СПОСОБ РЕЗАНИЯ ТРУБЧАТОЙ КОНСТРУКЦИИ НА ПОЛУ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ И РЕЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТАКОГО СПОСОБА
METHOD FOR CUTTING TUBULAR STRUCTURE ON FLOOR OF DRILLING RIG AND CUTTING DEVICE FOR IMPLEMENTING SUCH A METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу резания трубчатой конструкции, в частности, бурильной колонны, на полу буровой установки. Изобретение относится также к режущему устройству для использования в указанном способе.
Уровень техники
При выполнении буровых работ, в частности, работ с буровым оборудованием, иногда возникает необходимость в проведении резания трубчатых конструкций, в частности, обсадных колонн, бурильных колонн, насосно-компрессорных колонн и райзеров. Разработаны различные способы резания трубчатых конструкций. Некоторыми из широко применяемых способов резания трубчатых конструкций на полу буровой установки являются абразивное резание изнутри трубчатой конструкции, резание алмазной проволокой или резание механической пилой. Трубчатую конструкцию обычно разрезают на небольшие части, которые затем убирают с пола буровой установки. Обычно время резания 30-дюймовой обсадной колонны составляет порядка нескольких часов. Проблема вышеуказанных способов резания заключается в том, что они занимают слишком длительное время. Поэтому существует потребность в более быстрых способах резания.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение или снижение по меньшей мере одного из недостатков предшествующего уровня техники или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы известному уровню техники.
Эта задача решена при помощи способа и устройства с признаками, раскрытыми в приведенном ниже описании и в прилагаемой формуле изобретения.
Изобретение определяется независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления изобретения.
В первом аспекте изобретение относится к способу резания трубчатой конструкции, в частности, бурильной колонны, на полу буровой установки, при этом указанный способ включает в себя следующие этапы:
- обеспечение режущего устройства на полу буровой установки, содержащего режущий элемент, выполненный без возможности вращения и с возможностью осуществления поступательного движения резания через трубчатую конструкцию;
- расположение режущего устройства в позиции резания снаружи от трубчатой конструкции;
- закрепление позиции режущего устройства относительно трубчатой конструкции и
- активирование режущего устройства для резания трубчатой конструкции при помощи поступательного движения по меньшей мере одного режущего элемента через трубчатую конструкцию.
Использование передвижного режущего устройства согласно изобретению имеет следующие достоинства.
За счет обеспечения на полу буровой установки режущего устройства, которое использует поступательное резание вместо вращательного абразивного резания резание трубчатой конструкции на полу буровой установки может выполняться гораздо быстрее, чем это позволяют традиционные способы резания. Технология поступательного резания была разработана ранее для применения в подводных условиях, как известно из W0 2017/099607 A1. Автор изобретения установил, что такое резание может быть также осуществлено на полу буровой установки и обеспечивает огромный выигрыш во времени, поскольку, как показали эксперименты, время резания сокращается до 5 минут. Это отличается от описанных ранее способов абразивного резания, которое может легко занимать до 2 часов.
Для облегчения понимания изобретения ниже приведены определения одного или более терминов.
