УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ СПУСКОПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ НКТ
TUBING ROUND-TRIP DEVICE

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для капитального ремонта скважин или гидроразрыва нефтяных пластов.
Известно устройство для проведения спускоподъемных операций, включающее насосно-компрессорную трубу, трубный ключ и спайдер, содержащие элементы, снабженные закаленными, профилированными и гладкими, не упрочненными поверхностями для взаимодействия между собой (см., например, Бухаленко Е.И. и др. «Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования». М.: Недра, 1985 г., стр.151, 164). Элементы с закаленными, профилированными поверхностями выполнены в виде сухарей и плашек, которые установлены соответственно в ключе и спайдере для взаимодействия с гладкими и не упрочненными участками наружной поверхности TIKT с целью создания большого момента затяжки.
В условиях значительных (примерно 40 кн) окружных усилий, создаваемых трубным ключом при завертывании-отвертывании НКТ, недостатком известного устройства является быстрое повреждение гладкой и незакаленной наружной поверхности трубы в местах взаимодействия с рифлеными и закаленными сухарями трубного ключа и спайдера. Что приводит к необходимости проведения ремонтов НКТ с удалением поврежденных участков. Кроме того, известны случаи хрупкого разрушения закаленных сухарей и их падения в скважину, что увеличивает время и затраты на проводимые работы по ремонту самой скважины.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности используемого оборудования путем снижения вероятности обрыва и падения в скважину различных фрагментов устройства для проведения СПО.
Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для проведения спускоподъемных операций, включающем насосно-компрессорную трубу с концевыми резьбами, трубный ключ и спайдер, содержащие элементы для взаимодействия, снабженные как закаленными, профилированными, так и гладкими, не упрочненными поверхностями, элементы для взаимодействия на участках наружной поверхности насосно-компрессорной трубы выполнены профилированными и закаленными, элементы взаимодействия трубного ключа и спайдера - с гладкими и не упрочненными поверхностями; а на внутренней поверхности трубы по длине концевых резьб произведена поверхностная закалка.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
На некотором расстоянии от обоих концов каждой насосно-компрессорной трубы, применяемой для ремонта скважин, выбраны участки наружной поверхности длиной от 150 до 500 мм, на которые нанесены рифли, например накаткой. Высота накатываемого профиля не превышает 10 процентов от толщины трубы, что позволяет сохранить толщину стенки больше установленного инструкцией по эксплуатации НКТ минимума. Участки трубы с нанесенным рельефом выполнены закаленными на глубину 0,2-1 мм, например, с помощью лазерной технологической установки.
На участке взаимодействия с трубным ключом накатанный профиль выполнен в виде расположенных параллельно образующей трубы зубцов и впадин треугольного сечения. Такое расположение исключает проворот ключа при достижении больших моментов затяжки.
На участке взаимодействия со спайдером накатка выполнена с образованием ромбической сетки, образующей множество (около 25000) отдельных пирамидальных выступов указанной ранее высоты. На данном участке возможно нанесение зубчатого профиля накатки перпендикулярно образующей трубы. При таком рифлении зубцы и впадины выполнены в виде отдельных сегментов и не образуют единого кольца.
Возможно, также, выполнение рифления на обоих участках в виде чередующихся зубцов и впадин, располагаемых на поверхности трубы по винтовой спирали.
Профилированные участки наружной поверхности трубы предназначены для взаимодействия с трубным ключом, используемым для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб, и спайдером, удерживающим собранную часть колонны труб. Точнее, для взаимодействия с установленными в ключе и спайдере клинообразными сухарями (плашками), снабжаемыми для взаимодействия с НКТ гладкими поверхностями.
Сухари (плашки) изготовлены из конструкционной стали, содержащей до 0,2 процента углерода. Ограничение по содержанию углерода совместно с приданной гладкой формой поверхности для взаимодействия исключают возможность хрупкого разрушения сухарей и плашек и возможность их падения в нефтяную скважину.
Помимо профилированных участков наружной поверхностной НКТ закалке подвергнуты и резьбовые участки на концах трубы, также легко при спускоподъемных операциях, а, кроме того, участки внутренней поверхности трубы на длине концевой резьбы.
Устройство работает следующим образом.
При свинчивании (отвинчивании) НКТ часть колонны труб удерживается на весу в спайдере при заклинивании плашек, не упрочненные, гладкие поверхности которых взаимодействуют с закаленными выступами соответственно профилированного участка наружной поверхности трубы и создают радиальное давление на поверхность трубы. Закаленные выступы накатанного профиля вдавливаются в поверхности плашек, обеспечивая не только заклинивание колонны НКТ и удержание от падения в скважину, но и от проворота трубы при передаче вращающего момента.
Трубный ключ, создающий крутящий момент, гладкими, не упрочненными поверхностями своих сухарей охватывает участок профилированной закаленной поверхности наворачиваемой (отворачиваемой) трубы, вдавливается в нее и, таким образом, передает крутящий момент, вращающий трубу.
2
2
Касательные напряжения, возникающие при заклинивании колонны труб и передаче вращающего момента, в материалах трубы и сухарей не превышают 5 кг/мм в спайдере и 0,3 кг/мм в ключе и не представляют опасности для целостности выступов рифления на поверхности НКТ. Так же и пластичный материал сухарей обусловит многократное их использование при проведении операций свинчивания (развинчивания), а меньшая цена их изготовления позволит безболезненно заменять сухари в процессе эксплуатации.
Собранная путем свинчивания подвеска насосно-компрессорных труб может весить свыше тридцати тонн. Весовая нагрузка, приходящаяся на резьбовые соединения труб, обусловливает упругих деформаций в резьбах и в теле трубы на участках концевых резьб. По мере старения металла и снижения его прочностных характеристик в материале труб начинают накапливаться пластические деформации и внутренние напряжения, которые приводят в конце концов к обрыву трубы и ее падению в скважину. Поверхностная закалка участков внутренней поверхности на длине концевых резьб повышает интегральные механические характеристики поперечного сечения трубы на указанном участке и отдаляет время накопления недопустимых деформаций, могущих привести к обрыву стенки трубы.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность устройства для проведения спускоподъемных операций, снижая вероятность разрушений в узлах используемого оборудования и, следовательно, падения разрушенных фрагментов оборудования в нефтяную скважину. Материальная экономия может достигать миллиона рублей на скважину, что в среднегодовом исчислении может составлять миллиарды рублей.
Кроме того, оно увеличивает эксплуатационный ресурс насосно-компрессорных труб, снижает эксплуатационные издержки, связанные с ремонтом НКТ и закупкой новых труб для технологических операций после каждого ремонта, при котором происходит уменьшение длины каждой трубы на 5-10%.
В итоге можно говорить об уменьшении затрат па капитальный ремонт скважин, а следовательно, снижении себестоимости добычи нефти.