Приложение
Результаты патентных исследований
Зарубежные патенты
Первые попытки применения непрерывных колонн гибких труб для нефтяной промышленности были проведены в США. В конце 40-х годов было запатентовано несколько конструкций установок для спуска в скважины под давлением непрерывных колонн труб небольшого диаметра или кабелей.
U.S. PATENT DOCUMENTS (в дальнейшем P.D.): N 2.285.485; 11/1946 МКИ, E21B37.
Позднее были запатентованы различные концепции бурения с использованием непрерывных армированных проволокой шлангов и гибких колонн НКТ. Хотя они и запатентованы в начале 50-х годов, нет никаких данных, свидетельствующих о практическом изготовлении или испытании оборудования на их основе в то время.
U.S. P.D.:N 2.813.346; 4/1955; U.S.Cl-166/240 1, 134/167 C;
U.S. P.D.: N 2.9 59.905; 2/1959; U.S.Cl-166/352.
(U.S.Cl – национальная патентная классификация США).
Современные конструкции головок для подачи в скважины гибких колонн НКТ базируются на использовании разработанного в начале 60-х годов устройства, дающего возможность развертывать антенны радиосвязи на поверхности моря с подводных лодок, находящихся в погруженном состоянии. Специалисты фирмы "Bowen Tools" создали вертикальное неповоротное цепное устройство на тракторном ходу, названное A/N Bra-18A, позволяющее развертывать заключенную в полиэтиленовый корпус диаметром 16 мм медную антенну с глубины до 180 м. В средней части цепных устройств (два комплекта) были смонтированы промежуточные блоки из армированной фенольной смолы, фиксирующие и направляющие полиэтиленовый кожух с антенной. Последняя для облегчения развертывания и обратной намотки размещалась на катушке непосредственно под инжекционной головкой. (В принятой нами терминологии инжекционная головка соответствует транспортеру.) Основные принципы такой системы использованы фирмой "Bowen Tools" в конструкции разработанной ею системы подачи гибкой колонны НКТ в скважину.
U.S. P.D.: N 3.401.749; 9/1968; U.S.Cl – 242/54.
В 1962 г. специалисты фирм "California Oil" и "Bowen Tools" создали первый прототип облегченной установки для спуска в нефтяные и газовые скважины на Северном побережье Мексиканского залива непрерывных гибких колонн специально для размыва песчаных пробок. Первая инжекционная головка была вертикальной с неповоротной цепноприводной системой, рассчитанной на спуск в скважину непрерывной колонны наружным диаметром 33,4 мм и развивающей на поверхности усилие до 133 кН. Диаметр ступицы катушки, на которую наматывалась гибкая колонна, составлял 2,7 м.
На катушку полномасштабного размера была намотана непрерывная колонна, собранная из сваренных встык НКТ (каждая длиной 15 м и диаметром 33,4 мм), изготовленных из стали с небольшим содержанием ниобия. Общая длина намотанной на катушку колонны составляла 4500 м.
U.S. P.D.: N 3.559.905; 4/1963; U.S.Cl – 166/311.
С середины 1963 по 1964 г. специалистами компании "California Oil" были проведены испытания указанной выше установки на нескольких скважинах на суше. В перечень выполненных при этом работ входили промывка песчаных пробок и ловильные работы по извлечению скважинного штуцера. Затем эта компания продала установку фирме "Reel Pipe", действовавшей на побережье в шт. Луизиана (США). С помощью этой установки в течение нескольких лет в скважинах выполняли ремонтные работы с использованием гибкой колонны НКТ диаметром 33,4 мм.
U.S. P.D.: N 3.562.211; 12/1964; U.S.Cl – 166/383.
В 1964 г. специалисты фирм "Brown Oil Tools" и "Esso" разработали альтернативную установку для инжекции гибкой колонны НКТ с целью обслуживания скважин. В этой установке предусмотрена намотка непрерывной колонны вокруг желобчатого шкива, удерживаемого на месте роликами с дугообразным цепным приводом. Последние дополнены коваными седлообразными блоками, подобными применяемым фирмой "Bowen Tools" в цепной передаче для центрирования спускаемой колонны относительно шкива. Инжекционный механизм включал в себя портативную раздвигаемую с помощью гидропривода мачту, на которой над скважиной подвешивалось цепное приводное устройство. С этой установкой использовалась гибкая колонна НКТ диаметром 19 мм, с ее помощью провели обслуживание нескольких скважин на суше и море, в том числе очистку ствола.
