Способ и устройство для работы с гибкими трубами

Номер патента: 199

Опубликовано: 24.12.1998

Автор: Сола Кьелл Инге

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ работы с гибкими трубами, такой, например, как бурение для добычи нефти/газа на суше или в море, в котором используется гибкая труба (12, 12'), разматываемая с вращающегося барабана (10) и наматываемая на него с помощью привода (14) подачи, отличающийся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы сопрягают с приводом (14, 16, 42, 44) подачи без промежуточных направляющих поверхностей, которые могут отклонять направление движения гибкой трубы (12, 12') между барабаном (10, 38) и приводом (14, 16, 42, 44) подачи, и намотку гибкой трубы на барабан (10, 38) размещают по отношению к сквозному каналу (16) указанного привода (14, 16, 42, 44) подачи таким образом, что воображаемое продолжение указанного канала (16) проходит по касательной к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабане (10, 38), в результате чего напряжения от изгибов и распрямлений, воздействующие на гибкую трубу между барабаном и приводом подачи, уменьшаются до одного распрямления при разматывании гибкой трубы и, соответственно, до одного изгиба при наматывании гибкой трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы в процессе наматывания и разматывания гибкой трубы (12, 12') постепенно поворачивают вокруг горизонтальной оси (36) в направлении к приводу (14, 16, 42, 44) подачи при разматывании гибкой трубы и в направлении от привода подачи при наматывании гибкой трубы, так что направление воображаемого продолжения сквозного канала (16) для гибкой трубы по касательной по отношению к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабан (10, 38) выдерживается в каждый момент времени независимо от диаметра окружности намотанной гибкой трубы.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы в процессе наматывания и разматывания гибкой трубы (12, 12') смещают возвратно-поступательно вдоль его оси с тем, чтобы обеспечить ровное распределение намотки гибкой трубы по длине обечайки (38) барабана (10), на которую наматывают и с которой сматывают гибкую трубу (12, 12').

4. Устройство для работы с гибкими трубами, например, при бурении для добычи нефти/газа на суше или в море, содержащее гибкую трубу (12, 12'), намотанную на обечайку (38) вращающегося барабана (10), которая на каждом своем конце ограничена боковой стенкой барабана большего диаметра и с которой гибкая труба (12, 12') может быть размотана и на которую может быть намотана с помощью привода (14) подачи, расположенного за барабаном (10, 38) для гибкой трубы по ходу ее разматывания, отличающееся тем, что барабан (10, 38) размещен на раме (18) напротив привода (14) подачи, при этом барабан (10, 38) и привод (14) подачи взаимно расположены и ориентированы таким образом, что воображаемое продолжение канала (16) привода (14) подачи в каждый момент времени проходит по касательной к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабан (10, 38).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы установлен на подвижной части (34) рамы (18) с возможностью смещения относительно привода (14) подачи.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы установлен с возможностью разворота вокруг горизонтальной оси (36) по отношению к приводу (14) подачи.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что барабан для гибкой трубы (10, 38) установлен с возможностью возвратно-поступательного смещения вдоль своей оси (40) относительно привода (14) подачи.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что рама (18), несущая барабан для гибкой трубы (10, 38), и, возможно, привод (14) подачи установлены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси (32) в нижней части, при этом рама (18) связана с шасси (20), которое воспринимает барабан (10, 38) для гибкой трубы, образуя опору для его боковых стенок при повороте рамы (18) с подающим устройством (14) примерно в лежачее нерабочее исходное положение, из которого рама (18) может быть повернута вокруг горизонтальной оси (32) для установки в вертикальную позицию с переводом барабана (10, 38) и, возможно, привода (14) подачи в их рабочие положения по отношению к скважине.