EA018320B1

EA018320B1 - Устройство для намотки труб

Info

Publication number: EA018320B1
Application number: EA201170320A
Authority: EA
Inventors: Мортен Талге; Эйстейн Скьевеланд
Original assignee: С6 Текнолоджиз Ас
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2013-07-30
Also published as: NO20083510L; EA201170320A1; WO2010019047A3; NO332373B1; US20110315804A1; ATE557159T1; US8689862B2; MX2011001611A; EP2324188A2; CN102187050B; DK2324188T3; CN102187050A; CA2733209A1; CA2733209C; AU2009280433A1; BRPI0917256A2; WO2010019047A2; EP2324188B1

Abstract

Узел катушки для подачи непрерывного композитного трубчатого элемента, применяемого при обслуживании нефтепромыслов, причем узел катушки включает каркас, на котором размещен барабан с непрерывным композитным трубчатым элементом и приводная муфта для передачи усилия вращения от каркаса к барабану. С каркасом соединена съемная решетка. Непрерывный композитный трубчатый элемент укладывается по наружной периферии барабана в U-образном кожухе.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для манипуляций с гибко-упругим и устойчивым к сжатию удлиненным элементом, в частности к транспортируемым катушкам, на которых можно содержать и удерживать композитный кабель или трубу.

Предшествующий уровень техники

В течение срока службы нефтяной или газовой скважины выполняются различные операции для мониторинга состояния скважины, проведения измерений, возбуждения или обработки скважины, замены различного оборудования или инструмента, а также для выполнения других необходимых работ. При этом к непрерывному трубчатому элементу прикрепляется разнообразное скважинное оборудование, которое спускается в скважину и извлекается из нее.

При выполнении вышеупомянутых внутрискважинных работ используется много типов оборудования: гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра (гибкие НКТ), стальной канат или, возможно, просто трос малого диаметра (так называемая проволока). Те или иные виды оборудования для обслуживания скважин должны выбираться в зависимости от сложности той задачи, которая должна быть выполнена.

Г ибкие НКТ применяются при сравнительно больших работах, в частности, когда есть потребность в осуществлении циркуляции жидкости, например, при возбуждении скважины (химической обработке или гидроразрыве). Недостатком этого типа внутрискважинных работ является их очень высокая стоимость, так как требуется использование буровой установки.

Канаты применяются, когда нет необходимости в циркуляции жидкости, например, при проведении измерений. Канаты могут также снабжаться проводами для подвода электроэнергии и передачи сигналов. Канаты часто применяются при внутрискважинных работах вследствие их высокой прочности на разрыв, благодаря чему они могут быть использованы для сравнительно тяжелого инструмента. Недостатком стального каната, связанным с наличием пространств между его прядями, является необходимость применения определенного тавотонагнетателя (так называемой головки тавотонагнетателя), с помощью которого тавот непрерывно нагнетается под давлением для создания уплотнения вокруг каната. И даже если тавот обеспечивает сравнительно низкое трение и позволяет спускать инструмент под действием его собственного веса, этот способ требует больших вложений в оборудование и материалы.

В некоторых случаях, когда спускаемый инструмент не слишком тяжел, например, при отборе пробы, может быть использована проволока. При использовании такой тонкой проволоки вышеупомянутую головку тавотонагнетателя можно заменить на более простое средство уплотнения, например, на так называемый сальник. Сальник включает трубчатую резиновую втулку или аналогичный элемент. Трос охватывается трубчатой втулкой настолько плотно, чтобы предотвратить протечки, но в то же время не создать слишком большого трения между проволокой и втулкой. Это недорогой способ проведения внутрискважинных работ.

Однако недостаток прежних типов сальников заключается в том, что создание такого уплотнения вокруг проволоки может привести к возникновению слишком большого трения. Другой недостаток заключается в том, что такие тросы имеют ограниченную прочность и ограниченную сферу применимости, так как не включают средств подвода электроэнергии и передачи сигналов.

Непрерывный трубчатый элемент обычно наматывается на большой барабан, причем этот непрерывный трубчатый элемент включает цилиндрическую трубу малого диаметра, изготовленную из металла или композитов и имеющую в поперечном сечении сравнительно малую толщину. Такой трубчатый элемент (кабель или труба), как правило, легче и обладает большей гибкостью, чем традиционная буровая колонна. Его можно намного быстрее ввести в скважину и вывести из скважины, чем традиционную прямую составную трубу, так как не приходится соединять и разъединять короткие сегменты прямой трубы.

