Способ и устройство для соединения труб на нефтяных месторождениях

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ соединения труб на нефтяных месторождениях, содержащий операции установки массы сварочного материала (16) между расположенными вблизи поверхностями концов пары металлических труб (3, 4), применяемых на нефтяном месторождении и подлежащих соединению, размещения сварочного устройства вблизи указанных поверхностей концов, причем это устройство имеет внутреннюю оправку (1), внешние зажимы (11, 12) и механизмы уплотнения (5, 6, 17), включения внешнего зажимающего механизма (11, 12) и обеспечения прижима поверхности концов к массе сварочного материала (16) таким образом, чтобы поверхности концов труб (3, 4) удерживались в точно определенном отцентрованном по оси положении относительно друг друга, включения внешнего уплотняющего механизма (6, 5) и образования герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов труб (3, 4) и массу аморфного материала (16), нагревания массы сварочного материала до его расплавления для того, чтобы при его охлаждении образовалось металлургическое соединение между поверхностями концов труб, охлаждения соединенных металлический труб, освобождения зажимающих и уплотняющих механизмов и удаления соединенных металлических труб из сварочного устройства, отличающийся тем, что используют в качестве сварочного материала массу аморфного материала, который нагревают с помощью индукционной катушки, используют оправку с разнесенными по оси уплотнителями (14, 15), которые расширяются, прижимаясь к внутренним поверхностям металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, и образуют герметичную внутреннюю кольцевую камеру внутри металлических труб, которую заполняют инертным газом в процессе операции включения нагревательной катушки для расплавления аморфного материала, при этом с помощью механизма (7) накачки инертного газа заполняют герметичную внешнюю камеру (17) инертным газом.

2. Устройство для соединения металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, содержащее внешний зажимной механизм (11, 12) и оправку (1) для вставки во внутреннее пространство труб (3, 4) и зажима массы сварочного материала между поверхностями концов труб так, чтобы поверхности концов удерживались в точно определенном сцентрованном по оси положении по отношению друг к другу, внешний уплотняющий механизм, выполненный с возможностью создания герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов и массу сварочного материала, механизм закачки инертного газа для заполнения герметичной внешней камеры (17) инертным газом, средство нагрева массы сварочного материала до его расплавления с образованием при охлаждении металлургического соединения между поверхностями концов труб (3, 4) и средство для помещения труб (3, 4) в устройство и удаления их из него, отличающееся тем, что устройство представляет собой устройство аморфного соединения, которое оборудовано индукционной нагревающей катушкой (9), при этом оправка (1) оборудована разнесенными по оси уплотнителями, выполненными с возможностью при использовании прижима к внутренним поверхностям труб (3, 4), применяемых на нефтяном месторождении, и формирования герметичной внутренней кольцевой камеры внутри труб в процессе аморфного соединения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубы, применяемые на нефтяных месторождениях, представляют собой скважинные трубы, и способ содержит этапы погружения первого трубчатого элемента (3) в скважину до тех пор, пока верхний конец элемента не будет размещен, по существу, в вертикальном положении вблизи входа (20) в скважину, подъема второго трубчатого элемента (4), по существу, в вертикальное положение над первым трубчатым элементом, установки массы аморфного материала между расположенными вблизи друг друга поверхностями концов первого и второго трубчатых элементов (3, 4), фиксирования трубчатых элементов (3, 4) с центровкой по оси по отношению друг к другу с использованием внешнего зажимающего механизма (11, 12) и внутренней оправки (1), которая вставлена во внутреннее пространство первого и второго трубчатых элементов (3, 4), установки индукционной катушки (9) и уплотняющего механизма вблизи соединяемых поверхностей концов, очистки соединяемой области под напором инертного газа, включения внешнего зажимающего механизма (11, 12) для прижатия поверхности концов трубчатых элементов (3, 4) к массе аморфного материала для обеспечения плотного контакта между поверхностями концов и массой аморфного материала, включения индукционной катушки (9) для расплавления аморфного материала (16) и создания металлургического соединения между элементами металлических труб (3, 4), освобождения зажимного (11, 12) и уплотняющего механизмов (5, 6, 14, 15) и погружения соединенных вместе трубчатых элементов (3, 4) в скважину.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляет неразрушающий контроль соединения, путем закачки инертного газа под повышенным давлением в герметичную кольцевую уплотняющую камеру (17), сформированную вблизи места соединения, и отслеживания, не происходит ли утечка инертного газа из камеры (17).

