РЕСУРСНОЕ СОЕДИНЕНИЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ИЛИ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Полезная модель относится к области добычи нефти и газа, а именно к ресурсному соединению насосно-компрессорных или бурильных труб (ресурсным замкам). Полезная модель предназначена для соединения насосно-компрессорных или бурильных труб в колонну и может быть использована при добыче нефти и газа и бурении нефтяных и газовых скважин.
В настоящее время известны подобные решения.
Так, из описания к патенту РФ №102665 (опубликован 10.03.2011) известно соединение насосно-компрессорных или бурильных труб, которое включает установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и муфты соответственно, при этом резьбовые поверхности муфты и переходника выполнены с приданием им дополнительной износостойкости. Дополнительно упрочненными с повышенной износостойкостью выполнены только резьбовые поверхности муфты и переходника, взаимодействующие друг с другом (замок), при этом резьбовые соединения муфты и переходника с трубами выполнены равнопрочными, на резьбовые поверхности муфты и переходника в этих соединениях нанесен слой противозадирного покрытия
Кроме этого, из описания к патенту РФ №99586 (опубликован 20.11.2010) известно замковое соединение для насосно-компрессорных труб, которое включает установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой. На внешних рабочих поверхностях переходника и муфты нанесены продольные канавки с шагом, равным шагу зубьев плашек механизма монтажа-демонтажа, длина которых выбирается не менее длины захватывающих органов механизма для монтажа-демонтажа.
Также известно соединение насосно-компрессорных или бурильных труб (патент РФ №14995, опубликован 10.09.2000), включающее установленную на резьбовом конце одной из соединяемых труб соединительную цилиндрическую муфту, имеющую внутреннюю резьбовую поверхность, и полый цилиндрический переходник, выполненный на одном конце с внутренней, а на другом конце - с наружной резьбой, для взаимодействия с резьбой концевого участка другой соединяемой трубы и резьбой муфты соответственно, при этом суммарная высота цилиндрических поверхностей муфты и переходника выполнена в соответствии с размером механизма для монтажа-демонтажа колонны труб, при этом тело муфты и тело переходника выполнены объемно упрочненными, а их резьбовые поверхности выполнены с приданием им дополнительной износостойкости.
Недостатками этого аналога являются работа удерживающего механизма (спайдера) по поверхности трубы, малый ресурс переводника и муфты, поскольку только поверхность резьбы выполнена с приданием ей дополнительной износостойкости, быстрый износ поверхности переходника при взаимодействии плашек гидроключа.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является соединение насосно-компрессорных труб (патент РФ 2168102, опубликован 27.05.2001), включающее соединительную муфту, установленную на резьбовом конце трубы, и полый цилиндрический переходник, установленный на резьбовом конце другой из соединяемых труб. Муфта состоит из сопрягаемых цилиндрических поверхностей разного диаметра с образованием средней части и концевых участков. Длина средней части, а также суммарная длина концевых участков и соединяемого с ним переходника выполнены не менее высоты соответственно удерживающего и захватного органов механизма для монтажа-демонтажа труб. Тело муфты и тело переходника выполнены объемно упрочненными. А резьбовые поверхности выполнены с приданием им дополнительной износостойкости.
Недостатками аналога являются то, что только поверхности резьбы выполнены с приданием им дополнительной износостойкости, а тело муфты и переходника выполнено просто объемно упрочненным, что приводит к быстрому износу поверхности под действием плашек гидроключа и вкладышей спайдера, уменьшению толщины стенки муфты и переходника, которая имеет минимально допустимый минусовой передел согласно ГОСТов и, как следствие, обрыв, «полет» колонны. Быстрый износ наружной поверхности обусловлен тем, что объемной закалки недостаточно для изделий, на которые воздействуют зубья плашки гидроключа и вкладыши (вставки) спайдера, которые имеют значительно превышающую твердость на поверхности, нежели можно получить объемной закалкой. К тому же, увеличение твердости изделия для повышения ресурса, приведет к нарушению механических свойств.
Также недостатком этого аналога является то, что тело муфты и переходника, взаимодействующее с механизмом монтажа-демонтажа труб выполнено гладким, что приведет в некоторых случаях к проскальзыванию плашек гидроключа и вкладышей (вставок) спайдера, вследствие незначительного, но позволяющего дальнейшую эксплуатацию, износа последних и/или незначительного, в пределах допустимого изготовителем, износа посадочных мест челюсти под плашку и корпуса клина под вкладыш, что будет причиной износа, повреждений в виде задиров, заусенцев и т.п. тела муфты и переходника.