U.S. P.D.: N 3.628.413; 4/1965; U.S.Cl – 166/156.
В 1967 г. первоначальный вариант инжекционной головки фирмы "Bowen Tools" был модифицирован ее специалистами для спуска в скважины гибкой колонны диаметром 12,7 мм общей длиной 1500 м. Установка "5М" была арендована фирмой "NOWSCO" для обратной продувки азотом скважин, предназначенных для сброса в пласты минерализованных вод. Эффективность описываемой технологии побудила руководство фирмы заказать у разработчиков 12 таких установок. В конце 1968 г. специалисты фирмы "Bowen Tools" разработали новую инжекционную головку "8М", предназначенную для спуска в скважины гибких колонн НКТ диаметром 19,2 мм и длиной до 2400 м.
U.S. P.D.: N 3.613.346; 2/1967; U.S.Cl – 166/352.
С конца 60-х и до середины 70-х годов специалистами фирм "Bowen Tools" и "Brown Oil Tools" было создано несколько модификаций установок для спуска в скважины гибких колонн НКТ. За этот период времени диаметр используемых гибких колонн НКТ увеличился до 25,4 мм. В начале 70-х годов масштабы применения таких установок с гидравлическим приводом в нефте- и газопромысловых операциях резко возросли. Фактически их число для очистки скважин от песчаных пробок и продувки азотом составило более 200. Однако эффективность работ в скважинах с помощью описываемых установок была невысока. Из-за недостаточной надежности потребовалось бы несколько лет на их доработку.
U.S. P.D.: N 3.811.499; 5/1974; U.S.Cl – 166/67.
В конце 70-х годов появились новые фирмы "Uni-Flex", "Hydra Rig" и "Otis Engineering", занимающиеся разработкой установок для обслуживания скважин с использованием гибких колонн. Их специалисты спроектировали инжекционные головки, сходные с устройствами фирмы "Bowen Tools". Конструкция головки фирмы "Uni-Flex" (1975 г.) характеризуется более совершенной цепной системой с седлообразными блоками, а также более эффективной силовой установкой. Эти проектные особенности были использованы и другими компаниями, занимающимися разработкой подобного оборудования. Однако к 1978 г. работы над дальнейшим совершенствованием установок по спуску в скважины гибких колонн НКТ фирмы "Uni-Flex" и "Brown Oil Tools" приостановили.
U.S. P.D.: N 4.088.191; U.S.Cl – 5/1978;
U.S. P.D.: N 4.216.910; 8/1980; U.S.Cl – 134/167C.
В конце 70-х и начале 80-х годов были модифицированы разработанное фирмами "Bowen Tools", "Hydra Rig" и "Otis Engineering" оборудование для спуска гибких колонн НКТ и программы его обслуживания. Все это привело к повышению эффективности и надежности наземного оборудования и значительному сокращению случаев выхода его из строя.
U.S. P.D.: N 4321965; 3/1982; U.S.Cl – 166/240X;
U.S. P.D.: N 4.349.073; 9/1982; U.S.Cl – 166/312.
В 1985 г. была разработана новая установка для инжектирования в скважину гибкой колонны НКТ, рассчитанная на спуск до 2590 м труб диаметром 19,2 мм. Инжекционная головка включает в себя приводное желобчатое колесо большого диаметра, сходное с использовавшимся в первоначальной конструкции установки фирмы "Brown Oil Tools". Однако в новой конструкции вместо цепной роликовой приводной системы применены роликовые колеса. Последующее улучшение этого типа установки привело к возможности использования гибких колонн НКТ увеличенного диаметра и их спуска на большие глубины. Хотя модификации наземного оборудования повысили надежность установок по спуску в скважины гибких колонн, наиболее существенные результаты были достигнуты после разработки новых методов производства непрерывных труб и введения контроля за их качеством.
U.S. P.D.: N 4442899; 4/1985; U.S.Cl – 166/312;
U.S. P.D.: N 4913229; 4/1990; U.S.Cl – 166/156.