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед и во время этапа индукционного нагрева аморфного материала оправку (1) помещают внутри трубчатых элементов и прижимают к их внутренним поверхностям с помощью пары внутренних зажимов (14, 15), которые расширяют по направлению к этим поверхностям в местах напротив места размещения пары внешних зажимов (11, 12) устройства.

6. Устройство для соединения металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, содержащее внешний зажимной механизм (11, 12) и оправку (1) для введения во внутреннее пространство труб (3, 4) и зажима массы сварочного материала (16) между поверхностями концов труб таким образом, чтобы поверхности концов труб удерживались в точно определенном отцентрованном по оси положении относительно друг друга, внешний уплотняющий механизм (5, 6), выполненный с возможностью создания герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов и массу сварочного материала (16), средство для нагревания массы сварочного материала (16) до его расплавления с тем, чтобы при охлаждении возникло металлургическое соединение между поверхностями концов труб (3, 4), и средство для введения труб (3, 4) в устройство и для удаления их из него, отличающийся тем, что устройство оборудовано индукционной нагревательной катушкой (9), разнесенными по оси уплотнителями (14, 15), выполненными с возможностью расширения и прижима к внутренним поверхностям металлических труб (3, 4) с образованием герметичной внутренней кольцевой камеры внутри металлических труб в процессе формирования аморфного соединения, а также механизмом (7) закачки инертного газа для заполнения герметичной внешней камеры (17) инертным газом.

7. Устройство по п.2, отличающийся тем, что оправка (1) на своем верхнем конце имеет средство соединения с гидравлической подъемной линией (13).

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для соединения труб на нефтяных месторождениях в соответствии с преамбулой пп. 1 и 2 формулы изобретения. Трубы на нефтяных месторождениях, которые используются в скважинах для добычи нефти и/или газа, включают системы витых труб, намотанных труб, развальцовываемых прорезанных труб (РПТ), развальцовываемых труб, вспомогательное оборудование для скважинных и бурильных труб. Трубы на нефтяном месторождении, которые используются за пределами скважины, представляют собой шельфовые и материковые трубопроводы для транспортировки сырой нефти и/или природного газа,вертикальные трубопроводы, которые проходят между дном моря и палубой платформы, а также анкерные растяжки платформ с напряженными опорами. Во время бурения и завершения скважин для добычи нефти или газа или скважин для закачки жидкости или нагрева длинные ряды скважинных труб, а также различное вспомогательное оборудование, необходимо погружать в скважину для осуществления бурения скважины и защиты скважины от обрушения, а также для обеспечения безопасной добычи нефти и газа из этой скважины. Обычный способ защиты скважины от обрушения состоит в установке обсадной трубы путем свинчивания вместе одной или большего количества обсадных труб, которые опускаются в скважину и цементируются на месте. Добыча нефти и газа происходит через одну или большее количество удлиненных рядов подающих труб, состоящих из отдельных труб, которые соединены с помощью винтового резьбового соединения, причем эти буровые подающие трубы находятся в подвешенном состоянии внутри обсадной трубы. В соответствии с обычной процедурой бурения и завершения скважин, может потребоваться выполнить много сотен винтовых резьбовых соединений. Выполнение таких соединений на буровой площадке представляет собой процедуру, требующую больших затрат времени, при этом необходимо использовать тщательно обработанные скважинные трубы. С обычным винтовым резьбовым соединением связана существенная проблема, состоящая в том, что если необходимо, чтобы прочность стенок в месте соединения была такая же,как и в остальной трубе, суммарная толщина стенок труб в месте соединения должна быть существенно большей, чем в остальной части трубы. Наличие таких утолщений в местах соединения, с учетом требования, что буровая штанга из труб должна быть погружена в скважину, приводит к необходимости обеспечения