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Изобретение относится к способу работы с гибкими трубами и к устройству для его осуществления, в котором гибкая труба намотана на вращающийся барабан и разматывается с него или наматывается на него с помощью привода подачи, который предназначен для подачи гибкой трубы с барабана или на него (этот привод известен также под названием "питатель"), причем это привод подачи размещен за барабаном по ходу движения гибкой трубы при ее разматывании, имеет центральный канал для гибкой трубы, образованный между двумя обращенными друг к другу подвижными приводными устройствами, и воздействует на гибкую трубу с обеих сторон, тем самым смещая ее в направлении к барабану или от него. Гибкие трубы такого рода подвержены различным напряжениям в результате движений изгиба и распрямления при каждом рабочем цикле или проходе. При разматывании вначале происходит распрямление гибкой трубы от ее криволинейной траектории на барабане, а затем следует изгиб гибкой трубы на криволинейной поверхности так называемого S-образного направляющего устройства ("лебединой шеи"). Гибкая труба подвергается таким же движениям распрямления и изгиба в процессе наматывания на барабан. В отличие от обычной буровой колонны гибкая труба не имеет стыков, что является ее большим преимуществом, однако движения распрямления и изгиба ведут к усталости металла, и гибкая труба требует замены после определенного числа циклов введения в скважину. На плавучих платформах привод подачи иS-образное направляющее устройство снабжены средствами компенсации вертикальной качки. Волнение на море вызывает непрерывное скольжение гибкой трубы по S-образному направляющему устройству с соответствующим изгибом и распрямлением. Барабан приспособлен для выбора слабины и отпускания гибкой трубы в такт с компенсацией вертикальной качки, и вследствие этого гибкая труба подвергается многочисленным изгибам и распрямлениям от движения при качке, что значительно снижает срок службы гибкой трубы. При проходе намотанной гибкой трубы вниз в скважину она совершает три движения,приводящие к усталостным напряжениям:- гибкая труба распрямляется на сходе с барабана и далее на пути к S-образному направляющему устройству;- затем гибкая труба изгибается на Sобразном направляющем устройстве; и- гибкая труба распрямляется на сходе с Sобразного направляющего устройства, направляясь к приводу подачи. Гибкая труба, находящаяся в распрямленном состоянии внутри скважины, также совершает три движения, приводящие к усталостным 2 напряжениям до того, как она будет намотана на барабан:- гибкая труба вначале изгибается на Sобразном направляющем устройстве;- гибкая труба распрямляется на сходе с Sобразного направляющего устройства; и- гибкая труба изгибается при наматывании на барабан. Таким образом, гибкая труба, которую опускают в скважину, в сумме совершает, по меньшей мере, шесть движений, создающих усталостные напряжения, пока не окажется вновь на барабане. К этому могут добавляться усталостные напряжения в результате компенсации вертикальной качки S-образного направляющего устройства. В связи с этим следует отметить, что способ и устройство в соответствии с изобретением в равной степени пригодны для применения в бурении как нефтяных, так и газовых скважин, а также при работе с гибкими трубами как на суше, так и в море. Другой недостаток барабанов для гибких труб и несущих их компонентов заключается в том, что барабаны в сборе имеют высокую стоимость, их монтаж конструктивно сложен,что вызвано наличием укладчиков намотки гибкой трубы, которые движутся возвратнопоступательно параллельно оси барабана и равномерно распределяют намотку гибкой трубы по длине обечайки барабана в процессе операции наматывания. Далее, недостаток известных гибких труб,которые подвергаются операциям наматывания на вращающийся барабан и разматывания с него, состоит в том, что путь следования гибкой трубы и действующие на нее напряжения могут вызвать остаточные изгибы гибкой трубы после распрямления. При этом гибкая труба не распрямляется должным образом и будет идти в скважине по спиральной траектории. Это создает повышенное трение о стенки скважины. Не существует известных способов уменьшить число изгибов и последующих распрямлений гибких труб во время их разматывания и наматывания. Главная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании способа