Техническим результатом патентуемого решения является исключение проскальзывания удерживающего и захватного механизмов по поверхности ресурсного соединения, предотвращение износа тела переводников за счет придания им износостойкости по всей поверхности, включая резьбу, увеличение долговечности.
Заявленный технический результат достигается благодаря конструкции ресурсного соединения насосно-компрессорных и бурильных труб (ресурсных замков), выполненной в виде двух сборных переводников, один из которых, верхний, содержит патрубок с резьбой и навинченную на него с одной стороны муфту, а другой, нижний, содержит патрубок с резьбой и навинченные на него с обоих концов муфты, при этом на внешних поверхностях патрубков обоих переводников выполнены продольные канавки и кольцевые канавки, исключающие проскальзывание удерживающего и захватного механизмов.
Выполнение соединения в виде двух переводников, один из которых предназначен для работы с гидроключом (захватывающий механизм), а другой - для работы спайдером (удерживающий механизм) полностью исключает работу удерживающего и захватного механизмов по поверхности трубы, что приведет к увеличению долговечности труб.
Кроме этого, для предотвращения самопроизвольного откручивания муфт переводников с патрубков сборка ресурсных переводников производится с использованием специальной резьбоуплотнительной смазки на основе эпоксидных клеев.
Переводники и муфты соединения могут быть изготовлены из материала одной группы прочности с соединяемыми трубами, в основном, для труб НКТ группы прочности N80 по API5CT. Это дает повышение прочностных характеристик соединения и, следовательно, увеличение ресурса работы.
Также, помимо обеспечения механических свойств согласно ГОСТ Р 52203-2004, ГОСТ Р 53366-2009 (ISO 11960:2004) и API Spec 5CT (ISO 11960:2001), вся поверхность соединения выполнена упрочненной с приданием ей износостойкости (повышенного ресурса), что достигается за счет внедрения в верхний слой металла азота на глубину, достаточную для увеличения ресурса, но, в то же время, не нарушающую механические свойства и не приводящую к охрупчиванию металла, т.к. температура, при которой азот внедряется в поверхность металла значительно ниже температуры, при которой необходимо получить механические характеристики группы прочности согласно ГОСТ Р 52203-2004 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия», ГОСТ Р 53366-2009 (ISO 11960:2004) «Трубы стальные, применяемые в качестве обсадных или насосно-компрессорных труб для скважин в нефтяной и газовой промышленности. Общие технические условия» или API Spec 5CT (ISO 11960:2001) «Нефтегазовая промышленность. Трубы стальные, используемые в качестве обсадных и насосоно-компрессорных труб для скважин» (Petroleum and natural gas industries - Steel pipes for use as casing or tubing for wells (MOD)) и поэтому не может их нарушить, что было подтверждено проведенными лабораторными исследованиями.
Далее полезная модель поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 - верхний переводник в сборе;
На фигуре 2 - нижний переводник в сборе;
На фигуре 3 - труба в сборе с переводниками.
Верхний переводник (фиг.1) представляет собой патрубок 1, на концах которого выполнена резьба. На один, верхний, конец патрубка навинчивается муфта 2. На внешней боковой поверхности патрубка 1 выполнены продольные канавки 3 для захвата плашкой гидроключа и кольцевые канавки 4 для работы ловильным инструментом в случае обрыва (полета) колонны.
Нижний переводник (фиг.2) представляет собой патрубок 5, на концах которого выполнена резьба и навинчены две муфты 6 и 7. На внешней боковой поверхности патрубка 5 выполнены продольные канавки 8 для захвата плашкой гидроключа и кольцевые канавки 9 для захвата вкладышем спайдера.
Сборку насосно-компрессорных или бурильных труб посредством патентуемого соединения производят на трубной базе до отправки партии труб на скважину. На один резьбовой конец трубы (фиг.3) навинчивают верхний переводник ресурсного замка, далее на другой конец трубы навинчивают нижний переводник ресурсного замка. Труба готова к эксплуатации. Завинчивание производится на муфтонаверточном станке моментами и резьбоуплотнительной смазкой рекомендованными в технической документации на изделие.
Сборку колонны осуществляют в следующей последовательности: первую трубу при помощи спайдера удерживают за кольцевые канавки нижнего переводника ресурсного замка, затем удерживая элеватором следующую трубу за верхнюю муфту нижнего переводника, подводят ее верхним переводником ресурсного соединения к нижнему переводнику уже установленной в спайдере трубы, наживляют резьбу и при помощи гидроключа производят заворот верхнего переводник ресурсного замка в нижний. И так далее.
Таким образом, использование предложенной конструкции соединения повышает эксплуатационную надежность соединения, увеличивает ресурс работы насосно-компрессорных и бурильных труб и упрощает их монтаж-демонтаж.