Шлифовальное устройство для трубных соединений на бурильной колонне

ШЛИФОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЕ Заявлено шлифовальное устройство для удаления острых кромок на трубной соединительной муфте (51) бурильной колонны (50), появившихся в результате воздействия зажимных губок плоскогубцев и приспособлений, используемых при креплении трубных соединительных муфт (51) на буровой палубе. Приемный блок (30) выполнен с возможностью приема шлифовального блока(36), снабженного по меньшей мере одним шлифовальным элементом (38), причем шлифовальный блок (36) выполнен с возможностью введения в приемный блок (30) с помощью бурильной колонны(50) или подходящего спускного инструмента и с возможностью фиксации в приемном блоке(30). Кроме того, приемный блок размещен в водоотделяющей колонне, загрузочной колонне или в других соединительных элементах между буровой палубой и устьем скважины и над уплотнительным устройством, используемым для динамического уплотнения бурильной колонны Эдвардсен Пер Эспен, Аскеланд Том Кьетиль (NO) Поликарпов А.В. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: СИЭМ ВИС АС (NO) Предлагаемое изобретение относится к шлифовальному устройству для удаления острых кромок на трубной соединительной муфте бурильной колонны, появившихся в результате воздействия зажимных губок плоскогубцев и приспособлений, используемых при креплении трубных соединительных муфт на буровой палубе. Предлагаемое изобретение относится, в частности, к шлифовальному инструменту для шлифования бурильной колонны в скважинах, проводящих воздух, воду, буровой раствор или углеводороды, который содержит по меньшей мере один шлифовальных блок, выполненный с возможностью частичного или полного охвата бурильной колонны. Предлагаемое изобретение может использоваться для шлифования острых кромок и отметок на бурильной колонне, которая перемещается вперед или назад в нефтяных скважинах и в газовых скважинах,относящихся ко всем типам скважин, проводящих воду, буровой раствор или углеводороды, причем как нефтяные, так и газовые скважины снабжены клапанами устьевой арматуры (скважинные отсекатели),устанавливаемыми на дне океана, платформе, судне, на сооружении или на земле. Под выражением "бурильная колонна" понимается любое соединение, с помощью резьбовых приспособлений, бурильных труб, используемых между буровой установкой или буровым судном и скважиной. Предлагаемое изобретение относится к шлифовальным устройствам для уплотнительных устройств и способам, обеспечивающим возможность проведения работ и бурения в вышеупомянутых скважинах,проводящих воду, буровой раствор или углеводород, с использованием загрузочной колонны, муфты водоотделяющей колонны или других соединительных элементов между скважиной и палубой буровой установки на надводном судне, платформе или на других установках. Предлагаемое изобретение может использоваться над, между или под компонентами управляющего оборудования, причем клапаны устьевой арматуры скважины могут устанавливаться на дне океана или на поверхности. Уплотнительное устройство и способ применяются при нормальной эксплуатации в вышеупомянутых скважинах, проводящих воду, буровой раствор или углеводород, осуществляемой с помощью бурильной колонны и колонны, подаваемой в скважину под давлением, причем указанные способы также базируются на использовании новых композиционных и термопластичных материалов, а также на использовании дополнительных решений. Далее в данном документе бурильная колонна и колонна, спускаемая в скважину под давлением,обозначены термином "бурильная колонна". Под выражением "скважинные инструменты" следует понимать различные инструменты для выполнения работ в скважине, т.е. оборудование для бурильных работ, оборудование для обработки скважины, оборудование для геофизического исследования, измерительных работ, ловильных работ и для других подобных работ. Далее в данном документе скважины, проводящие воду, буровой раствор или углеводороды, обозначены термином "скважина". В изобретении предусмотрена функция шлифования бурильной колонны, проходящей через уплотнение при перемещении бурильной колонны вперед и назад в скважине. Изобретение подходит, в частности, для работ, в которых предусмотрено бурение с регулируемым давлением, поскольку предлагаемое изобретение представляет собой снижающее риск устройство для любого уплотнения, образующего герметичный контакт с подвижной бурильной колонной. Используемые на сегодняшний день способы проведения работ или бурения в скважинах при помощи бурильной колонны или гибкой колонны основаны на использовании соединительной муфты водоотделяющей колонны между устьем скважины и оборудованием на буровой палубе. Как правило, бурение производится при помощи бурового раствора, который имеет более высокую удельную плотность по сравнению с ожидаемым пластовым давлением. При этом, как правило, верх водоотделяющей колонны открыт, обеспечивая свободный доступ к буровому раствору между бурильной