существенного зазора между внешней стенкой трубы и внутренней стенкой окружающей трубчатой конструкции, такой, как обсадная труба или стенка буровой скважины. Для обычных 2 подающих труб с винтовыми резьбовыми соединениями с охватываемой наружной резьбой,имеющими больший наружный диаметр, чем остальная часть трубы, в соответствии с техническими требованиями обычно необходимо,чтобы минимальный зазор между обсадной трубой и номинальным размером подающей трубы составлял, по меньшей мере, 2 см со всех сторон стенки трубчатой конструкции. Это требование приводит к образованию существенного неиспользованного кольцевого пространства вокруг подающей трубы, и, таким образом, к уменьшению производительности добычи скважины и к увеличению размера скважины. В данной области техники известно использование скважинных труб, которые снабжены внутренне и внешним винтовым резьбовым соединением заподлицо. Недостаток этих соединений состоит в том, что они представляют собой слабые элементы с существенно меньшей прочностью, чем остальная часть трубы. Требования техники безопасности и наличие взрывоопасной среды в районе устья нефтяной или газовой скважины ограничивают возможность применения сварки. Способ и устройство в соответствии с преамбулой пп.1 и 2 формулы настоящего изобретения известны из описания европейского патента 396204. Из этой публикации известного уровня техники известно применение технологии сварки трением для безопасного соединения сваркой металлических труб для скважин, в соответствии с которой кольцо вращается с высокой скоростью, в то время, как концы металлических труб прижимаются к этому кольцу. Недостатком способа известной технологии сварки трением является,однако, то, что при его выполнении трудно точно контролировать температуру, при этом кольцо и концы труб часто деформируются, что приводит к возникновению неровностей на внутренней и внешней поверхности в месте соединения. Поэтому соединение часто приходится доводить до требуемой правильной формы с помощью протягивания разжимной оправки через него и/или путем сошлифовывания краев швов и других неровностей. Целью настоящего изобретения является способ и устройство для эффективного и безопасного соединения, скважинных труб и других труб, применяемых на нефтяном месторождении, а так вспомогательного оборудования. Такое устройство должно иметь возможность легко перемещаться, так, чтобы оно могло быть установлено на буровой скважине, на рабочей площадке или на другом буровом оборудовании нефтяного месторождения, таком, как трубоукладывающее судно. Способ должен позволять выполнять его буровыми операторами,не имеющими большого опыта в сварочных технологиях, при этом должно использоваться 3 существующее подъемное и буровое оборудование. Эти цели достигаются с помощью способа аморфного соединения и устройства, которое заявлено в отличительной части пп.1 и 2. Способ, в соответствии с настоящим изобретением, пригоден для соединения скважинных трубчатых конструкций. В этом случае способ содержит этапы погружения первого трубчатого элемента в скважину до тех пор, пока верхний конец элемента не будет размещен при, по существу, вертикальной ориентации вблизи входа скважины,подъема второго трубчатого элемента, по существу, в вертикальное положение над первым трубчатым элементом,размещения массы аморфного материала между расположенными вблизи поверхностями концов указанного первого и второго трубчатых элементов,фиксирования трубчатых элементов с осевым выравниванием по отношению друг к другу с использованием зажимного механизма и внутренней оправки, которую вставляют во внутреннее пространство первого и второго трубчатых элементов,установки индукционной катушки и уплотнительного механизма вблизи поверхности концов, которые должны быть соединены,очистки соединяемой области подаваемым под напором инертным газом,приведения в действие зажимающего средства так, чтобы оно прижимало поверхности концов указанных трубчатых элементов к массе аморфного материала с обеспечением тесного контакта между указанными поверхностями концов и аморфным материалом,включение индукционной катушки с обеспечением расплавления аморфного материала и создания металлургического соединения между трубчатыми элементами,освобождения