СИСТЕМА ОБТИРАНИЯ ЗАМКА БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ
SYSTEM FOR WIPING THE TOOL JOINT OF A DRILLING PIPE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности, а именно к устройству для удаления бурового раствора с наружной поверхности бурильных труб, и может быть использовано как при бурении скважин, так и при спускоподъемных операциях.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Широко известны обтираторы, предназначенные для очистки насосно-компрессорных и бурильных труб от скважинной жидкости и предотвращения падения в скважину посторонних предметов.
Известно, в частности, устройство для защиты устья скважины (см. RU124305U1, опубл. 20.01.2013)(1), выполненное в виде корпуса, состоящего из двух шарнирно соединенных между собой С-образной формы деталей, установленных с возможностью схватывания трубы установки электроцентробежного насоса и выполненных с защитными элементами на участках схватывания трубы с возможностью исключения попадания в скважину различных элементов при использовании труб различного диаметра, при этом с внешней стороны по периметру деталей смонтирован гибкий защитный фартук, служащий для ограждения скважины от внешней среды.
Устройство (1) имеет ряд недостатков, такие как, сложность в применении, низкую эффективность обтирания.
Из уровня техники также известно устройство для удаления бурового раствора с наружной поверхности бурильных труб (варианты) (см. RU88728U1, опубл 20.11.2009) (2). Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройству для удаления бурового раствора с поверхности бурильных труб и может быть использовано как при бурении скважин, при спускоподъемных операциях, так и при капитальном ремонте скважин. Для обеспечения удаления бурового раствора с наружной поверхности бурильных труб при подъеме их из скважины, расширения функциональных возможностей, а также предотвращения попадания в скважину посторонних предметов устройство для удаления бурового раствора с поверхности бурильных труб (вариант 1) содержит корпус с упругим элементом, при этом корпус выполнен в виде цельного, армированного диска из упругого материала, снабженного отверстиями для крепления на инструменте и центральным отверстием с гофрами, диаметр центрального отверстия соответствует диаметру обтираемой бурильной трубы, расположенные параллельно плоскости диска гофры имеют радиально выполненные щелевидные разрезы, при этом щелевидные разрезы и стенки центрального отверстия выполнены с наклоном под углом 7°-15° относительно оси диска для обеспечения полного перекрытия диаметра обтираемой бурильной трубы. Для обеспечения удаления бурового раствора с наружной поверхности буровых труб при подъеме их из скважины, расширения функциональных возможностей, а также предотвращения попадания в скважину посторонних предметов устройство для удаления бурового раствора с поверхности буровых труб (вариант 2) содержит корпус с упругим элементом, при этом корпус выполнен в виде диска с отверстиями для крепления на инструменте и сменной армированной вставкой из упругого материала, соединенной с диском посредством разъемного соединения, при этом сменная вставка выполнена с центральным отверстием с гофрами, диаметр центрального отверстия соответствует диаметру обтираемой бурильной трубы, расположенные параллельно плоскости диска гофры имеют радиально выполненные щелевидные разрезы, при этом щелевидные разрезы и стенки центрального отверстия выполнены с наклоном под углом 7°-15° относительно оси диска для обеспечения полного перекрытия диаметра обтираемой бурильной трубы.
Устройство-аналог (2) более эффективно, чем аналог (1), однако, не обеспечивает удаление загрязнений с труб разного диаметра.
