего корпуса 1 друг с другом. В качестве таких соединительных элементов в различных вариантах осуществления настоящей полезной модели могут использоваться элементы фланцевого соединения, элементы муфтового соединения, элементы резьбовых соединений или любые другие известные соединения и их элементы. Дополнительным соединительным элементом может также являться обечайка 7 и/или ее части. В предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели соединительные элементы включают в себя фланцевое соединение внутренних труб 4 частей корпуса 1 и элементы резьбового соединения. В этом варианте осуществления внутренние трубы 4 верхней части 2 и нижней части 3 корпуса 1 могут содержать на своих торцах фланцы, выполненные с возможностью разборного соединения между собой. Для обеспечения возможности разборного соединения фланцы могут содержать отверстия для резьбового соединения и/или элементы резьбового соединения. В варианте осуществления, представленном на чертежах, использованы отверстие 8 во фланце 9 внутренней трубы 4 верхней части 2 корпуса 1 (или верхний фланец 9) и отверстие 10 во фланце 11 внутренней трубы 4 верхней части 2 корпуса 1 (или нижний фланец 11). В качестве элементов резьбового соединения и соединительных элементов могут быть использованы шпильки 16 или любые другие элементы резьбового соединения.
В соответствии с настоящей полезной моделью соединительные элементы частей термоизолирующего корпуса 1, подлежащие соединению друг с другом, содержат центрирующие направляющие, например верхняя центрирующая направляющая 12 и нижняя центрирующая направляющая 13. Центрирующие направляющие выполнены с возможностью приведения осей частей корпуса 1 в требуемое положение друг относительно друга при совмещении частей корпуса 1 друг с другом в положение для соединения. Под требуемым положением здесь следует понимать такое положение, в котором соединяются части корпуса, например положение, в котором совпадают оси внутренних труб 4 частей корпуса 1. Термины «верхняя» и «нижняя» в отношении центрирующих направляющих в настоящем описании следует понимать как указание на то, что верхняя центрирующая направляющая 12 соединена с верхним фланцем 9, а нижняя центрирующая направляющая 13 соединена с нижним фланцем 11. При этом в различных вариантах осуществления полезной модели центрирующие направляющие могут иметь различные формы и взаимное расположение.
Центрирующие направляющие могут содержать встречные наклонные поверхности, которые при совмещении частей корпуса 1 приводят их по существу в требуемое взаимное положение и/или приводят их в соосное положение. Такие поверхности могут содержать плоские части поверхности, расположенные под углом, отличным от прямого к оси внутренней трубы 4. Так, например, один из фланцев может содержать выступ, имеющий треугольное поперечное сечение, а второй из фланцев может содержать выемку, имеющую треугольное поперечное сечение. При этом выемка и выступ выполняются встречными, то есть выступ выполнен с возможностью входить в выемку, и при таком вхождении обеспечивается требуемое взаимное расположение (или позиционирование) частей корпуса 1. Встречные наклонные поверхности могут иметь как одинаковые, так и разные углы наклона по отношению к оси внутренней трубы соответствующей части корпуса. В отдельных вариантах осуществления выступ может иметь иную форму, обеспечивающую при вхождении в выступ требуемое взаимное расположение частей корпуса 1, например выступ может иметь цилиндрическую форму.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна из центрирующих направляющих содержит коническую поверхность. Так, первый из соединяемых фланцев может содержать центрирующую направляющую, содержащую конический выступ или коническую выемку, а второй из соединяемых фланцев может содержать соответственно выемку или выступ формы, обеспечивающей соответственно вмещение или вхождение конического выступа или выемки первого из фланцев. При этом упомянутые вхождение и зацепление в соответствии с настоящей полезной моделью приводят части корпуса 1, а именно их оси, и/или оси внутренних труб 4 в требуемое для соединения положение. Предпочтительно упомянутые вхождение и зацепление в соответствии с настоящей полезной моделью приводят части корпуса 1 и/или внутренние трубы 4 в по существу соосное положение.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели центрирующие направляющие содержат встречные конические поверхности, выполненные так, что при совмещении частей корпуса 1 друг с другом для соединения оси внутренних труб 4 частей корпуса 1 приходят в положение, требуемое для соединения их между собой. Совмещение может выполняться путем опускания верхней части 2 корпуса 1 на нижнюю часть 3 корпуса, по меньшей мере часть которой находится в скважине. Пример такого варианта осуществления показан на чертежах. Верхний фланец 9 может содержать верхнюю центрирующую направляющую 12 в форме верхней конической поверхности 14 в виде выступа, а нижний фланец 11 может содержать нижнюю центрирующую направляющую 13 в форме нижней конической поверхности 15 в виде выемки, выполненной с возможностью вмещения в себя по меньшей мере части верхней центрирующей направляющей 12. Таким образом, центрирующие направляющие в этом варианте осуществления выполнены в виде встречных конических поверхностей 14 и 15. При этом ось каждой конической поверхности по существу параллельна оси внутренней трубы 4 и по существу перпендикулярна плоскости фланца, который содержит ее. При этом в положении частей корпуса 1, когда они соединены между собой, оси конических поверхностей по существу параллельны друг другу и оси внутренней трубы 4 или перпендикулярны плоскости фланцев.