колонной и водоотделяющей колонной (кольцевое пространство). В пластах все чаще возникают проблемы, связанные с падением давления или высоким давлением и высокой температурой. Что касается скважин с потерей давления, вероятность их бурения может быть увеличена, если уменьшить плотность бурового раствора, и соответственно, уменьшить давление на пласт. Для этого необходимо предусмотреть уплотнение между бурильной колонной и водоотводящей колонной, обеспечивающее возможность удержания возможного пластового давления вследствие уменьшения запаса прочности из-за уменьшения веса бурового раствора. Для пластов с высоким давлением и высокой температурой желательно обеспечить возможность поддержания пластового давления при бурении. Это можно достичь путем уплотнения между бурильной колонной и водоотводящей колонной, повышая тем самым давление в водоотводящей колонне до тех пор, пока давление на конце водоотводящей колонны не станет равным давлению окружающего пласта. Затем можно проводить бурильные работы с уменьшенным риском повреждения пласта. На сегодняшний день существуют различные системы динамического уплотнения между бурильной колонной и водоотводящей колонной. Все уплотнения имеют общий недостаток в том, что подвергаются износу и повреждению при воздействии острых кромок, имеющихся на бурильной колонне. Как правило, эти острые кромки появляются в результате воздействия зажимных губок плоскогубцев, при помощи которых свинчивают трубы и разъединяют резьбовое соединение на участках бурильных труб. Даже при наличии специальных зажимных губок на плоскогубцах на внешней стороне соединительной муфты бурильной колонны появляются очень острые кромки. Как правило, уплотнения изготавливают из эластомерного материала, который обеспечивает уплотнение как на тонкой части, так и на толстой части (трубная соединительная муфта) бурильной колонны. Когда толстая часть проходит через уплотнение, эластомерное уплотнение испытывает сильное натяжение, и проходящий затем через уплотнение острый край может порвать или привести к образованию трещин в уплотнении. Целью изобретения является снижение риска при бурении с регулируемым давлением, при котором предусмотрено одно или более уплотнений вокруг динамической бурильной колонны. Уплотнение (уплотнения) представляют собой один из барьеров скважины при эксплуатации и поэтому являются критическим элементом. Удаление острых кромок с бурильной колонны снижает риск повреждения указанных уплотнений и увеличивает срок службы уплотнения. Шлифовальное устройство имеет несколько конфигураций, выполненных в соответствии с наружным диаметром колонны, которая будет проходить через шлифовальное устройство. Из уровня техники известен патент США 2682068 А, автор Харриган, относящийся к шлифовальному блоку, выполненному с возможностью очистки или шлифования наружной поверхности бурильной колонны. Данный шлифовальный блок используется на трубных колоннах при их выводе из ствола скважины и предпочтительно для скважин, пробуренных с поверхности земли. В патенте США 2307449 А, автор Карпмейл, приведен другой пример устройства для очистки или шлифования трубной колонны. Патент Норвегии NO 327281 В 1, выдан Сим ВИС, относится к уплотнительному устройству для динамического уплотнения вокруг бурильной колонны в нефтяной скважине и/или в газовой скважине. Предлагаемое шлифовальное устройство для шлифования бурильной колонны в скважинах, проводящих воду, буровой раствор или углеводороды, представляет собой шлифовальное устройство, которое может быть установлено совместно с другим оборудованием или со смежными системами, необходимыми для эксплуатации морской скважины или скважины, пробуренной с поверхности земли, причем указанное шлифовальное устройство может быть введено в скважину с помощью бурильной колонны для проведения работ в скважине. Кроме того, в шлифовальное устройство может быть введено смазывающее вещество или находящаяся под давлением текучая среда для охлаждения между шлифовальным устройством и бурильной колонной, а также для удаления возможных отходов, оставшихся после шлифования. В предлагаемом изобретении бурильная колонна может перемещаться вперед и назад в скважине независимо от давления в скважине. При этом шлифовальное устройство предпочтительно подключено к подходящей системе управления, которая им управляет и его контролирует. В предпочтительном варианте предлагаемое шлифовальное устройство согласно п.1 формулы изобретения отличается тем, что приемный блок выполнен с возможностью размещения в нем шлифовального блока, снабженного по меньшей мере одним шлифовальным элементом, причем шлифовальный элемент выполнен с возможностью введения в приемный блок при помощи бурильной колонны или подходящего спускного инструмента и с возможностью фиксации в приемном блоке, причем приемный блок размещен в водоотделяющей колонне, загрузочной колонне или в других соединительных элементах между палубой буровой установки и устьем скважины и над уплотнительным