ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХВАТЫВАЕМОЙ КОНЦЕВОЙ ЧАСТИ СТАЛЬНОЙ ТРУБЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РАБОЧЕЙ КОЛОННЕ ТРУБ ДЛЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
PROTECTIVE DEVICE FOR MALE END PART OF STEEL PIPE INTENDED FOR USE IN WORKING PIPE STRING FOR HYDROCARBONS

Настоящее изобретение относится к защитному устройству для концевой части стальной трубы с наружной резьбой, предназначенной для использования в рабочей колонне труб для углеводородов, и к стальной трубе, оснащенной таким защитным устройством.
Рабочая колонна труб для углеводородов обычно состоит из множества труб, прикрепленных последовательно. В частности, рабочая колонна труб для углеводородов, предназначенная для углеводородных скважин или подобных скважин, обычно содержит насосно-компрессорную колонну и несколько обсадных колонн. Насосно-компрессорная колонна состоит из множества труб для заканчивания, размещенных внутри обсадной колонны. Обсадная колонна состоит из множества обсадных труб, расположенных внутри пробуренного отверстия скважины. Обсадные трубы имеют поперечное сечение большего диаметра, чем трубы для заканчивания, и окружают трубы для заканчивания. В нижней части обсадной колонны обсадные трубы также называют трубами колонны-хвостовика.
Две трубы колонны могут быть прикреплены с помощью резьбового соединения. Обычное резьбовое соединение для присоединения первой трубы ко второй трубе может содержать часть с наружной резьбой, образованную на внешней периферийной поверхности первой трубы, также выполненную как конец трубы с наружной резьбой, и часть с внутренней резьбой, образованную на внутренней периферийной поверхности второй трубы. Резьбовые части взаимодействуют таким образом, чтобы прикрепить первую трубу ко второй трубе, таким образом образуя резьбовое соединение.
Другой известный тип резьбового соединения может содержать соединительную муфту для прикрепления первой трубы и второй трубы. Каждая труба содержит патрубок, на обоих концах которого находится часть с наружной резьбой, образованная на внешней периферийной поверхности. Первая труба содержит соединительную муфту, имеющую внутреннее отверстие с частью с внутренней резьбой, образованной на внутренней периферии отверстия. Соединительная муфта предварительно соединена с одним концом стального патрубка посредством части с наружной резьбой указанного конца и части с внутренней резьбой соединительной муфты. Благодаря этой структуре первая труба имеет часть с наружной резьбой, также выполненную как конец трубы с наружной резьбой, и часть в виде соединительной муфты с частью с внутренней резьбой. Вторая труба может быть прикреплена к первой трубе для того, чтобы образовывать рабочую колонну.
Прочность колонны труб обычно зависит от отсутствия изнашивания деталей или частей, образующих резьбовое соединение. Следовательно, были предложены устройства для защиты резьбовых частей труб, имеющих часть с наружной резьбой и часть с внутренней резьбой.
Для работы на месте необходимо удалять устройство перед установкой трубы в скважину. Предпочтительно удалять устройство на самых последних этапах перед установкой трубы в скважину. Затем необходимо отвинтить приспособления для защиты от трубы. Эти операции могут занимать много времени и требуют внимания операторов, которым также приходится работать с трубами. Таким образом, процесс установки рабочей колонны усложняется использованием такого устройства, и слабые участки трубы не защищены во время установки рабочей колонны.
Одна из целей настоящего изобретения заключается в преодолении указанных выше недостатков.
Конкретная цель изобретения заключается в улучшении работ на месте, в частности в обеспечении простоты и скорости работ, связанных с выполнением операций с приспособлениями для защиты, при наличии возможности удалять приспособления для защиты на самых последних этапах перед установкой трубы в скважину.
Попутно изобретение улучшает операции посадки трубы, облегчая выравнивание концов труб.