и устройства, обеспечивающих значительное снижение числа изгибов и распрямлений, которым подвергается гибкая труба за один цикл. Задачей является также снижение затрат, связанных с управляемым наматыванием и распределением намотки гибкой трубы равномерно по длине обечайки барабана. Задачей является также устранение усталостных напряжений, воздействующих на гибкие трубы в результате вертикальной качки при работе на плавучих платформах. Согласно изобретению эти задачи решены путем выполнения операций в соответствии со способом, изложенным в пунктах 1-3 формулы 3 изобретения и, соответственно, посредством устройства, спроектированного и выполненного в соответствии с пунктами 4-8 формулы изобретения для осуществления данного способа. Для уменьшения числа изгибов и распрямлений, вызывающих напряжения гибкой трубы,вращающийся барабан установлен и ориентирован по отношению к расположенному под ним приводу подачи, который обеспечивает разматывание гибкой трубы с барабана и принудительную подачу ее на вращающийся барабан таким образом, что воображаемое продолжение по существу прямолинейного (вертикального) канала для гибкой трубы в приводе подачи проходит по касательной к гибкой трубе, намотанной на барабан. За счет этого гибкая труба от барабана направляется прямо к указанному приводу подачи и из этого привода подачи направляется прямо на барабан, что снижает количество циклов напряжения от изгибов и распрямления до одного распрямления при разматывании гибкой трубы с барабана и одного изгиба при втягивании гибкой трубы и ее наматывании на барабан. Взамен использования известного укладчика намотки, который монтируется на барабане специальной конструкции и предназначен для направления гибкой трубы при своем возвратнопоступательном движении вдоль обечайки барабана с равномерным распределением гибкой трубы на обечайке, в настоящем изобретении применяется сменный барабан, то есть барабан низкой стоимости такого же типа, как барабаны,на которых гибкие трубы поставляются от изготовителя. Более конкретно, барабан для гибкой трубы установлен на подвижной каретке, которая имеет возможность возвратно-поступательного смещения в направлении продольной оси барабана, обеспечивая тот же эффект, что и упомянутый укладчик намотки. Для того, чтобы вертикальный канал привода подачи ("питателя") в каждый данный момент времени был ориентирован по касательной к намотке трубы на барабан с учетом того, что диаметр намотки трубы при ее разматывании уменьшается, несущая каретка барабана для гибкой трубы имеет возможность поворота вокруг горизонтальной оси, лежащей ниже барабана, причем при повороте каретки вместе с барабаном ее несущее плоское основание смещается из исходного горизонтального положения, образуя, по мере уменьшения диаметра намотки трубы, все возрастающий острый угол с горизонтальной плоскостью. За счет этого простым путем обеспечивается такое положение гибкой трубы относительно канала привода подачи, что этот канал расположен по касательной к намотанной на барабан трубе независимо от диаметра намотки. Указанный канал может быть центрирован относительно скважины, и барабан поворачивается в сторону скважины по мере того, как разматывается гибкая труба и 4 уменьшается диаметр намотки. Соответственно,при буровых работах на суше свободный наружный конец гибкой трубы подсоединяют к предохранителю выброса, установленному в заданное положение. При использовании на плавучих установках барабан устанавливают на грузоподъемном устройстве и обеспечивают связь с компенсатором вертикальной качки. В соответствии с вариантом исполнения устройства по изобретению, барабан для гибкой трубы и привод подачи установлены на общей раме (стойке), при этом указанный канал для гибкой трубы в приводе подачи ориентирован по касательной окружности полной намотки трубы на барабан, который в свою очередь приспособлен для наклона вокруг горизонтальной оси по отношению к указанному приводу подачи. Однако в принципе ничто не мешает установить барабан на собственной раме, а привод подачи смонтировать известным образом так,как в традиционных устройствах. Как было указано выше, указанное смещение барабана при возвратно-поступательном движении несущей барабан каретки в направлении оси барабана делает излишним применение довольно сложных и дорогих укладчиков намотки, поставляемых