Иными словами, центрирующие направляющие содержат встречные конические поверхности, ось каждой из которых по существу параллельна оси соответствующей внутренней трубы 4, то есть трубы, содержащей фланец, который содержит эту коническую поверхность. При этом конические поверхности выполнены так, что при совмещении фланцев двух соединяемых между собой частей корпуса 1 в положение для их соединения совмещаются конические поверхности частей корпуса, благодаря чему по существу совмещаются оси внутренних труб 4 частей корпуса 1, то есть части корпуса 1 и их оси приводятся во взаимное положение, требуемое для соединения частей, в частности в по существу соосное положение.
Под термином «встречные» в отношении конических поверхностей в настоящем описании следует понимать то, что конические поверхности выполнены с возможностью вхождения друг в друга или совмещения друг с другом таким образом, что при этом вхождении обеспечивается взаимное расположение (или позиционирование) частей корпуса 1 и их осей, требуемое для их соединения. При этом следует понимать, что взаимное положение, в которое приводятся части корпуса 1 и их оси при вхождении центрирующих направляющих друг в друга может несколько отличаться от положения, когда оси внутренних труб полностью совпадают, при этом должно быть достаточно близко к нему, чтобы обеспечить возможность соединения частей корпуса друг с другом.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящей полезной модели центрирующие направляющие выполнены в виде встречных конических поверхностей, имеющих по существу равные углы уклона к оси конической поверхности. В этом варианте осуществления точность изготовления конических поверхностей должна быть такой, чтобы отклонение деталей от перпендикулярности и радиального биения относительно оси было не более 0,5 мм, предпочтительно - не более 0,3 мм. В этом варианте осуществления достигается дополнительное упрощение процесса соединения, в частности уменьшение количества операций, необходимых для сборки устройства. Соединение встречных конических поверхностей с по существу равными углами наклона конической поверхности к оси конической поверхности позволяет обеспечить герметичность соединения внутренних труб частей корпуса без использования герметизирующей прокладки, тогда как для обеспечения герметичности соединения плоских фланцев необходима установка прокладки, что увеличивает количество операций, необходимых для сборки термоизолирующего корпуса 1 бурильной колонны.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Фланцы могут изготавливаться на металлорежущих станках из стали С 345. Для этого заготовка вырезается из листовой стали с припуском на дальнейшую обработку. Для этого могут быть использованы плазменная и/или лазерная установки. Далее на ЧПУ станках производится чистовая обработка заготовки. При этом необходимо соблюсти допуск на перпендикулярность и радиальное биение конической поверхности относительно технологической базы для обеспечения возможности сборки. Сборка части корпуса производится путем сварки деталей. Позиционирование фланца на трубе выполняется с использованием технологических приспособлений: стендов и установок. При изготовлении в предпочтительном варианте осуществления полезной модели должна быть обеспечена точность, при которой допуск на отклонение от перпендикулярности и радиального биения не более 0,5 мм, в наиболее предпочтительном варианте - не более 0,3 мм; а шероховатость конических направляющих в наиболее предпочтительном варианте осуществления - не более Rz40.
Установка и сборка корпуса бурильной колонны может производиться путем выполнения следующих этапов:
в скважину спускается нижняя часть 3 с установленными технологическими упорами (не показаны);
сверху на нижнюю часть 3 устанавливается верхняя часть 2;
при опускании верхней части 2 (или совмещении ее с нижней частью 3) совмещают верхнюю центрирующую направляющую 12 и нижнюю центрирующую направляющую 13;
до полного опускания совмещают соответствующие крепежные отверстия фланцев, после чего окончательно опускают верхнюю часть 2;
демонтируются технологические упоры;
термоизолирующий корпус опускается в скважину на необходимую глубину.
При этом возможно изготовление термоизолирующего корпуса бурильной колонны любой необходимой длины путем соединения указанным образом соответствующего числа частей термоизолирующего корпуса 1 бурильной колонны. При этом на промежуточных частях термоизолирующего корпуса 1 фланцы должны быть выполнены на обеих концах части корпуса 1.
Настоящая полезная модель была подробно описана со ссылкой на предпочтительные варианты ее осуществления, однако очевидно, что она может быть осуществлена в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объема правовой охраны, определяемого формулой полезной модели.