Узел катушки кабеля или трубы обычно включает опорный каркас для барабана, на котором намотаны кабель или труба, систему привода для вращения катушки и создания противонатяжения в процессе работы катушки и систему поперечной намотки, направляющую кабель или трубу при их разматывании с барабана или намотке на барабан. Система поперечной намотки смещает кабель или трубу в боковом направлении поперек катушки так, что кабель или труба укладываются на катушке ровно и упорядоченно. В узле катушки кабеля или трубы должен вращаться барабан для питания устройства захвата и подачи кабеля или трубы при их спуске в буровую скважину и для их приема из этого устройства при извлечении их из скважины. Узел катушки кабеля или трубы должен также в процессе штатной работы обеспечивать постоянное натяжение кабеля или трубы, идущих к устройству захвата и подачи. Устройство захвата и подачи должно преодолевать это натяжение своей тягой, чтобы разматывать кабель или трубу с узла катушки кабеля или трубы, а катушка должна обеспечивать достаточные силу тяги и скорость, чтобы соответствовать устройству захвата и подачи и поддерживать натяжение кабеля или трубы, когда кабель или труба вытаскиваются устройством захвата и подачи из буровой скважины. Кабель или труба должны быть всегда натянуты. Это натяжение, кроме того, должно быть достаточно для надлежащей намотки кабеля или трубы на барабан и для удержания кабеля или трубы на барабане. Следовательно, узел катушки кабеля или трубы подвергается постоянному воздействию сил и нагрузок.

- 1 018320

Существуют каркасы катушек кабеля или трубы для установки обычных широко распространенных транспортировочных барабанов, используемых в качестве рабочих катушек. Эти узлы катушки кабеля или трубы требуют вставки в центр барабана вала и вставки в боковину барабана пары приводных роликов, монтируемых на приводной плите каркаса, для подсоединения приводной системы. В результате при использовании этого типа каркаса катушки возникает ряд проблем. Во-первых, каркас катушки либо должен разделяться на две половины, чтобы бока каркаса можно было раздвинуть в горизонтальном направлении, либо должен иметь боковины, откидывающиеся наружу, чтобы транспортировочный барабан с кабелем или трубой можно было загрузить в каркас. Во-вторых, барабан должен быть тщательно сцентрован с приводной системой на каркасе. Барабаны с намотанными кабелем или трубой имеют очень большие размеры и вес, причем вес может варьироваться в среднем от 10000 до 20000 кг. Они громоздки и с ними трудно управляться. Поэтому центровка барабана и приводной системы на корабле в качку или при сильном ветре представляет собой трудную задачу. В-третьих, как отмечалось выше, стандартные и обычные транспортировочные барабаны не предназначены для работы при значительных нагрузках, действующих на типовые рабочие барабаны.

Такие непрерывные кабель или труба уже много лет успешно применяются в нефтегазовой отрасли. Развитие новых технологий увеличило значение гибких НКТ в процессах вскрытия пласта, ремонта скважин, бурения и добычи. В подавляющем большинстве технологических процессов и применений использовались металлические гибкие НКТ. Хотя за последние двадцать лет применение металлических гибких НКТ значительно возросло, были выявлены и ограничения металлических трубчатых элементов, в частности, ограничения по прочности на растяжение, связанные с весом колонны и склонностью к коррозии в неблагоприятных условиях.

Технологические разработки неметаллических кабелей и труб на основе композитов облегчили решение многих проблем, связанных с ограничениями металлических гибких трубчатых элементов.

Композитные трубчатые элементы обычно состоят из комбинированной полимерно-волоконной наружной трубы, концентрически охватывающей пластмассовую внутреннюю трубу, которая существенно обеспечивает требуемую прочность и защитные свойства. При изготовлении внутренняя труба обычно соединяется в одно целое с наружной трубой. В сравнении со стальным трубчатым элементом того же размера композитный трубчатый элемент обычно легче, обладает большей стойкостью к разрыву, улучшенными коэффициентами текучести и повышенной усталостной прочностью, в то время как сталь обладает лучшей прочностью на смятие и лучше работает на сжатие и растяжение. Таким образом, в некоторых применениях композитные трубчатые элементы составляют непосредственную альтернативу стали, тогда как в других применениях композиты намного предпочтительнее.