Устройства для спускоподъемных операций,
Разработанные в России
| Номер авторского свидетельства, классификационный индекс | Страна, дата приоритета, дата публикации | Сущность технического решения | ||||||||
| СССР № 224427, МКИ Е 21В | СССР, 19.01.66 г., 12.08.68 г. | Звенья тяговой цепи транспортера снабжены втулками, а штоки колодок подпружинены и размещены в указанных втулках | ||||||||
| СССР № 324375, МКИ Е 21В 19/00 | СССР, 03.12.69 г., 23.12.71 г. | Перед укладкой в емкость трубу пропускают вокруг дополнительного цилиндра, укрепленного подвижно соосно с емкостью. Укладку ведут попеременно в противоположных направлениях | ||||||||
| СССР № 362533, МКИ B 56h 75/34, E 21В 19/00 | Франция, 07.06.68 г., 13.12.72 г. | Транспортер выполнен в виде соосно расположенных двух крайних катушек с индивидуальным гидроприводом и, по крайней мере, одной дополнительной катушки между ними, свободно сидящей на полом валу и имеющей замковые устройства для жесткой связи с одной из приводных катушек | ||||||||
| СССР № 639467, МКИ E 21B 19/00 | Франция, 04.09.69 г., 25.12.78 г. | Эластичные средства транспортера выполнены в виде: 1) пружин, 2) домкратов, 3) прокладок | ||||||||
| СССР № 765496, МКИ E 21B 19/00 | СССР 05.06.78 г., 23.09.80 г. | Барабан выполнен с открытым торцом, штангоукладчик размещен во внутренней полости барабана, причем винт штангоукладчика установлен соосно с валом барабана и жестко связан с ним, а винтовая нарезка штангоукладчика выполнена с переменным шагом | ||||||||
| СССР № 785458, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 25.09.78 г., 07.12.80 г. | Транспортер дополнительно снабжен стенкой и эластичным баллоном, установленными с возможностью взаимодействия с другой тяговой цепью, причем стенки выполнены в виде шарнирно соединенных секций с роликами, а колодки тяговых цепей связаны между собой упругими фиксаторами | ||||||||
| СССР № 832038, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 08.02.79 г., 23.05.81 г. | Привод механизма для спускоподъемных операций выполнен в виде электродвигателя переменного тока и цилиндрического редуктора, на выходных валах которого установлены звездочки. Все эти элементы связаны с приводом барабана, который сделан в виде гидравлического регулятора скорости. В конструкции предусмотрено, что звездочка выходного вала редуктора может взаимодействовать через тяговый орган со звездочкой привода барабана. Укладчик выполнен в виде обгонных муфт, размещенных на концах винтового вала таким образом, что через рычажно-роликовую систему они взаимодействуют с барабаном | ||||||||
| СССР № 947385, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 25.06.79 г., 30.07.82 г. | Транспортер снабжен кольцевым разъемным упором, который жестко связан с ротором и подвижно – с корпусом, причем тяговый узел выполнен в виде разрезной гайки, размещенной в зажимной втулке, а прижимной направляющий механизм – в виде роликов, подвижно связанных между собой посредством штока пневмоцилиндра | ||||||||
| СССР № 1209822, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 23.03.84 г., 07.02.86 г. | Опорные элементы транспортера выполнены в виде контейнера с фиксатором скважинного прибора, при этом ось блок-баланса установлена на контейнере на расстоянии от его продольной оси, превышающем диаметр блок-баланса. Механизм поворота опорного элемента выполнен в виде гидроцилиндра, шарнирно связанного с основанием и контейнером | ||||||||
| СССР № 1213170, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 06.09.83 г., 23.02.86 г. | Каретка укладчика снабжена находящимися в зацеплении приводной звездочкой и роликовым диском, установленным соответственно на осях роликов, и подпружиненной относительно корпуса отклоняющей рамкой, расположенной на оси винтового вала, причем ось с размещенными на ней роликом и роликовым диском закреплена на отклоняющей рамке, а на рабочей поверхности роликов каретки выполнены поперечные пазы | ||||||||
| СССР № 1439197, МКИ E 21B 19/00, 19/22 | СССР, 09.07.86 г., 23.11.88 г. | Обращенная к скважине пара гидравлических стоек связана с основанием механизма подачи шарнирно, а противоположная снабжена башмаками для размещения в них роликов, узел выдвижения механизма подачи в рабочее положение выполнен в виде двух гидроцилиндров и канатов с перекидными роликами, причем концы каната связаны с опорными башмаками гидравлических стоек, а его середина – с механизмом подачи через гидроцилиндр, барабан сделан в виде двух концентрических обечаек: наружной с отверстиями и внутренней, образующей кольцевую полость для подачи в нее подогретого воздуха | ||||||||