Когда используется выражение "пол буровой установки" его следует интерпретировать как центральную часть любой буровой установки (в частности, буровой вышки, однако, пол буровой установки может быть также на судне или другом плавучем сооружении), т.е. как площадку, с которой бурильная колонна начинает свой путь в землю. Именно здесь традиционно производится сборка звеньев бурильных труб, а также забойных блоков (bottom hole assembly, ВНА), буровых головок и различных других буровых инструментов. Это - основное рабочее место для подсобных рабочих и бурильщиков. Пол буровой установки расположен непосредственно под буровой установкой или буровой вышкой. Этот пол обычно представляет собой относительно небольшую рабочую площадку, на которой буровая бригада выполняет монтажные операции, обычно добавляя бурильную трубу к бурильной колонне или удаляя бурильную трубу из бурильной колонны. Пол буровой установки является наиболее опасной зоной на буровой вышке, поскольку по нему перемещается тяжелое оборудование. Соединения колонны бурильных труб выполняются или разбираются на полу буровой установки, и там же установлен пульт бурильщика для управления основными компонентами буровой вышки.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению режущее устройство перемещают к трубчатой конструкции и от трубчатой конструкции, расположенной на полу буровой установки, при помощи крана или манипулятора. Управление режущим устройством в этом варианте осуществления способа обычно осуществляют при помощи крана или манипулятора, при этом режущее устройство является подвешенным или установленным на опоре. Его подают к трубчатой конструкции, расположенной на полу буровой установки, когда это необходимо, и убирают, если больше не требуется.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению режущее устройство перемещают к трубчатой конструкции и от трубчатой конструкции, расположенной на полу буровой установки, при помощи рельсовой системы. Режущим устройством в этом варианте осуществления способа обычно управляют при помощи рельсовой системы, т.е. режущее устройство подкатывают к трубчатой конструкции, расположенной на полу буровой установки, когда это необходимо, и откатывают, если больше не требуется.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению трубчатая конструкция, подлежащая разрезанию, представляет собой одно из группы, включающей в себя: обсадную колонну, бурильную колонну, насосно-компрессорную колонну и райзер. Эти трубчатые конструкции представляют собой наиболее распространенные типы, резание которых может потребоваться на полу буровой установки. Кроме резания этих типов трубчатых конструкций изобретение обеспечивает также быстрое резание обсадной колонны с насосно-компрессорной колонной внутри и с промежуточным слоем цемента между ними. В качестве альтернативы изобретение обеспечивает резание райзера с множеством внутренних обсадных колонн и насосно-компрессорной колонны с промежуточным слоем цемента в различных трубчатых конструкциях.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению на этапе обеспечения режущего устройства обеспечивают устройство, которое содержит: i) корпус устройства, выполненный с возможностью приема трубчатой конструкции в его полость; ii) исполнительное устройство, установленное на корпусе устройства с одной стороны от полости; iii) режущий элемент, выполненный без возможности вращения и установленный на исполнительном устройстве, при этом исполнительное устройство с режущим элементом выполнено с возможностью осуществления поступательного движения резания через полость, содержащую трубчатую конструкцию, и iv) реакционный элемент, установленный на противоположной стороне от полости корпуса устройства напротив режущего элемента для приложения силы реакции к трубчатой конструкции во время резания. Режущее устройство, которое используется в этом варианте осуществления способа, идентично режущему устройству из WO 2017/099607 А1, при этом используются только наиболее релевантные признаки, чтобы обеспечить поступательное резание трубчатой конструкции.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению на этапе обеспечения режущего устройства обеспечивают устройство, в котором реакционный элемент образует часть дополнительного исполнительного устройства, которое выполнено с возможностью открытия и закрытия указанной полости для приема указанной подводной трубчатой конструкции. Режущее устройство, которое используется в этом варианте осуществления способа, является немного более совершенным. Реакционный элемент, который образует часть дополнительного исполнительного устройства, способствует более быстрому выполнению резания, сокращая, таким образом, время резания.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению на этапе обеспечения режущего устройства обеспечивают устройство, в котором реакционный элемент установлен на поршневом штоке или на резьбовом стержне дополнительного исполнительного устройства или выполнен как единое целое с поршневым штоком или резьбовым стержнем дополнительного исполнительного устройства. Режущее устройство, которое используется в этом варианте осуществления способа, является еще более совершенным, чем описанный предшествующий вариант осуществления. В этом варианте осуществления обеспечивают более быстрое резание.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению на этапе обеспечения режущего устройства обеспечивают устройство, в котором реакционный элемент снабжен дополнительным режущим элементом, направленным к режущему элементу, выполненному без возможности вращения, для содействия резанию. Обеспечение режущего устройства с дополнительным режущим элементом, установленным на реакционном элементе, еще больше повышает скорость резания.