устройством, используемым при бурении с регулируемым давлением для динамического уплотнения бурильной колонны. Другие варианты выполнения изобретения описаны в зависимых пунктах. Приемный блок может содержать по меньшей мере один впускной канал для впрыска текучей среды, предназначенной для охлаждения, смазки или вымывания отходов шлифования. Кроме того, впускной канал может проходить через шлифовальный блок и оканчиваться в той зоне, где шлифовальный блок прилегает к бурильной колонне. Шлифовальный блок может быть неподвижно зафиксирован в приемном блоке, обеспечивая, таким образом, возможность шлифования трубной муфты путем вращения бурильной колонны. Соответственно, шлифование трубной соединительной муфты может быть выполнено путем осевого перемещения бурильной колонны. Как вариант, шлифовальный блок может быть установлен с возможностью вращения в приемном блоке, обеспечивая, таким образом, возможность шлифования трубной соединительной муфты без вращения бурильной колонны. Шлифовальные элементы шлифовального блока могут быть выполнены с возможностью приведения в положение для шлифования, соответствующее необходимому диаметру шлифования трубной соединительной муфты. Шлифовальный блок может быть также выполнен с возможностью выведения из указанного положения для шлифования. В одном варианте выполнения шлифовальный блок может быть выполнен с возможностью компенсации угловых отклонений бурильной колонны, а также может функционировать в качестве центратора и амортизатора перемещения бурильной колонны. Шлифовальный блок может быть надежно закреплен в приемном блоке при помощи фиксирующих устройств. Кроме того, шлифовальный блок может быть в виде секций установлен в приемном блоке и может быть выполнен с возможностью установки вокруг бурильной колонны. Приемный блок может находиться в зоне ниже шлифовального блока и может обеспечивать возможность размещения в нем комплектов уплотнений один за другим, причем каждое уплотнение выполнено с возможностью закрепления в установленном положении при помощи соответствующих фиксирующих устройств и с возможностью установки на расстоянии друг от друга вдоль приемного блока. Шлифовальный блок может содержать по меньшей мере одну головку с внедренными шлифующими частицами. Указанная головка может быть изготовлена из резины или полиуретана. При использовании шлифовальный блок должен всегда располагаться над соответствующим уплотнением (уплотнениями) в конструкции. Кроме того, вводимая в шлифовальное устройство текучая среда предотвращает возможность блокировки материала, что снижало бы эффективность шлифовального устройства. Для проведения бурильных операций в скважинах при помощи бурильных колонн должны использоваться дополнительные системы, необходимые для сохранения других функций, требуемых для проведения эксплуатации (функции резания и уплотнения, разъединяющие системы, системы бурового раствора и другие подобные функции и системы). При необходимости другие системы обеспечивают подачу энергии на бурильную колонну (при подаче в скважину под давлением). В предлагаемом изобретении предусмотрена только функция шлифования и способ со своими уникальными соответствующими системами. В предлагаемом изобретении не рассматривается то, как управляется или приводится в действие инструмент и входящая в скважину колонна, и, таким образом, изобретение относится к любому варианту этих способов. Предлагаемое изобретение раскрыто более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых на фиг. 1 проиллюстрировано использование предлагаемого шлифовального устройства с проходящей через данное устройство бурильной колонной; на фиг. 2 - использование предлагаемого шлифовального устройства, установленного над уплотнениями, герметизирующими бурильную колонну. Предлагаемое изобретение может быть скомбинировано с устройством динамического уплотнения согласно описанию в патентном документе РСТ/М 008/00125 (соответствует NO326492), который включен в настоящий документ путем ссылки. В указанном патентном документе описано уплотнительное устройство для динамического уплотнения бурильной колонны или гибкой колонны, содержащее удлиненный уплотнительный блок, выполненный с возможностью охвата бурильной колонны, причем уплотнительный блок содержит комплекты основных уплотнений, установленных на расстоянии друг от друга в продольном направлении в уплотнительном блоке. Указанные основные уплотнения содержат по меньшей мере один уплотнительный элемент, изготовленный в виде диска или кольца из эластичного материала, например из эластомерного материала, и выполненный с возможностью охвата указанной бурильной колонны. Основное уплотнение содержит по меньшей мере один впускной канал, выполненный с возможностью пропускания снижающей трение среды через указанное уплотнение непосредственно в уплотнительную поверхность между уплотнительным элементом и бурильной колонной. Аналогичным образом, предлагаемое изобретение может быть скомбинировано с уплотнительным