"
Известен также обтиратор трубный устьевой самоцентрирующийся серии "ОТУС(см. RU2745503C1, опубл. 25.03.2021) (3). Обтиратор трубный устьевой самоцентрирующийся содержит корпус, состоящий из одного или двух связанных между собой дисков с проходными диаметрами по центру. Диски выполнены в виде полумесяца или сплошным кольцом и содержат сквозные отверстия и/или резьбовые соединения под шпильки или гайки. Причем отверстия на верхнем диске имеют потаи. Верхний диск содержит верхнюю и нижнюю горизонтальные радиальные расточки, верхняя предназначена для установки в нее эластичного обтиратора, а нижняя расточка совместно с нижним диском образуют полость, в котором размещено кольцо, устанавливаемое при спуске-подъеме НКТ, имеющее возможность горизонтального вращения вокруг своей оси и величину рабочего хода в радиальном направлении. Кольцо содержит наружный и внутренний бурты, первый предназначен для установки и фиксации эластичного обтиратора, устанавливаемого при спуске-подъеме НКТ, благодаря которому сменный эластичный обтиратор не сползает при прохождении через него присоединительной муфты или замка, а последний для безопасного прохода труб и/или инструмента и/или оборудования через проходной диаметр кольца и выполнен со снятыми фасками или в виде конуса. Эластичный обтиратор, устанавливаемый при спуске-подъеме НКТ с кабелем ЭЦН, выполнен в виде плоского диска с внутренним проходным диаметром для прохождения через него труб с кабелем ЭЦН и протекторов с клямсами. От внутреннего отверстия эластичного обтиратора в радиальном направлении выполнены разрезы для образования "лепестков", которые отгибаются в момент прохождения муфты с протекторами и клямсами, предотвращая тем самым разрыв и деформацию эластичного обтиратора. У основания одного из "лепестков" выполнен вырез под кабель, в котором расположены шипы для перекрытия свободного пространства от кабеля. Наружный диаметр эластичного обтиратора, устанавливаемого при спуске-подъеме НКТ с кабелем ЭЦН содержит замок по принципу «папка-мамка». Эластичный обтиратор, устанавливаемый при спуске-подъеме НКТ, имеет тарельчатую форму с внутренним диаметром для прохождения через него труб, с одной стороны эластичного обтиратора по наружному диаметру выполнен Г-образный бурт, который совместно с плоскостью образует зев по всей окружности для возможности зацепа за наружный бурт кольца.
Обтиратор (3) до некоторой степени лишен недостатков предыдущих аналогов (1) и (2), однако не полностью их лишен.
Наиболее близким аналогом заявленного устройства, по мнению заявителя является, бескаркасный очиститель (см.US2010200219A1, опубл. 12.08.2010) (4). Бескаркасный очиститель труб, содержит: фиксированный узел привода, имеющий длину, которая заканчивается на концах, ширину, которая заканчивается на сторонах, и состоит из зажима, имеющего боковые элементы, основания, имеющего боковые элементы, элемента стеклоочистителя, расположенного между упомянутым зажимом и упомянутым основанием и прикрепленного к каждой стороне указанное основание представляет собой продольный скользящий узел, имеющий верхнюю часть, которая отделена от и нависает над, по меньшей мере частью, соседнего бокового элемента указанного зажима, тем самым образуя пару продольно расположенных каналов между каждым из боковых элементов указанного зажима и указанной вершины части указанных узлов скольжения;
В указанной паре каналов с возможностью скольжения расположен узел скользящего исполнительного механизма, имеющий длину, которая заканчивается на концах, ширину, которая заканчивается на боковых сторонах, и состоит из зажима, имеющего боковые элементы, основания, имеющего боковые элементы, элемента грязесъемника, расположенного между указанным зажимом и указанной базой; а также,
пара пневмоцилиндров, первый из которых имеет корпус, прикрепленный к одной из указанных сторон указанного фиксированного узла исполнительного механизма, и имеет шток, который съемно прикреплен к прилегающей стороне узла скользящего исполнительного механизма, а второй из которых имеет корпус, который прикреплен к противоположной стороне указанного фиксированного узла исполнительного механизма и имеет стержень, который съемно прикреплен к прилегающей стороне узла скользящего исполнительного механизма.
Предложенный наиболее близкий аналог наиболее близко подходит к решению проблем, решаемых заявленным изобретением, однако, по мнению заявителя проблема решается не самым эффективным способом.