Во втором аспекте изобретение относится к режущему устройству для использования в способе согласно изобретению, содержащему: i) корпус устройства, выполненный с возможностью приема трубчатой конструкции в его полости; ii) исполнительное устройство, установленное на корпусе устройства с одной стороны от полости; iii) режущий элемент, выполненный без возможности вращения и установленный на исполнительном устройстве, при этом исполнительное устройство с режущим элементом выполнено с возможностью осуществления поступательного движения резания через полость, содержащую трубчатую конструкцию, и iv) реакционный элемент, установленный на противоположной стороне от полости корпуса устройства, напротив режущего элемента, для приложения силы реакции к трубчатой конструкции во время резания, при этом исполнительное устройство содержит гидравлический рабочий цилиндр, содержащий поршень, который при помощи поршневого штока соединен с режущим элементом, выполненным без возможности вращения, и при этом исполнительное устройство содержит аккумулятор, который имеет соединение по текучей среде с гидравлическим рабочим цилиндром и служит для хранения и выделения энергии по мере необходимости во время поступательного движения резания режущего элемента, выполненного без возможности вращения. Режущее устройство этого варианта осуществления изобретения обеспечивает очень эффективное, быстрое и стабильное резание трубчатой конструкции, поскольку энергия подается гораздо более плавно, чем при отсутствии аккумулятора.
В одном варианте осуществления режущего устройства согласно изобретению аккумулятор установлен в поршневом штоке и при помощи канала сообщается с гидравлическим рабочим цилиндром. Если исполнительное устройство выполнено крупногабаритным для резания трубчатых конструкций большой толщины, в объеме поршневого штока имеется большое пространство. Это пространство может быть успешно использовано для размещения аккумулятора без уменьшения прочности поршневого штока.
В первом варианте аккумулятор используют для управления усилием во время резания. Если надлежащее управление усилиями отсутствует, может возникать опасность выхода системы из строя. Чтобы обеспечить такое управляемое резание, аккумулятор должен быть соединен со стороной низкого давления поршня в гидравлическом рабочем цилиндре, таким образом, исполнительное устройство работает, противодействуя давлению аккумулятора во время резания, т.е. аккумулятор демпфирует движение резания и исключает приложение высоких усилий, когда объект ослабляется во время резания.
Во втором варианте аккумулятор используют для увеличения усилия во время резания. Для достижения такого увеличенного усилия резания аккумулятор должен быть соединен со стороной высокого давления поршня в гидравлическом рабочем цилиндре, таким образом, чтобы давление в аккумуляторе суммировалось с гидравлическим давлением, приложенным к стороне высокого давления поршня. Этот вариант генерирует большее усилие, а также позволяет быстрее активировать режущее устройство.
В одном варианте осуществления реакционный элемент образует часть дополнительного исполнительного устройства, которое выполнено с возможностью открытия и закрытия указанной полости для приема указанной трубчатой конструкции. Этот вариант осуществления режущего устройства является немного более совершенным. Реакционный элемент, который образует часть дополнительного исполнительного устройства, способствует более быстрому выполнению резания, сокращая, таким образом, время резания.
В одном варианте осуществления реакционный элемент установлен на поршневом штоке или на резьбовом стержне дополнительного исполнительного устройства или выполнен как единое целое с поршневым штоком или резьбовым стержнем дополнительного исполнительного устройства. Этот вариант осуществления режущего устройства является еще более совершенным, чем описанный предшествующий вариант осуществления. В этом варианте осуществления обеспечивают более быстрое резание.
В одном варианте осуществления реакционный элемент снабжен дополнительным режущим элементом, направленным к режущему элементу, выполненному без возможности вращения, для содействия резанию. Обеспечение режущего устройства с дополнительным режущим элементом, установленным на реакционном элементе, еще больше повышает скорость резания.