Согласно одному аспекту изобретение представляет собой защитное устройство 1 для охватываемой концевой части 20 стальной трубы 10, предназначенной для использования в рабочей колонне труб для углеводородов, причем устройство 1 содержит цилиндрическую муфту 2, имеющую главную ось X и образующую внутреннюю полость 5, предназначенную для размещения охватываемой концевой части 20, часть 3 контактного взаимодействия, отличающееся тем, что цилиндрическая муфта 2 разделена в осевом направлении на по меньшей мере два полукорпуса 7, 8, удерживаемые вместе соединением 4, и при этом часть 3 контактного взаимодействия выполнена таким образом, чтобы разделять по меньшей мере два полукорпуса 7, 8 при прикладывании заданной осевой силы к первой или второй поверхности 9b, 9h контактного взаимодействия.
Согласно одному аспекту часть 3 контактного взаимодействия разделена на по меньшей мере две части, причем каждая часть части контактного взаимодействия прикреплена к одному соответствующему полукорпусу, и часть 3 контактного взаимодействия, образующая первую поверхность 9b, 9h контактного взаимодействия, представляет собой наклонную поверхность вращения вокруг оси X. Сила, прикладываемая вторым патрубком к указанной поверхности 9b контактного взаимодействия, отталкивает полукорпуса друг от друга.
Согласно одному аспекту первая поверхность 9b, 9h контактного взаимодействия представляет собой часть конической поверхности 63, 64 оси X с углом конуса от 60° до 120°, чтобы передавать и преобразовывать осевую силу в радиальную силу, эффективно разделяющую полукорпуса.
Согласно другому аспекту первая поверхность 9b контактного взаимодействия представляет собой часть конической поверхности 63, 64 оси X с углом конуса от 120° до 170°.
Согласно одному аспекту первая поверхность 9b контактного взаимодействия находится на стороне, противоположной цилиндрической муфте, для передачи силы, прикладываемой второй трубой.
Согласно одному аспекту первая часть 3 контактного взаимодействия содержит вторую поверхность (9h) контактного взаимодействия, расположенную на стороне цилиндрической муфты, с целью передачи силы, прикладываемой первой трубой, на которой закреплено защитное устройство.
Часть 3 контактного взаимодействия может содержать вторую внутреннюю полость 16, продолжающуюся от первой внутренней полости. Защитное устройство может содержать съемный колпачок, закрывающий вторую внутреннюю полость 16.
Согласно другому аспекту цилиндрическая муфта 2 может быть разделена в осевом направлении на два полукорпуса 7, 8, причем указанные два полукорпуса имеют скошенные стыки 21, и поверхность 6 контактного взаимодействия содержит две прорези, образованные указанными скошенными стыками 21. Защитное устройство является компактным, но требует углового выравнивания со второй трубой или охватывающим концевым приспособлением для защиты второй трубы.
Согласно одному аспекту соединение может содержать крючки 71. Эти крючки 71 расположены на краях первых стенок полукорпусов и входят в зацепление с соответствующими пазами 72 на краях вторых стенок полукорпусов.
Полукорпуса могут быть сформованы из пластика, и соединение может представлять собой стенку, которая тоньше, чем стенки полукорпусов, и при этом соединение выполнено с возможностью разрыва при заданной радиальной нагрузке, соответствующей указанной заданной осевой нагрузке.
Альтернативно или дополнительно соединение может быть выполнено из клея или пластика, припаянного между стенками полукорпусов. Полукорпуса могут содержать полые отверстия на двух смежных стенках двух полукорпусов, и соединение содержит стяжную ленту, проходящую сквозь указанные полые отверстия и обернутую вокруг них.
Согласно одному аспекту первая цилиндрическая муфта 2 содержит резьбу 12 на внутренней поверхности.