Однако композитные трубчатые элементы жестче, чем обычные стальные, и поэтому с ними труднее работать и/или их труднее перемещать, складировать и транспортировать, что создает потребность в узле катушки, в котором можно содержать непрерывный композитный трубчатый элемент такого типа.

В документе СВ 2294674 описывается устройство для работы с прутком, изготовленным из гибкоупругого и устойчивого на сжатие композитного материала, причем устройство включает катушку, на которую пруток намотан в упругом состоянии, средство удержания прутка прижатым к барабану катушки и средство приведения указанной катушки во вращение. Средство удержания включает по меньшей мере один ролик, ось которого параллельна оси катушки, а ширина существенно равна ширине барабана, и пружинное устройство, прижимающее ролик к прутку, намотанному на барабан катушки.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для работы с гибко-упругим и устойчивым на сжатие удлиненным элементом, причем это устройство содержит и удерживает непрерывные композитные кабель или трубу, например композитный пруток, усиленный композитом медный кабель, композитную гибкую насосно-компрессорную трубу или композитный волоконно-оптический измерительный кабель.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в предложении узла катушки, который упростит использование или обработку такого жесткого и сравнительно громоздкого удлиненного элемента.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в предложении узла катушки, который без адаптации может транспортироваться с использованием обычных автомобилей, контейнеров или судов.

Эти задачи решаются узлом в соответствии с независимым пунктом представленной ниже формулы изобретения, в то время как дальнейшие варианты осуществления и особенности настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения и в нижеследующем описании.

Настоящее изобретение относится к устройству для содержания и перемещения непрерывного удлиненного элемента такого типа, который используется на нефтепромыслах. Этот удлиненный элемент может, например, представлять собой композитный трубчатый элемент, к которому прикрепляются скважинное оборудование или инструмент, благодаря чему это оборудование и/или инструмент могут быть спущены в нефтяную или газовую скважину и извлечены из нее. Устройство включает узел катушки, несущей непрерывный композитный трубчатый элемент, применяемый при обслуживании нефтепромыслов, причем узел катушки включает передвижной каркас. Барабан с непрерывным композитным

- 2 018320 трубчатым элементом удерживается в каркасе центральным опорным элементом, причем этот опорный элемент имеет возможность вращаться вместе с барабаном. Приводной узел через приводную муфту передает энергию вращения от каркаса к барабану для размотки с него или намотки на него непрерывного композитного кабеля.

Предпочтительно, чтобы приводной узел был оснащен редукторным устройством.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения устройства опирания кабеля соединены с центральным опорным элементом. Устройства опирания кабеля включают одну или несколько спиц, причем эти спицы своими концами соединены, соответственно, с центральным опорным элементом и изогнутой опорой. Изогнутая опора может иметь возможность вращения вокруг соединения со спицей. Кроме того, изогнутая опора может быть оснащена несколькими роликами.

Устройства опирания кабеля могут быть управляемыми в радиальном направлении барабана; это приведет к тому, что изогнутые опоры смогут оказывать давление на непрерывный композитный трубчатый элемент или нагружать его.

Для возможности управления намоткой и размоткой непрерывного композитного кабеля узел катушки включает также направляющее устройство трубчатого элемента, смонтированное на центральном опорном элементе. Посредством управления направляющим устройством трубчатого элемента можно добиться ровной и упорядоченной укладки композитного трубчатого элемента на кабельном барабане.

Так как в намотанном состоянии непрерывный композитный кабель вследствие своей природной жесткости будет стремиться вновь выпрямиться, по внешней периферии барабана предусмотрен Иобразный кожух. Этот И-образный кожух может быть изготовлен из трех листов или пластин, соответствующим образом соединенных друг с другом. Задняя пластина идет параллельно оси барабана, в то время как две боковины расположены перпендикулярно задней стенке, образуя таким образом И-образный кожух. Эта И-образная форма предпочтительно обращена внутрь к центральному опорному элементу.