вместе с барабанами специальной конструкции. Таким образом, в соответствии с изобретением не требуется специальной конструкции барабана, и готовые барабаны, поставляемые вместе с намотанной гибкой трубой, прекрасно подходят для данных целей, что дает немалую экономию. Далее изобретение пояснено на примере исполнения со ссылками на чертежи, на которых: на фиг.1, относящейся к наземной установке, показан на вид сбоку барабана для гибкой трубы, размещенного на общей раме для барабана и привода подачи, причем предохранитель выброса (нефти или газа) уже установлен, рама смонтирована на подвижном шасси и находится вместе с барабаном для гибкой трубы и приводом подачи по отношению к предохранителю выброса в положении, соответствующем подготовке к началу работы. При этом один нижний конец рамы присоединен к стационарному шарниру, имеющему горизонтальную ось; на фиг.2 показаны на виде сбоку те же составные части, что и на фиг.1, но здесь общая рама повернута вокруг указанного нижнего шарнира по отношению к предохранителю выброса, так что привод подачи расположен по существу соосно предохранителю выброса, и его вертикальная продольная ось, так же как и вертикальная продольная ось привода подачи проходят по существу по касательной к окружности намотки гибкой трубы, причем желательно выдерживать это направление по касательной к указанной окружности намотки в течение всего процесса разматывания и наматывания; 5 на фиг.3 показано на том же виде сбоку,что и на предыдущих фигурах, каким образом это направление по касательной может быть выдержано независимо от диаметра намотки гибкой трубы, при этом верхняя часть рамы шарнирно установлена на промежуточной части рамы с горизонтальной осью шарнира с тем,чтобы допускать постепенный поворот верхней части рамы, несущей барабан для гибкой трубы,с регулированием поворота в соответствии с диаметром намотки гибкой трубы. На фиг.3 показана ситуация, когда гибкая труба, ранее намотанная на барабан, практически полностью смотана с него; на фиг.4 и 5 представлен вид в плане в соответствии с предыдущими фигурами, иллюстрирующий подвижную установку барабана с возможностью смещения в обоих направлениях вдоль оси вращения барабана, благодаря которой достигается равномерное распределение намотки гибкой трубы по длине обечайки барабана, на фиг.4 каретка (салазки) для установки барабана показана в одном конечном положении на направляющих рельсах или подобной направляющей опоре, а на фиг.5 та же каретка показана в другом конечном положении на направляющих рельсах На фиг.1 показан барабан 10 для гибкой трубы с намотанной на нем гибкой трубой 12 и привод 14 подачи со сквозным каналом 16 для гибкой трубы 12, причем в данном исполнении барабан 10 и привод 14 подачи смонтированы на общей раме 18, которая вместе с барабаном 10 и приводом 14 подачи смонтирована на трейлере 20. Данный пример исполнения связан с применением гибких труб на суше, причем изображен момент, когда предохранитель 22 выброса уже установлен в заданное положение. Трейлер 20 имеет вертикальные опоры 24 и 26, отстоящие на некотором расстоянии от предохранителя выброса 22. Опоры 24 и 26 образуют нижние части рамы 18, а их верхние концы 24', 26' могут образовывать шарнирные соединения с нижними концами промежуточной части 28 рамы, которая жестко соединена с частью 30 рамы, несущей привод 14 подачи. Как показано на фиг.1, промежуточная часть 28 рамы шарнирно соединена своим нижним концом с верхним концом опоры 26. Смежные концы образуют шарнир 32 с горизонтальной осью поворота. Сверху промежуточная часть 28 рамы шарнирно соединена с верхней частью 34 рамы шарниром 36 с горизонтальной осью поворота. Согласно фиг.2, наружный свободный конец 12' гибкой трубы 12 проходит через вертикальный сквозной канал 16 привода 14 подачи, а также через предохранитель выброса 22 по прямолинейной траектории, так как привод 14 по 000199 6 дачи установлен соосно предохранителю выброса 22. В представленном варианте исполнения,согласно которому барабан 10 для гибкой трубы и привод 14 подачи смонтированы на общей раме, так что их относительные положения и ориентация выдерживаются автоматически,предприняты меры для того, чтобы воображаемое продолжение канала 16 для гибкой трубы в каждый данный момент времени представляло касательную к окружности намотки гибкой