Изобретение также относится к комплекту защитного устройства согласно любому раскрытому в настоящем документе варианту осуществления и защитному устройству для охватывающей концевой части 21 стальной трубы 10, предназначенной для использования в рабочей колонне труб для углеводородов, отличающемуся тем, что защитное устройство для охватывающей концевой части 21 содержит активирующую поверхность 22, выполненную с возможностью контакта с частью 3 контактного взаимодействия и приложения силы, превышающей заданное пороговое значение, чтобы полукорпуса отделялись друг от друга.
Изобретение также касается применения защитного устройства, включающего следующие этапы:
- закрепление указанного защитного устройства на охватываемом конце первого патрубка;
- опускание указанного первого патрубка с указанным защитным устройством в непосредственной близости ко второму патрубку 23 так, чтобы указанное защитное устройство контактировало с указанным вторым патрубком через часть 3 контактного взаимодействия, и обеспечение разделения полукорпусов 7, 8 при прикладывании силы, оказываемой указанным вторым патрубком 23 или первым патрубком 10 на указанную часть 3 контактного взаимодействия.
Согласно одному аспекту второй патрубок 23 может быть оснащен охватывающим концевым защитным устройством 21, в котором охватывающее приспособление для защиты контактирует с частью 3 контактного взаимодействия защитного устройства 1, обеспечивая разделение полукорпусов 7, 8 при прикладывании силы, оказываемой указанным охватывающим концевым защитным устройством или первым патрубком на указанную часть 3 контактного взаимодействия.
Настоящее изобретение и его преимущества будут лучше понятны при изучении подробного описания конкретного варианта осуществления, приведенного в качестве неограничивающих примеров и проиллюстрированного посредством прилагаемых графических материалов, на которых:
на фиг. 1 представлен вид в перспективе в разрезе защитного устройства согласно одному аспекту настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлен вид в перспективе в разрезе защитного устройства согласно второму аспекту настоящего изобретения;
на фиг. 3 переставлен вид в перспективе в разрезе защитного устройства согласно третьему аспекту настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлен вид в разрезе защитного устройства согласно первому аспекту настоящего изобретения и комплекта с трубами согласно одному аспекту настоящего изобретения;
на фиг. 5 представлен вид в перспективе защитного устройства согласно четвертому аспекту настоящего изобретения и комплекта согласно второму аспекту настоящего изобретения;
на фиг. 6 представлен вид в разрезе защитного устройства согласно другому аспекту настоящего изобретения.
Со ссылкой на фиг. 1 и 4 схематически изображено защитное устройство 1. Устройство 1 предназначено для защиты концевой части первой стальной трубы или первого патрубка 10, в частности стальной трубы 10 для заканчивания. Такие трубы имеют функциональные поверхности, такие как уплотнения, нуждающиеся в защите при хранении, транспортировке, обращении.
Защитное устройство 1 и труба 10 являются глобально аксиально-симметричными относительно оси X.
Если не указано иное, слова «осевой», «в осевом направлении», «радиальный», «в радиальном направлении» следует понимать как указывающие на отношение к вертикальной оси симметрии устройства 1, то есть к направлению оси X.
Первый патрубок 10 имеет по существу цилиндрическую форму относительно оси X. Первый патрубок 10 имеет круглое горизонтальное поперечное сечение. Первый патрубок 10 содержит часть с наружной резьбой на внешней периферии его нижнего конца. Таким же образом, второй патрубок 23 имеет по существу цилиндрическую форму относительно оси X. Второй патрубок 23 имеет круглое горизонтальное поперечное сечение. Второй патрубок 23 содержит часть с внутренней резьбой на внутренней периферии его верхнего конца.
Защитное устройство 1 образует муфту 2, имеющую по существу цилиндрическую форму вокруг оси X и образующую внутреннюю полость 5. Муфта 2 с одной стороны имеет вход для ввода первого патрубка 10 в указанную внутреннюю полость 5. Указанная муфта 2 может иметь часть с внутренней резьбой, образованную на внутренней поверхности муфты 2 и приспособленную для взаимодействия с частью с наружной резьбой первого патрубка 10 таким образом, чтобы защитное устройство могло быть закреплено путем навинчивания на первый патрубок 10.