Краткое описание чертежей
Ниже в качестве примера приведено описание предпочтительного варианта осуществления, иллюстрируемое прилагаемыми чертежами, на которых показаны:
ФИГ. 1 - вид в аксонометрии варианта осуществления режущего устройства согласно изобретению, размещенного вокруг трубчатой конструкции;
ФИГ. 2 - такой же вид в аксонометрии, что и на ФИГ. 1, но режущий элемент выдвинут для резания трубчатой конструкции;
ФИГ. 3 - вид сверху ФИГ. 1;
ФИГ. 4 - вид сверху ФИГ. 2;
ФИГ. 5-10 - различные этапы варианта осуществления способа резания трубчатой конструкции согласно изобретению;
ФИГ. 11 - вид сбоку другого варианта осуществления режущего устройства согласно изобретению, при этом режущий элемент отведен назад, и
ФИГ. 12 - такой же вид сбоку, что и на ФИГ. 11, но режущий элемент выдвинут для резания трубчатой конструкции.
Осуществление изобретения
Ниже описаны различные иллюстративные варианты осуществления предмета настоящего изобретения. Для упрощения понимания в данном описании представлены не все конструктивные особенности фактической реализации. Разумеется, следует понимать, что при разработке каждого такого варианта осуществления необходимо принимать многочисленные специфические для реализации решения, чтобы достичь конкретных целей разработчика, в частности, касательно обеспечения соблюдения системных и коммерческих ограничений, которые отличаются для различных вариантов применения. Кроме того, следует понимать, что такая опытно-конструкторская разработка может быть сложной и занимающей много времени, но, тем не менее, может представлять собой обычную практику для специалистов в данной области техники, использующих достоинства настоящего изобретения.
Предмет настоящего изобретения описан со ссылками на прилагаемые чертежи. Различные системы, конструкции и устройства схематически изображены на чертежах только в целях пояснения и, таким образом, не усложняют представление настоящего изобретения деталями, хорошо известными специалистам в данной области техники. Тем не менее, прилагаемые чертежи включены для описания и пояснения иллюстративных примеров осуществления настоящего изобретения. Отдельные термины и фразы следует понимать и интерпретировать как имеющие значение, соответствующее пониманию этих терминов и фраз специалистами в данной области техники. Никакого специального определения термина или фразы, т.е. определения, отличного от обычного и общепринятого значения в понимании специалистов в данной области техники, не предполагается применять при постоянном использовании какого-либо термина или фразы в данном описании. Если определенный термин или фразу предполагается использовать в специальном значении, т.е. в значении, отличном от понимаемого специалистами в данной области техники, такое специальное значение будет однозначно указано в описании в порядке определения, которое прямо и безоговорочно обеспечит специальное определение для указанного термина или фразы.
Чертежи и описание показывают режущее устройство, используемое на полу буровой установки, которое предлагает альтернативное решение существующим решениям резания в подводных условиях. Важной частью изобретения является выполнение чисто поступательного движения резания для разрезания трубчатой конструкции, в частности, обсадной колонны, бурильной колонны, насосно-компрессорной колонны и райзера, на полу буровой установки. Известные решения раскрывают способы, которые требуют длительного времени, в частности, резание алмазной проволокой. Поступательное движение резания может выполняться множеством различных устройств. На чертежах и в подробном описании представлен только один пример. Следует подчеркнуть, что изобретение не ограничено этим примером.
На ФИГ. 1 показан вид в аксонометрии варианта осуществления режущего устройства согласно изобретению с установленной трубчатой конструкцией. Режущее устройство 100 может быть установлено на полу буровой установки и смонтировано на устройстве для механизированной подвески и развинчивания труб (англ. roughneck, не показано) или выполнено в виде автономной системы (не показана), которая может возвратно-поступательно перемещаться (например, при помощи рельсовой системы) по колонному фланцу (Rotary Kelly Bushing, RKB) для каждого реза. В качестве альтернативы оно может перемещаться при помощи крана или манипулятора (не показаны). На ФИГ. 1 показано, что трубчатая конструкция 1 установлена в полости 50 режущего устройства 100. Полость 50 образована корпусом 110 устройства и реакционным элементом 140. Режущее устройство содержит линейное исполнительное устройство 120, которое соединено с режущим элементом 130, выполненным без возможности вращения, и выполнено с возможностью осуществления поступательного движения резания указанным режущим элементом 130. Реакционный элемент 140 содержит дополнительный режущий элемент 145, обращенный к полости, как показано на чертеже. Реакционный элемент 140 образует резьбовой стержень исполнительного устройства резьбового стержня, которое более подробно поясняется ниже. Режущее устройство 100 снабжено также множеством соединительных такелажных точек 171, которые позволяют перемещать его при помощи крана или другого типа манипулятора (не показаны).