трубы, намотанной на барабан 10. Для того, чтобы сохранить направление прохождение гибкой трубы через канал в приводе 14 подачи и предохранитель выброса 22 по касательной к внешней окружности намотки гибкой трубы, в то время как гибкая труба 12,12' движется к барабану 10 или от него и внешняя окружность намотки гибкой трубы постоянно изменяется, верхняя часть 34 рамы барабана 10 для гибкой трубы предназначена для постепенного поворота вокруг горизонтальной оси шарнира 36 между верхней 34 и промежуточной 28 частями рамы. Поддержание указанного направления по касательной предохраняет гибкую трубу на этом участке от того, чтобы она подвергалась нежелательному изгибу с возможным последующим распрямлением. При разматывании гибкой трубы 12 с барабана 10, который установлен и ориентирован относительно привода 14 подачи в соответствии с изобретением, имеет место одно распрямление от криволинейного направления на барабане к прямолинейному направлению именно тогда, когда гибкая труба сходит с барабана 10 по касательной к внешней окружности оставшейся намотки гибкой трубы. Во время операции наматывания под действием привода 14 подачи также имеет место одно усилие воздействия на гибкую трубу 12, 12', а именно в виде одного изгиба, когда гибкая труба 12, 12' вновь наматывается на обечайку 38 вращающегося барабана 10 с осью вращения 40, как показано на фиг.4 и 5. Привод 14 подачи, предназначенный для подачи гибкой трубы с барабана, а также для принудительной подачи гибкой трубы к барабану и на него, сам по себе известен и может быть заменен устройством другого исполнения или конструкции. В представленном исполнении привод 14 подачи включает два обращенных друг к другу параллельных подвижных приводных устройства 42, 44 типа бесконечных лент с реверсивным направлением движения, которые воздействуют с противоположных сторон на гибкую трубу 12, 12', проходящую через вертикальный канал 16 привода 14 подачи. Разумеется, направление движения лент 42, 44 или эквивалентных элементов определяет, движется ли гибкая труба 12, 12' от барабана 10 или к нему. Во время своего движения в одном или другом направлении гибкая труба 12, 12' следует по 7 касательной по отношению к предпоследнему слою намотки оставшейся гибкой трубы с обеспечением равномерного наматывания по длине обечайки 38 барабана. Такое равномерное наматывание (и соответственно разматывание) гибкой трубы может достигаться без использования специального укладчика намотки следующим образом. Промежуточная часть 28 рамы в своей верхней части несет направляющие рельсы 46,которые проходят в направлении оси вращения 40 барабана 10 и на которых подвижно установлена верхняя часть 34 рамы, выполненная в виде салазок/каретки, для возвратно-поступательного движения в продольном направлении направляющих рельсов 46, как показано на фиг.4 и 5. Установка барабана 10 для гибкой трубы с возможностью возвратно-поступательного смещения имеет тот же эффект, что и наличие известных укладчиков намотки для указанных гибких труб. Таким образом, гибкая труба 12,12' ровно наматывается по длине обечайки 38 барабана, а во время разматывания барабан на верхней части 34 рамы в виде салазок или каретки смещается таким образом, что свободный вертикальный конец 12' наружного слоя намотки гибкой трубы центрирован относительно находящегося под ним приводом 14 подачи. То же самое, но в обратном порядке происходит при наматывании гибкой трубы: барабан 10 таким образом смещается по отношению к расположенной ниже свисающей части гибкой трубы,которая принудительно подается к барабану 10,что она может идти вверх прямолинейно и наматываться на него рядом с последним витком намотки гибкой трубы поверх нижележащего слоя намотки. По соображениям ясности на фиг.4 и 5 опущены подающие устройства 42, 44 привода 14 подачи. Верхняя часть 34 рамы в виде салазок или каретки может смещаться в горизонтальной плоскости с помощью, например, гидравлических цилиндров (не показаны), и подобным образом верхняя часть 34 рамы может поворачиваться вокруг шарнира 36 с помощью, например, гидравлических цилиндров (не показаны). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ работы с гибкими трубами, такой, например, как бурение для добычи нефти/газа на суше или в море, в котором используется гибкая труба (12, 12'), разматываемая с вращающегося барабана (10) и наматываемая на него с помощью привода (14) подачи, отличающийся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы сопрягают с приводом (14, 16, 42, 44) подачи без промежуточных направляющих поверхностей, которые могут отклонять направление движения гибкой трубы (12, 12') между барабаном (10, 38) и приводом (14, 16, 42, 44) подачи, 000199 8 и намотку гибкой трубы на барабан (10, 38) размещают по отношению к сквозному каналу(16) указанного привода (14, 16, 42, 44) подачи таким образом, что воображаемое продолжение указанного канала (16) проходит по касательной к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабане (10, 38), в результате чего напряжения от изгибов и распрямлений, воздействующие на гибкую трубу между барабаном и приводом подачи, уменьшаются до одного распрямления при разматывании гибкой трубы и,соответственно, до одного изгиба при наматывании гибкой трубы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барабан (10, 38) для гибкой трубы в процессе наматывания и разматывания гибкой трубы (12,12') постепенно поворачивают вокруг горизонтальной оси (36) в направлении к приводу (14,16, 42, 44) подачи при разматывании гибкой трубы и в направлении от привода подачи при наматывании гибкой трубы, так что направление воображаемого продолжения сквозного канала (16) для гибкой трубы по касательной по отношению к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабан (10, 38) выдерживается в каждый момент времени независимо от диаметра окружности намотанной гибкой трубы. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что барабан (10, 38) для гибкой трубы в процессе наматывания и разматывания гибкой трубы(12, 12') смещают возвратно-поступательно вдоль его оси с тем, чтобы обеспечить ровное распределение намотки гибкой трубы по длине обечайки (38) барабана (10), на которую наматывают и с которой сматывают гибкую трубу(12, 12'). 4. Устройство для работы с гибкими трубами, например, при бурении для добычи нефти/газа на суше или в море, содержащее гибкую трубу (12, 12'), намотанную на обечайку (38) вращающегося барабана (10), которая на каждом своем конце ограничена боковой стенкой барабана большего диаметра и с которой гибкая труба (12, 12') может быть размотана и на которую может быть намотана с помощью привода(14) подачи, расположенного за барабаном (10,38) для гибкой трубы по ходу ее разматывания,отличающееся тем, что барабан (10, 38) размещен на раме (18) напротив привода (14) подачи,при этом барабан (10, 38) и привод (14) подачи взаимно расположены и ориентированы таким образом, что воображаемое продолжение канала(16) привода (14) подачи в каждый момент времени проходит по касательной к внешней окружности намотки гибкой трубы на барабан (10,38). 5. Устройство по п.4, отличающееся тем,что барабан (10, 38) для гибкой трубы установлен на подвижной части (34) рамы (18) с возможностью смещения относительно привода 6. Устройство по п.5, отличающееся тем,что барабан (10, 38) для гибкой трубы установлен с возможностью разворота вокруг горизонтальной оси (36) по отношению к приводу (14) подачи. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что барабан для гибкой трубы (10, 38) установлен с возможностью возвратнопоступательного смещения вдоль своей оси (40) относительно привода (14) подачи. 8. Устройство по п.4, отличающееся тем,что рама (18), несущая барабан для гибкой трубы (10, 38), и, возможно, привод (14) подачи 10 установлены с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси (32) в нижней части, при этом рама (18) связана с шасси (20), которое воспринимает барабан (10, 38) для гибкой трубы, образуя опору для его боковых стенок при повороте рамы (18) с подающим устройством(14), примерно в лежачее нерабочее исходное положение, из которого рама (18) может быть повернута вокруг горизонтальной оси (32) для установки в вертикальную позицию с переводом барабана (10, 38) и, возможно, привода (14) подачи в их рабочие положения по отношению к скважине.

МПК / Метки

МПК: E21B 19/22

Метки: работы, трубами, устройство, гибкими, способ

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/6-199-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-raboty-s-gibkimi-trubami.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для работы с гибкими трубами</a>

Похожие патенты