Муфта 2, показанная на фиг. 1, содержит два полукорпуса 7 и 8. Указанные два полукорпуса удерживаются вместе соединительной частью 4. Для упрощения фигур и для лучшего понимания защитное устройство согласно настоящему изобретению представлено двумя полукорпусами. Защитное устройство согласно настоящему изобретению может иметь более двух полукорпусов, в частности, защитное устройство может также иметь три или четыре полукорпуса.
Приспособления для защиты могут быть выполнены из пластика. Пластиковые элементы могут быть усилены металлическими вставками. Приспособление для защиты может быть формованным. Соединение 4 может представлять собой тонкую стенку, соединяющую смежные края основных стенок полукорпусов. Толщину тонкой стенки рассчитывают на основе прочности на разрыв, подходящей для использования защитного устройства, и диаметра патрубка, который необходимо защитить, что обусловливает необходимость применения заданной силы для разрыва под напряжением. Если цилиндрическая муфта разделена на два полукорпуса, может быть два соединения, если цилиндрическая муфта разделена на три полукорпуса, может быть три соединения, если цилиндрическая муфта разделена на четыре полукорпуса, может быть четыре соединения.
Соединение 4 также может быть образовано путем нанесения клея между краями основных стенок полукорпусов. Это решение приспособлено для повторного использования защитного устройства. В качестве альтернативы, соединение может быть реализовано с помощью пайки пластика.
Как показано на фиг. 6, соединение может представлять собой крючки 71, расположенные на первом краю первого полукорпуса, которые входят в зацепление с пазами 72, расположенными на втором краю второго полукорпуса.
Защитное устройство 1, показанное на фиг. 6, состоит из четырех полукорпусов. Первое и второе соединения выполнены с помощью крючков 71 и пазов 72, и третье и четвертое соединения выполнены из тонкой стенки 73, соединяющей смежные края основных стенок полукорпусов 7, 8.
Соединение может содержать стяжную ленту или кабельную стяжку, и полукорпуса дополнительно содержат первое сквозное отверстие в первом полукорпусе и второе сквозное отверстие во втором полукорпусе, при этом стяжная лента проходит через указанные первое и второе отверстия и намотана вокруг них. Стяжные ленты выполнены с возможностью разрыва при заданной нагрузке и легко заменяются для повторного использования.
Как показано на фиг. 4, защитное устройство 1 навинчивают на нижний конец первого патрубка 10. Защитное устройство может дополнительно иметь уплотнение 15, выполненное с возможностью взаимодействия с поверхностью первой трубы 10 для защиты функциональных поверхностей конца первой трубы 10.
Согласно первому аспекту изобретения защитное устройство 1 имеет часть 3 контактного взаимодействия, расположенную на конце муфты, противоположном входу для трубы 10. Часть 3 контактного взаимодействия может выполнять роль амортизатора для выдерживания ударов, которые могут произойти во время транспортировки или выполнения операций с трубой, оснащенной защитным устройством 1. Часть 3 контактного взаимодействия, показанная на фиг. 1, выполнена с возможностью отделения полукорпусов друг от друга при прикладывании заданной осевой силы. Эта осевая сила может быть приложена самим первым патрубком 10, вторым патрубком 23 непосредственно или опосредовано с помощью второго защитного устройства, закрепленного на верхнем конце второго патрубка 12. Это второе защитное устройство может представлять собой охватывающее концевое защитное устройство.
Соединение 4 предназначено для разрыва при прикладывании силы, превышающей заданное пороговое значение. Могут быть два заданных пороговых значения: первое пороговое значение, соответствующее осевой силе, прикладываемой к первой или второй поверхности контактного взаимодействия, и второе пороговое значение, соответствующее радиальной силе, прикладываемой для разрыва соединения 4.