На ФИГ. 2 показан такой же вид в аксонометрии, как на ФИГ. 1, но режущий элемент 130 выдвинут для резания трубчатой конструкции 1. На этой фигуре показано, что при активировании линейного исполнительного устройства 120 поршневой шток 125, на котором установлен режущий элемент 130, выдвигается, прижимается и осуществляет резание трубчатой конструкции 1 напротив режущего элемента 145, установленного на реакционном элементе 140, как показано на чертеже. На ФИГ. 2 показано также, что реакционный элемент 140 является частью дополнительного исполнительного устройства 150 (исполнительное устройство с резьбовым стержнем), которое также содержит ось с зубчатым колесом 147, приводимым в движение двигателем 149. При включении двигателя 149 зубчатое колесо 147 начинает вращаться и перемещать реакционный элемент 140, втягивая или выдвигая его в зависимости от направления вращения.
Вариант осуществления режущего устройства, показанный на ФИГ. 1 и 2, может разрезать трубчатые конструкции диаметром до 30 дюймов (762 мм), а также может без проблем разрезать бурильные колонны по соединительным замкам, цементированные и футерованные обсадные трубы. Дополнительные характеристики режущего устройства, показанного на ФИГ. 1 и 2:
давление, используемое в гидравлическом цилиндре - 210 бар;
загружаемый объем гидравлического цилиндра 160 л;
масса режущего устройства - 3500 кг; длина режущего устройства - 2300 мм;
ширина режущего устройства - 900 мм, и создаваемое усилие - 1000 т.
Следует подчеркнуть, что в пределах объема настоящей формулы изобретения возможны другие конструкции и размеры режущего устройства, если режущее устройство предусмотрено для других размеров трубчатых конструкций.
На ФИГ. 3 показан вид сверху ФИГ. 1. На этом чертеже указаны первая сторона S1 и вторая, противоположная сторона S2 полости 50. На первой стороне S1 установлен режущий элемент 130, а на второй стороне S2 - реакционный элемент 140 с дополнительным режущим элементом 145.
На ФИГ. 4 показан вид сверху ФИГ. 2. Этот чертеж иллюстрирует ситуацию во время резания трубчатой конструкции 1. Трубчатая конструкция 1 сжимается таким образом, что на ней образуются наружные выступы 1р. На фигуре показаны также две направляющие 135, по одной с каждой стороны полости 50, которые служат для направления режущего элемента 130 во время движения резания.
На ФИГ. 5-10 показаны различные этапы варианта осуществления способа резания трубчатой конструкции согласно изобретению.
На этапе, показанном на ФИГ. 5, реакционный элемент 140 полностью выведен наружу, поэтому полость 50 открыта для приема трубчатой конструкции 1, как показано на чертеже. На ФИГ. 6 показан тот же самый этап, но только под другим углом. На этой фигуре видно, что корпус 110 устройства имеет отверстие 110h для приема реакционного элемента 140, когда он закрыт, т.е. перемещен в отверстие 110h. Реакционный элемент 140 содержит на поверхности зубчатую рейку 143.
На этапе, показанном на ФИГ. 7, реакционный элемент 140 под действием двигателя 149 втягивают внутрь в результате вращения оси с зубчатым колесом 147 по зубчатой рейке 143 (ФИГ. 6), закрывая, таким образом, полость 50.
На этапе, показанном на ФИГ. 8, резание трубчатой конструкции 1 осуществляют при помощи линейного исполнительного устройства 120 путем поступательного движения резания. На чертеже показан также поршневой шток 125, который выходит из линейного исполнительного устройства 110.