Указанные устройства обладают достаточно высокой эффективностью удаления загрязнений, однако предназначены для удаления загрязнений с труб с заранее заданными параметрами.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, существует необходимость устранить, по меньшей мере, часть упомянутых выше недостатков. В частности, существует потребность в системе, позволяющей работать с трубами с разными диаметрами трубы по длине.
Данное изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с увеличением эффективности удаления загрязнений системой обтирания бурильной трубы.
Техническим результатом изобретения является создание эффективной системы обтирания, обеспечивающей удаление загрязнений с труб различного диаметра без прерывания её работы, а также обеспечивающей ремонтопригодность посредством быстрого съема картриджей.
Достижение поставленных целей возможно с помощью системы обтирания замка бурильной трубы, содержащей, по меньшей мере, два быстросъемных картриджа, закрепленные на роликовых каретках с возможностью возвратно-поступательного перемещения по рельсовой системе, обтирающая часть картриджей выполнена из эластичного материала и имеет центральные отверстия, которые при смыкании образуют круглое отверстие, равное диаметру бурильной трубы.
Система обтирания бурильной трубы характеризуется тем, что
Система управляется автоматически.
Автоматическая система управления (АСУ) реализована посредством чтения RFID-метки, установленной на бурильной трубе, компьютерной обработки считанной с RFID-метки информации (уникальный идентификатор, по которому в режиме online  определяются все необходимые параметры трубы или иного бурового инструмента) и обеспечивает перемещение картриджей для образования между ними отверстия диаметром равным диаметру бурильной трубы в момент её прохождения через обтиратор.
АСУ также разводит картриджи, если мимо них проходит нестандартный буровой инструмент неизвестного диаметра, что позволяет предотвратить аварийные ситуации.
Корпус каждого из быстросъёмных картриджей выполнен из металла и защищен, по меньшей мере, двумя кожухами;
роликовые каретки, выполнены с возможностью перемещения посредством пневмоцилиндров, также управляемых АСУ.
В частном варианте выполнения корпус быстросъемного картриджа выполнен из алюминия.
В одном из вариантов выполнения изобретения обтирающая часть быстросъемного картриджа выполнена из резины.
В еще одном варианте выполнения система содержит два быстросъемных картриджа.
В частном варианте выполнения система содержит четыре быстросъемных картриджа.
АСУ может, в частности, быть снабжена программируемой логической интегральной микросхемой (ПЛИС), обеспечивающей передачу и хранение информации от RFID метки.
В частном варианте выполнения отверстия в центре обтирающей части картриджа выполнены в форме полуовала, переходящего к краю в треугольник.
Вышеупомянутые и другие цели, преимущества и особенности настоящего изобретения станут более очевидными из следующего не ограничивающего описания его примерного варианта осуществления, приведенного в качестве примера со ссылкой на прилагаемый чертеж.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 – схематическое изображение системы обтирания буровой трубы с разомкнутыми картриджами;
Фиг. 2 – схематическое изображение системы обтирания буровой трубы с сомкнутыми картриджами;
Фиг. 3 – схема системы обтирания буровой трубы с самой трубой в рабочем, сомкнутом положении.
Фиг. 4 - схема системы обтирания буровой трубы с самой трубой в разомкнутом положении.
Фиг.5 – укрупненный вид на защитный кожух.
На фиг.1-5 позиции обозначают следующее:
1 - быстросъемные картриджи системы обтирания замка бурильной трубы;
2 - рельсовая система;
3 - защитный кожух;
4 - роликовые каретки;
5 - пневмоцилиндр;
6 - бурильный инструмент;
7 - бурильная колонна;
8 - долото;
9 - элементыкомпоновки нижней части бурильной колонны (КНБК).
Эти чертежи не охватывают и, кроме того, не ограничивают весь объем вариантов реализации данного технического решения, а представляют собой только иллюстративный материал частного случая его реализации.
ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бурильные колонны, используемые при бурении нефтяных и газовых скважин, состоят из труб различных типов. Глубокие скважины часто имеют более 600 стыков бурильных труб в стволе скважины, в дополнение к бурильным трубам бурильные колонны могут включать такие инструменты, как утяжеленные бурильные трубы, расширители, стабилизаторы, стыковые переходники для различных резьбовых соединений, предохранительные клапаны, специальные инструменты для каротажа.
Бурильные трубы являются основной частью бурильной колонны, предназначенной для спуска в буровую скважину и подъема породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, транспортирования бурового раствора к забою скважины. Они же составляют существенную часть всех затрат на нефтегазодобычу. Поэтому важно иметь эффективные средства очистки труб от загрязнений.
Система обтирания замка бурильной трубы состоит из нескольких быстросъёмных картриджей, в приведенном примере система содержит два картриджа, но возможно выполнение системы из четырех смыкающихся картриджей. Также возможно применение системы с большим количеством картриджей. Картриджи имеют корпус и обтирающие части. Корпус выполнен из металла. преимущественно из алюминия, а обтирающие части выполняют из эластичного материалы, такого, как резина. Обтирающие части имеют в своей центральной части отверстие в форме полуовала, переходящего к краю в треугольник, при смыкании обтирающие части образуют отверстие диаметром, равным диаметру проходящей через них трубы. Картриджи также снабжены двумя защитными кожухами. Изменение расстояния между картриджами регулируется посредством пневмоцилиндров, управляемых автоматической системой управления. АСУ реализована на программируемой логической интегральной микросхеме (ПЛИС), которая получает сигнал от RFID метки, размещенной на бурильной трубе.
Применение данного изобретения заключается в установке так называемого “куба” в устье скважины. Внутрь данного куба устанавливается система обтирания замка бурильной трубы. По умолчанию куб находится в раскрытом положении и через него свободно проходит вся буровая колонна. После завершения бурения бурильная колонна поднимается из скважины и вновь проходит через данную систему. Однако на этапе подъема картриджи системы обтирания замка бурильной трубы сдвигаются таким образом, чтобы очистить от бурового раствора проходящую трубу.
АСУ обтирания получает информацию от RFID метки, установленной на бурильной трубе. Эта информация считывается, обрабатывается и передается в АСУ комплексом анализа работы буровой установки (АРБИ). Она принимается, анализируется и запоминается программируемой логической интегральной микросхемой (ПЛИС), которая подает сигнал перемещения на пневмоцилиндры. В зависимости от диаметра бурильной трубы и времени его прохождения через систему обтирания бурильной трубы пневмоцилиндры перемещаются на необходимое расстояния, таким образом, что в момент прохождения через систему трубы определенного диаметра сменные картриджи, смыкаясь образуют отверстие, диаметром равное диаметру проходящей в данный момент через него трубы. Далее картриджи размыкаются, что даёт возможность пройти через них остальным частям бурильной системы, в частности, долоту.
Таким образом, при применении системы обтирания замка бурильной трубы:
- обеспечивается возможность регулирования диаметра отверстия внутри картриджей в процессе работы устройства, без замены картриджей. При ремонте картриджей также обеспечен быстрый их съём, посредством быстросъемного крепления;
- не требуется монтажа/демонтажа во время бурения разным инструментом, можно установить систему на начальном этапе бурения и демонтировать на конечном этапе бурения;
- система автоматически переходит в рабочее положение при проходе бурильных труб, обеспечивается возможность переходить в рабочее положение только при подъеме, дополнительно уменьшая износ обтирающего элемента;
- система автоматически раздвигается (переходит в нерабочее положение) при СПО долота, элементов КНБК, обсадной колонны, таким образом минимизируя возможность повреждения и дополнительного износа;
- обеспечивается возможность использования при роторном бурении особенностью которого является спуск квадратной трубы в подроторное пространство, что приводит в быстрому (преждевременному износу) обтирающего элемента.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Предложенные устройства предназначены для ряда применений, включающих удаление загрязнений с труб при бурении бурение в нефтяной, газовой и горной промышленности.