Узел катушки включает также одну или несколько вертлюжных стыковых муфт, причем эти муфты используются для соединения непрерывного композитного трубчатого элемента с источником и/или стоком жидкотекучей среды. Как это делается, специалистам известно.

Согласно настоящему изобретению узел катушки может включать защитную конструкцию, представляющую собой клетку или раму. В этом случае каркас и барабан помещаются внутри защитной конструкции. Это облегчает транспортировку барабана, а также защищает барабан от внешних воздействий.

Защитная клетка или рама могут быть съемными, при этом каркас может монтироваться на паре салазок; такой вариант облегчает перемещение и эксплуатацию узла катушки.

Для защиты непрерывного композитного трубчатого элемента при его подаче в нефтяную или газовую скважину или извлечении из скважины, на защитную конструкцию монтируется защитная труба, при этом защитная труба идет от защитной конструкции через направляющее устройство к устройству захвата и подачи.

Направляющее устройство может представлять собой, например, изогнутую опору.

Защитная труба может быть изготовлена из композитного материала; далее, она может быть сплошной, но также может быть снабжена прорезью, идущей по всей длине защитной трубы.

Катушка может также включать один или несколько гидроцилиндров, используемых для соединения барабана с клеткой или рамой. Управляя положением гидроцилиндров, можно перемещать барабан относительно клетки или рамы.

Следует понимать, что композитный трубчатый элемент может быть композитным прутком, усиленным композитом медным кабелем с изоляцией из ПЭЭТ (полиэфирэфиркетона) или без таковой, композитной гибкой НКТ, волоконно-оптическим измерительным кабелем с композитным усилением и т.д.

Перечень фигур чертежей

Выше приведено общее описание настоящего изобретения; далее изобретение описывается исключительно на неограничивающем примере со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых представлены:

на фиг. 1 показана аксонометрическая проекция гибкой НКТ, подаваемой в скважину для выполнения внутрискважинных операций;

на фиг. 2 - аксонометрическая проекция узла катушки, содержащего барабан, размещенный внутри каркаса, и на фиг. 3 - аксонометрическая проекция узла катушки с более подробным изображением намотки непрерывного кабеля.

В нижеследующем описании предпочтительного варианта осуществления аналогичные элементы обозначены аналогичными номерами позиций.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 показаны основные компоненты узла кабельной катушки согласно настоящему изобретению, причем узел может быть размещен на плавучей конструкции в море или на платформе на берегу. Кабельный барабан 1, содержащий непрерывный композитный трубчатый элемент 22, смонтирован на каркасе 3. Непрерывный композитный трубчатый элемент 22 направляется с кабельного барабана 1 через регулятор 4 радиуса и далее к устройству 5 захвата и подачи, смонтированному над устьем 6 скважины.

- 3 018320

Регулятором радиуса может, например, быть изогнутая опора или колесо. Для защиты непрерывного композитного трубчатого элемента 22 он проводится сквозь наружную гибкую защитную трубу 2, причем эта наружная гибкая труба 2 смонтирована на каркасе 3 и идет от каркаса 3 через регулятор 4 радиуса в устройство 5 захвата и подачи. Эта защитная труба 2 предотвращает тем самым перегиб непрерывного композитного трубчатого элемента 22, что, в свою очередь, предотвращает утечку жидкотекучей среды, нефти и т.п.

Наружная гибкая защитная труба 2 может быть изготовлена сплошной или может быть снабжена прорезью, идущей по всей длине защитной трубы 2.

Устройство 5 захвата и подачи может быть смонтировано на приподнятой платформе (не показана) над устьем 6 скважины или может быть смонтировано непосредственно на верху устья 6 скважины.

Таким образом, система привода (не показана) узла катушки, совместно с устройством 5 захвата и подачи, сможет осуществлять подачу непрерывного композитного кабеля 22 в скважины и извлечение его из скважин.

Непрерывный композитный трубчатый элемент 22 представляет собой композитный кабель, в котором комбинированная полимерно-волоконная наружная трубка охватывает провода/волокна стефлоновой изоляцией.