| СССР № 1640349, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 12.01.89 г., 07.04.91 г. | Агрегат включает датчики скоростей двигателя лебедки, барабана последней и привода регулятора подачи долота, датчики упругих моментов лебедки и регулятора подачи долота, блоки контроля передач приводов лебедки и регулятора подачи долота, каждый из которых имеет логические элементы И-НЕ, НЕ, И, ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ, а также усилитель и реле с размыкающими контактами. При этом выход датчика скорости барабана лебедки связан с первыми выходами элементов И-НЕ, вторые выходы которых соединены с соответствующими датчиками скоростей. Выходы элементов НЕ связаны с датчиками упругих моментов, выходы элементов И-НЕ и НЕ в каждом блоке контроля через элементы И, ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ, усилители, реле и замыкающий контакт соединены с общей точкой | ||||||||
| СССР № 1696119, МКИ E 21B 19/22, 19/00 | СССР, 27.06.89 г., 23.10.91 г. | Стрела выполнена телескопической, поворотной, концевая ее часть – откидная, механизм подачи установлен на самой стреле, а направляющий узел выполнен телескопическим. Он установлен между механизмом подачи и направляющей дугой и имеет разъемное соединение с последней | ||||||||
| Номер авторского свидетельства, классификационный индекс | Страна, дата приоритета, дата публикации | Сущность технического решения | ||||||||
| СССР № 1774985, МКИ E 21B 21/22, 19/00 | СССР, 18.03.91 г., 07.11.92 г. | Стойки транспортера выполнены в виде наклонной рамы с направляющими, основание механизма подачи имеет жестко связанную с последним каретку, размещенную в направляющих наклонной рамы. Узел перемещения в вертикальном направлении основания механизма подачи представлен в виде подвижной оси с блоками. Они установлены на наклонной раме выше каретки и связаны в своей средней части со штоком гидроцилиндра, закрепленного в нижней части наклонной рамы, и гибкими звеньями, охватывающими блоки и соединенными одними концами с основанием, а другими – с нижней частью наклонной рамы. При этом перекидные ролики трособлочного механизма закреплены на наклонной раме, приводной гидроцилиндр – на платформе транспортера, а кабина оператора жестко связана с последней | ||||||||
| СССР № 1815324, МКИ E 21B 19/00 | СССР, 06.07.87 г., 15.05.93 г. | Устройство имеет индивидуальный привод на каждый из подъемных механизмов. При этом основание выполнено в виде ротора, корпус сделан разъемным в виде двух роторных вкладышей с монтажными плитами, имеющими направляющие пазы. Каждый подъемный механизм и индивидуальный привод размещены в соответствующих направляющих пазах монтажной плиты каждого из роторных вкладышей с возможностью перемещения под действием узла прижима в направлении продольной оси устройства | ||||||||
| Россия № 2010943, МКИ E 21B 19/22 | Россия, 05.08.92 г., 15.04.94 г. | Телескопическая консольная рама выполнена с одной телескопической ступенью | ||||||||
| Россия № 2021475, МКИ E 21B 19/00 | Россия, 27.01.92 г., 15.19.94 г. | Устройство снабжено опорой качения – коромыслом П-образной формы, выполненным с возможностью охвата блок-баланса и связанным со станиной и приводом перемещения блок-баланса. Последний смонтирован в виде двухплечего | ||||||||
| Номер авторского свидетельства, классификационный индекс | Страна, дата приоритета, дата публикации | Сущность технического решения | ||||||||
| рычага, одно из плеч которого жестко связано с осью блок-баланса, а на другом установлена приводная рукоятка с фиксатором. При этом коромысло одним концом шарнирно соединено со станиной и опорой рычага, а противоположным в средней своей части – со штоком пневмоцилиндра, причем последний жестко связан с корпусом. Опора качения размещена в зоне соединения коромысла со штоком, а геометрические оси последних образуют тупой угол | ||||||||||
| Россия № 2041335, МКИ E 21B 19/00 | Россия, 27.01.92 г., 09.08.95 г. | Устройство снабжено сигнальным узлом, установленным на превенторе, уплотнитель выполнен с возможностью присоединения к последнему через сигнальный узел. Грузоподъемное средство представляет собой монтажную стойку, установленную на переходном фланце с возможностью осевого поворота. На ней смонтирован механизм подъема и установки шлюзовой камеры | ||||||||
| Россия № 2041337, МКИ E 21B 19/22, 19/00 | Россия, 13.05.93 г., 09.08.95 г. | Механизм подачи выполнен в виде направляющих и двух стоек, каждая из которых снабжена замкнутой цепью с прижимными элементами. При этом одна из стоек закреплена на платформе телескопического подъемника, а другая подпружинена первой и смонтирована в направляющих с возможностью перемещения для взаимодействия прижимных элементов с непрерывной трубой | ||||||||