Часть 3 контактного взаимодействия, показанная на фиг. 1, содержит поверхность 9b контактного взаимодействия, которая в целом представляет собой наклонную поверхность вращения вокруг оси X. Поверхность контактного взаимодействия может представлять собой вогнутую поверхность или выпуклую поверхность, но имеющую общий наклон, чтобы иметь возможность преобразовывать часть осевой силы в радиальную силу с целью отделения полукорпусов цилиндрической муфты 2 друг от друга. Поверхность 9b контактного взаимодействия может представлять собой коническую поверхность. Часть 3 контактного взаимодействия, показанная на фиг. 1, состоит из двух частей 63, 64 части контактного взаимодействия. Эти две части могут быть половинными частями, каждая из которых соединяется с соответствующим полукорпусом 7, 8. Эти две части 63, 64 части контактного взаимодействия могут быть неодинаковыми по размеру, но каждая из них должна быть прикреплена к соответствующим полукорпусам 7, 8. Когда цилиндрическая муфта состоит из более чем двух полукорпусов, каждый полукорпус должен быть прикреплен к отдельной части части контактного взаимодействия с целью повышения надежности отделения полукорпусов, даже если на каждый полукорпус может приходиться более одной части части контактного взаимодействия.
Согласно одному аспекту поверхность 9b контактного взаимодействия, показанная на фиг. 1, представляет собой коническую поверхность с углом конуса, составляющим от 60° до 120° Это означает, что образующая конуса имеет угол от 30° до 60° относительно оси X. В этой конфигурации поверхность 9b контактного взаимодействия и часть 3 контактного взаимодействия могут проходить радиально наружу от внешней поверхности муфты 2, причем эта конфигурация является результатом отсутствия утолщения стенок цилиндрической муфты для увеличения веса и материала на приспособлении для защиты.
На фиг. 2 защитное устройство согласно второму аспекту в основном отличается от защитного устройства согласно первому аспекту уменьшенным углом конической поверхности поверхности 9b контактного взаимодействия, составляющим 90° для защитного устройства, показанного на фиг. 2. Корпус защитного устройства больше в осевом направлении, но он позволяет повышенное преобразование осевой силы, приложенной к поверхности 9b контактного взаимодействия, в радиальные силы, разделяющие два полукорпуса 7, 8.
На фиг. 3 защитное устройство согласно третьему аспекту изобретения в основном отличается от защитного устройства согласно первому аспекту увеличенным углом конической поверхности поверхности 9b контактного взаимодействия. Угол составляет от 150° до 175°. Поверхность 9b контактного взаимодействия представляет собой первую поверхность 9b контактного взаимодействия, расположенную на стороне части контактного взаимодействия, которая противоположна цилиндрической муфте 2. Защитное устройство, показанное на фиг. 3, содержит вторую поверхность 9h контактного взаимодействия, расположенную на верхней стороне части контактного взаимодействия, которая находится на стороне цилиндрической муфты 2. Функция второй поверхности 9h контактного взаимодействия заключается в разделении полукорпусов цилиндрической муфты 2 при прикладывании силы, оказываемой самим первым патрубком 10. Когда защитное устройство 10 блокируется вторым патрубком 23 во время опускания комплекта из первого патрубка 10 и защитного устройства 1, первый патрубок 10 своим собственным весом может оказывать давление на вторую поверхность 9h контактного взаимодействия, которая в целом является наклонной и выполнена таким образом, чтобы отделять полукорпуса друг от друга. Вторая поверхность 9h контактного взаимодействия может быть конической, выпуклой или вогнутой поверхностью и может иметь ориентацию от 30° до 60° относительно оси X.
Даже при наличии второй поверхности 9h контактного взаимодействия, расположенной на верхней стороне части контактного взаимодействия, первая поверхность контактного взаимодействия не является абсолютно необходимой, важность наличия первой поверхности 9b контактного взаимодействия на нижней стороне части контактного взаимодействия состоит в том, чтобы способствовать инициированию разделения полукорпусов, особенно для того, чтобы предотвратить повреждение резьбы 12 при разделении полукорпусов.