Обратимся теперь к фиг. 2, где узел катушки кабеля включает кабельный барабан 1, на который намотан непрерывный композитный кабель. Кабельный барабан 1 смонтирован для эксплуатации на каркасе 3. Каркас включает поддерживающие приводной узел 8 стойки 7, центральный опорный элемент 9, на котором вращается (не показано) кабельный барабан 1. Приводной узел 8 передает энергию вращения кабельному барабану 1. Каркас 3 смонтирован на паре салазок 11, так что он легко может быть перемещен. Съемная решетчатая рама 12, смонтированная на салазках 11, защищает кабельный барабан 1 и каркас 3. По меньшей мере, один гидроцилиндр 10 соединяет кабельный барабан 1 и съемную решетчатую раму 12 так, что кабельный барабан 1 может быть отрегулирован и наклонен. Для соединения непрерывного композитного трубчатого элемента 22 с источником и/или стоком жидкотекучей среды (не показан) предусмотрено вертлюжное соединение.

Центральный опорный элемент 9 (см. также фиг. 3) идет вдоль оси кабельного барабана 1.

Как можно видеть из фиг. 3, непрерывный композитный трубчатый элемент 22 намотан внутри кабельного барабана 1, так как И-образный кожух 14 расположен вокруг внешней периферии кабельного барабана 1. И-образный кожух 14 соединен с радиальными опорными элементами 20, в то время как эти радиальные опорные элементы 20 своими противоположными концами соединяются с центральным опорным элементом 9. И-образный кожух 14 образован задней стенкой, идущей параллельно оси барабана 1, и двумя боковинами, расположенными перпендикулярно задней стенке, образуя таким образом Иобразный кожух. Для удержания непрерывного композитного трубчатого элемента 22 и управления им при его намотке или размотке, внутри кабельного барабана 1 расположено по меньшей мере три устройства 15 опоры кабеля. Эти устройства опоры кабеля включают спицы 16, каждая из которых одним концом крепится к центральному опорному элементу 9, а другим концом соединена с изогнутой опорой 17, оснащенной роликами 18. Изогнутые опоры могут поворачиваться вокруг их соединений со спицами 16. Далее, к центральному опорному элементу 9 крепится направляющее устройство 19 для трубчатого элемента, обеспечивающее штатную намотку непрерывного кабеля 2. Направляющее устройство 19 для трубчатого элемента является управляемым, чтобы композитный трубчатый элемент 22 укладывался на кабельном барабане 1 ровно и упорядоченно.

Вышеприведенное описание дано со ссылкой на примеры вариантов осуществления изобретения. Однако эти варианты осуществления могут быть модифицированы или изменены без отступления от объема изобретения, определяемого и ограничиваемого только прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Узел катушки для жесткого непрерывного кабеля (22), применяемого при обслуживании нефтепромыслов, включающий передвижной каркас (3) с центральным опорным элементом (9) для опирания барабана (1), причем барабан (1) выполнен с возможностью привода от приводного узла (8), отличающийся тем, что указанный узел содержит устройства (16) опоры кабеля и радиальные опорные элементы (20), отходящие от центрального опорного элемента (9), И-образный обращенный внутрь кожух (14), соединенный с концами радиальных опорных элементов (20), и управляемое направляющее устройство (19) для упорядоченной укладки жесткого непрерывного кабеля (22) внутри И-образного обращенного внутрь кожуха (14).
2. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что передвижной каркас (3) соединен с решетчатой рамой (12), а барабан (1) расположен наклонно внутри этой решетчатой рамы (12).
3. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что устройства (16) опоры кабеля включают изогнутую опору (17).
4. Узел катушки по п.3, отличающийся тем, что изогнутая опора (17) оснащена роликами (18).
5. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что внутри барабана (1) смонтирована вертлюжная

- 4 018320 стыковая муфта, соединенная с первым концом кабеля (22).
6. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что решетчатая рама (12) может быть снята с барабана (1) и каркаса (3).
7. Узел катушки по п.2, отличающийся тем, что на решетчатой раме (12) смонтирована защитная труба (2) для направления и защиты кабеля (22).
8. Узел катушки по 1, отличающийся тем, что направляющее устройство (19) выполнено управляемым.
9. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что барабан (1) и съемную решетчатую раму (12) соединяет по меньшей мере один гидроцилиндр (10) с обеспечением регулировки и наклона барабана (1).
10. Узел катушки по п.1, отличающийся тем, что приводной узел (8) оснащен редукторным устройством.