устройством согласно описанию в патентном документе PCT/N008/00274 (соответствует NO327281),причем указанные документы включены в заявляемый документ путем ссылки. В патентном документе PCT/N008/00274 заявлено уплотнительное устройство для динамического уплотнения бурильной колонны в скважинах, проводящих воду, буровой раствор или углеводороды, содержащее по меньшей мере одно динамическое уплотнение 35 а, выполненное с возможностью охвата бурильной колонны 50, и приемный блок 30, выполненный с возможностью размещения в нем указанного по меньшей мере одного уплотнения 35 а, причем динамическое уплотнение выполнено с возможностью введения в приемный блок 30 при помощи бурильной колонны и с возможностью фиксации в приемном блоке. В уплотнительном устройстве может быть предусмотрено поддержание внутреннего давления, по меньшей мере, соответствующего давлению окружающей среды. Указанный приемный блок 30 может быть установлен в зоне на буровой палубе буровой установки или судна или рядом с этой зоной, а также в водоотделяющей колонне, загрузочной колонне или в других соединительных элементах между буровой палубой и скважиной. Кроме того, приемный блок выполнен с возможностью закрытия возвратной стороны бурового раствора между бурильной колонной и верхней частью водоотводящей колонны таким образом, что приемный блок 30 выполнен с возможностью размещения в нем комплектов уплотнения один за другим, причем каждое уплотнение выполнено с возможностью фиксации в установленном положении при помощи соответствующих фиксирующих устройств 34 а, 34b, 34 с, установленных на расстоянии друг от друга по длине приемного блока. Кроме того, в случае плавучей буровой установки или бурового судна приемный блок 30 может быть размещен ниже компенсационного устройства водоотделяющей колонны, или в случае стационарной установки приемный блок 30 выполнен в виде части соединительной муфты водоотделяющей колонны. На фиг. 1 проиллюстрировано применение предлагаемого шлифовального блока 36, установленного в кожухе или приемном блоке 30. Шлифовальный блок 36 и/или приемный блок 30 может быть спущены и извлечены при помощи бурильной колонны или специального спускного инструмента или колонны. Шлифовальный блок 36 предпочтительно фиксируется на месте в приемном блоке 30 при помощи замков 34 с и 34d. Как правило, соединительная муфта на бурильной колонне 51 имеет больший диаметр по сравнению с диаметром самой колонны 50. При прохождении бурильной колонны через шлифующий блок 36 внешняя поверхность трубной соединительной муфты 51 обрабатывается таким образом, что неровности, образующие острые кромки на трубной муфте, удаляются. Эти неровности часто возникают вследствие воздействия зажимных губок плоскогубцев и приспособлений, используемых для соединения муфт 51 на палубе буровой установки, но могут также возникать вследствие других работ. Также может быть выполнена линия 33 впрыска для обеспечения впрыска текучей среды для охлаждения, смазки или очистки шлифуемой поверхности. На фиг. 1 шлифовальный блок 36 показан в виде отдельного блока, хотя он и установлен над уплотнениями (не показаны). На фиг. 2 проиллюстрировано применение предлагаемого шлифовального блока, установленного над уплотнениями 34 а и 34b для бурильной колонны и являющегося, таким образом, интегрированным элементом. Шлифовальный блок 36 и уплотнения 35 а и 35b могут быть установлены в общем кожухе или в приемном устройстве 30. На обеих фигурах реализован принцип, согласно которому возможные острые края на трубной муфте 51 зашлифовываются при прохождении бурильной трубы 50 через шлифовальный блок 36. Если при проходе через шлифовальный блок 36 бурильная колонна 50 также вращается, то достигается значительный шлифовальный эффект, обеспечивающий возможность большей или меньшей полировки поверхности трубной муфты 51. Это также можно достичь с помощью осевого перемещения только бурильной колонны, например, при установке отдельной вращающейся буровой колонки на бурильную колонну. В типовом варианте шлифовального элемента или шлифовальной головки 38 в шлифовальном блоке предусмотрены шлифующие частицы, внедренные в подходящую головку, изготовленную из полиуретана или резины. Затем шлифовальный элемент или головку можно установить с возможностью перекрытия окружности бурильной колонны или без какого-либо перекрытия. В варианте изобретения,показанном на фигурах, головка 38 выполнена с частично заостренной контактной поверхностью, соприкасающейся с бурильной колонной 50. Данная головка может быть также выполнена с плоской контактной поверхностью. Это может использоваться в других шлифовальных устройствах. Кроме того, может быть использовано несколько головок или шлифующих элементов, расположенных рядом друг с другом в приемном блоке 30. Шлифовальный блок 36 может быть жестко закреплен или установлен с возможностью вращения в приемном блоке 30, а также может быть разделен на части с возможностью установки вокруг бурильной колонны без необходимости разрыва бурильной колонны. Преимущественно лучше использовать шлифовальные частицы и устройства, подходящие для холодной обработки, т.