Кроме того, защитное устройство согласно любому из вариантов осуществления может иметь внутреннюю поверхность 9h контактного взаимодействия, как показано на фиг. 3. Эта внутренняя поверхность 9h контактного взаимодействия выполнена таким образом, чтобы разделять полукорпуса при прикладывании осевой силы, оказываемой первым патрубком 10, такой как та, которая прикладывается при посадке трубы, когда первый патрубок 10 выравнивают со вторым патрубком колонны труб, к которому должен быть прикреплен первый патрубок 10. Внутренняя поверхность 9h контактного взаимодействия улучшает разделяющее воздействие на полукорпуса.
Осевая сила, необходимая для прикладывания к поверхности 9b, 9h контактного взаимодействия, может быть приложена с помощью охватывающего защитного устройства 21, показанного на фиг. 4. Охватывающее защитное устройство 21 может иметь активирующую поверхность 22. Преимущественно активирующая поверхность 22 может дополнять поверхность контактного взаимодействия. Например, активирующая поверхность 22 может представлять собой коническую выпуклую поверхность, если поверхность контактного взаимодействия представляет собой коническую вогнутую поверхность, и указанная коническая поверхность может иметь угол, по существу равный углу конической вогнутой угловой поверхности. Таким образом, эффективно передаются осевые силы, прикладываемые охватывающим защитным устройством к поверхности контактного взаимодействия.
Активирующая поверхность 22 может быть расположена на стальном кольце, навинченном на конец второй трубы 23.
Когда первой трубой 10 манипулируют на месте для сборки со второй трубой 23, ее поднимают вертикально над второй трубой 12, а затем опускают так, чтобы первое соединение первой трубы 10 было посажено во второй конец второй трубы 23. Для этой операции посадки трубы необходимо, чтобы с соединений были удалены их защитные устройства. Защитное устройство согласно изобретению, связанное с первой трубой 10, образует комплект, который не требует длительных ручных операций со стороны операторов для снятия приспособления для защиты путем отвинчивания, и приспособление для защиты может быть удалено в последний момент. Следовательно, изобретение также относится к комплекту защитного устройства согласно любому из вариантов осуществления, описанных в нем, и к трубе.
Изобретение также относится к применению такого первого защитного устройства согласно любому из приведенных в данном документе вариантов осуществления, которое в первом состоянии закреплено на первой трубе 10, затем комплект из первой трубы 10 и первого защитного устройства опускают для посадки во второй патрубок 23 так, чтобы защитное устройство контактировало со второй трубой 12 или вторым защитным устройством, закрепленным на второй трубе 12, и обеспечения отделения полукорпусов первого защитного устройства друг от друга при прикладывании сил, оказываемых второй трубой, или вторым защитным устройством, или первой трубой на часть контактного взаимодействия первого защитного устройства.
Преимущество защитного устройства согласно настоящему изобретению состоит в том, что, несмотря на то, что оно имеет особенность быстрого открепления на месторождении, операторы могут управлять им классическим способом, его можно установить путем навинчивания после изготовления трубы или после осмотра трубы или конца трубы. Оператор может не выполнять никаких действий с устройством во время посадки трубы на месторождении.
Определенный вариант осуществления защитного устройства, показанный на фиг. 5, содержит часть 3 контактного взаимодействия с поверхностью контактного взаимодействия, разделенной на две части, при этом поверхности контактного взаимодействия содержат скошенные стыки в продолжении краев соединения полукорпусов. Скошенные стыки представляют собой поверхности с ориентацией от 30° до 60° по отношению к оси X. Данное преимущество этого варианта осуществления заключается в компактности защитного устройства, но требует углового выравнивания защитного устройства с исполнительным механизмом, таким как активирующая поверхность охватывающего защитного устройства.