На этапе, показанном на ФИГ. 9, резание трубчатой конструкции 1 заканчивают, и реакционный элемент 140 снова выводят, чтобы открыть полость 50. Можно видеть, что трубчатая конструкция 1 теперь содержит две части, т.е. первую часть 1а и вторую часть 1b.
На ФИГ. 10 показан тот же этап, что и на ФИГ. 9, но под другим углом. На этой фигуре хорошо видны соответствующие части 1а и 1b, а также линия 1с разреза, которая разделяет указанные части 1а и 1b. На фигуре показаны также описанные выше наружные выступы 1р.
Эти наружные выступы обеспечивают очевидное преимущество по сравнению с известными способами абразивного резания. Когда футерованная цементированная обсадная труба разрезается абразивными способами, и соответствующий сегмент удаляется, его необходимо вначале закрепить, чтобы внутренняя часть обсадной трубы не выпала во время подъема указанного сегмента. Вследствие сплющивания обсадной трубы при использовании режущего устройства согласно изобретению такое закрепление больше не требуется, что позволяет дополнительно в значительной степени сократить рабочее время на 30-60 минут.
На ФИГ. 11 показан вид сбоку другого варианта осуществления режущего устройства согласно изобретению с убираемым режущим элементом. Этот этап соответствует ФИГ. 1. На ФИГ. 12 показан такой же вид сбоку, что и на ФИГ. 11, но режущий элемент выдвинут для резания трубчатой конструкции. Этот этап соответствует ФИГ. 2. В этом варианте осуществления режущего устройства 100 используется усовершенствованное линейное исполнительное устройство 120, содержащее рабочий гидравлический цилиндр 121, в котором поршень 122, соединенный с поршневым штоком 125, как показано на фигуре, совершает возвратно-поступательное движение. Линейное исполнительное устройство 120 содержит аккумулятор 124 для улучшения резания трубчатой конструкции 1. Аккумулятор 124 удобно размещен внутри поршневого штока 125, который в соответствии с требованиями к нему имеет достаточно большой объем. В этом варианте осуществления аккумулятор 124 находится в соединении по текучей среде со стороной высокого давления поршня 122 в рабочем гидравлическом цилиндре 121 для увеличения усилия резания. При этом следует подчеркнуть, что возможны также другие конструкции, однако, конструкция, показанная на ФИГ. 11 и 12, представляет собой очень удобное, компактное и экономичное решение. Режущее устройство, показанное на ФИГ. 11 и 12, обеспечивает очень эффективное, быстрое и стабильное резание трубчатой конструкции, поскольку энергия прикладывается гораздо более плавно, чем при отсутствии аккумулятора. При этом предполагается, что принцип работы гидравлического цилиндра является известным, поэтому он не описывается подробно.
Конкретные варианты осуществления, раскрытые выше, являются только иллюстративными, поскольку изобретение может быть видоизменено и реализовано другими, но эквивалентными способами, очевидными специалистам в данной области техники, извлекающим пользу из положений настоящего изобретения. Так, например, этапы способа, описанные выше, могут выполняться в другом порядке. Кроме того, для деталей конструкции или внешнего оформления не предполагается никаких других ограничений, кроме описанных в приведенной ниже формуле изобретения. Поэтому очевидно, что раскрытые выше конкретные варианты осуществления могут быть изменены или модифицированы, и все такие изменения включаются в объем изобретения. Соответственно, испрашивается защита согласно приведенной ниже формуле изобретения.
Следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления иллюстрируют, но не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники могут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные номера, указанные в скобках, не следует истолковывать как ограничение соответствующего пункта формулы изобретения. Использование глагола "содержать" и форм его спряжения не исключает присутствия элементов или этапов, отличных от указанных в соответствующем пункте формулы изобретения. Указание элемента в единственном числе не исключает присутствия множества таких элементов. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер не может быть использовано для получения преимуществ. В пунктах формулы изобретения, относящихся к устройству, при перечислении нескольких средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы в виде одного и того же изделия.