е. те, которые не создают искр при эксплуатации в воздухе. Однако может использоваться любой подходящий шлифовальный элемент. Другими возможными решениями являются шлифовальные диски, шлифовальные напильники,шлифовальные головки и другие подобные инструменты, которые могут быть встроены в головку соответствующим образом, или которые могут быть установлены, любым другим образом, в шлифовальном блоке 36 для обеспечения описанной функции шлифования. Шлифовальное устройство может быть установлено на палубе буровой установки, в водоотводящей колонне или непосредственно на противовыбросовом превенторе, а также под водой без водоотводящей колонны. Предлагаемое шлифовальное устройство может использоваться во всех скважинах, проводящих воду, газ или углеводороды, а также буровой раствор, а также может использоваться как в сухих условиях,так и в условиях погружения в жидкость. Кроме того, предлагаемое устройство может функционировать в качестве центратора и амортизатора движения бурильной колонны. В данном документе описаны предпочтительные варианты изобретения, однако следует понимать,что возможны другие конфигурации в рамках изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для удаления острых кромок на трубной соединительной муфте (51) бурильной колонны (50), появившихся в результате воздействия зажимных губок плоскогубцев и приспособлений,используемых при присоединении трубных соединительных муфт (51) на буровой палубе, содержащее шлифовальный блок (36), снабженный по меньшей мере одним шлифовальным элементом (38), предназначенным для шлифования указанной муфты (51) бурильной колонны (50), отличающееся тем, что оно содержит приемный блок (30), выполненный с возможностью размещения в нем шлифовального блока(36), причем указанный приемный блок расположен в водоотделяющей колонне, загрузочной колонне или в других соединительных элементах между буровой палубой и устьем скважины и выше уплотнительного устройства, используемого при бурении с регулируемым давлением для динамического уплотнения бу-4 023675 рильной колонны (50), а шлифовальный блок (36) выполнен с возможностью введения в приемный блок (30) с помощью бурильной колонны (50) или подходящего спускного инструмента и с возможностью фиксации в приемном блоке (30). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемный блок (30) содержит по меньшей мере один впускной канал (33) для ввода текучей среды для охлаждения, смазки и вымывания отходов шлифования. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что впускной канал (33) проходит через шлифовальный блок (36) и оканчивается в той зоне, где шлифовальный блок (36) прилегает к бурильной колонне (50). 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) жестко закреплен в приемном блоке (30), причем возможность шлифования трубной муфты (51) обеспечивается путем вращения бурильной колонны (50). 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) прочно установлен в приемном блоке (30), причем возможность шлифования трубной муфты (51) обеспечивается путем осевого перемещения бурильной колонны (50). 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) установлен с возможностью вращения в приемном блоке (30), при этом возможность шлифования трубной муфты (51) обеспечивается без вращения бурильной колонны (50). 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальные элементы (38) шлифовального блока(36) выполнены с возможностью приведения в положение для шлифования, соответствующее необходимому послешлифовальному диаметру трубной муфты (51). 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) выполнен с возможностью выведения из указанного положения для шлифования. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) выполнен с возможностью компенсации угловых отклонений бурильной колонны (50). 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) прочно закреплен в приемном блоке (30) при помощи фиксирующих устройств (34 с, 34d). 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный блок (36) выполнен в виде секций в приемном блоке (30) и выполнен с возможностью установки вокруг бурильной колонны (50). 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемный блок (30), в зоне ниже шлифовального блока (36), выполнен с возможностью размещения в нем уплотнительных комплектов (35 а, 35b), установленных один за другим, причем каждое уплотнение выполнено с возможностью его прочного крепления с помощью соответствующих фиксирующих устройств (34 а, 34b, 34 с), установленных на расстоянии друг от друга в продольном направлении приемного блока (30). 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шлифовальный элемент (38) содержит по меньшей мере одну шлифовальную головку с внедренными шлифующими частицами. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанная головка изготовлена из резины или полиуретана.