зажимного и уплотнительного механизмов,погружения соединенных трубчатых элементов в скважину. По существу, вертикальная ориентация скважинных труб во время процесса аморфного соединения в соответствии с настоящим изобретением имеет то преимущество, что верхний конец первого трубчатого элемента, который подвешивается в скважине, может быть жестко зафиксирован вблизи буровой площадки, в то время как второй трубчатый элемент может быть подвешен сверху над первым элементом с помощью, например, блока, расположенного наверху буровой установки, так, что процесс аморфного соединения может выполняться при наличии относительно небольшого мобильного соединительного устройства, которое не требует применения тяжелого фундамента. В способе аморфного соединения в соответствии с настоящим изобретением внутреннее 4 и внешнее пространство трубчатых элементов в области аморфного кольца продувается инертным газом. Это достигается с помощью уплотнительных камер, которые герметизируют внешнюю и внутреннюю область в районе соединения с последующим вводом инертного газа в эти камеры перед началом цикла нагрева. Внутреннее пространство трубчатых элементов уплотняется во время процесса продувки/уплотнения с помощью уплотнителей, размещенных на оправке, которая устанавливается внутри трубчатых элементов во время процесса сварки, что имеет дополнительное преимущество, состоящее в том, что таким образом устраняется контакт между нагревающими элементами, зонами, подверженными нагреву, и какимилибо огнеопасными газами, которые могут выходить из скважины. Предпочтительно оправка,кроме того, оснащена парой зажимов, которые расположены напротив внешних зажимов секции конца трубы так, что во время процесса соединения трубчатые элементы зажимаются между парами внутренних и внешних зажимов,что позволяет прикладывать высокое давление контакта через зажимы на трубчатые элементы без риска деформации или разрушения этих элементов. Настоящее изобретение также относится к способу и устройству соединения труб, применяемых на нефтяных месторождениях для использования снаружи скважины при добыче углеводорода. Примерами таких труб являются трубопроводы для транспортировки сырой нефти и/или газа, шельфовые вертикальные трубопроводы и анкерные растяжки платформ с напряженными опорами. Для труб, применяемых на нефтяных месторождениях, которые соединяются при вертикальном расположении, таких, как элементы опор, вертикальные трубопроводы и трубопроводы, укладываемые с применением J-образной технологии укладки трубопроводов, применяется рабочее и подвешивающее оборудование,подобное оборудованию, используемому для работы со скважинными трубами. Способ в соответствии с настоящим изобретением для соединения трубчатых элементов для пользования за пределами скважины при добыче углеводорода содержит этапы помещения массы аморфного материала между расположенными вблизи поверхностям концов пары труб, применяемых на нефтяных месторождениях, которые должны быть соединены; установки устройства аморфного соединения вблизи указанных поверхностей концов,причем это устройство оборудовано индукционной катушкой и механизмами зажимающим,уплотнения и накачки инертного газа; включения зажимающего механизма, который содержит оправку, вводимую во внутреннее пространство трубчатых элементов, с 5 тем, чтобы прижать поверхности концов к массе аморфного материала таким образом, чтобы поверхности концов удерживались в точно определенном положении с центровкой по оси по отношению друг к другу; включения уплотнительного механизма для создания герметичной камеры, которая охватывает поверхности концов и массу аморфного материала; включения механизма накачки инертного газа для заполнения герметичной камеры инертным газом; включения индукционной катушки для нагрева массы аморфного материала так, чтобы он расплавился и при его охлаждении образовалось металлургическое соединение между поверхностями концов металлических труб; охлаждения соединенных труб; освобождения механизмов зажима и уплотнения; и удаления соединенных труб из устройства аморфного соединения. Устройство в соответствии с настоящим изобретением для соединения труб, применяемых на нефтяных месторождениях для использования за пределами скважины при добыче углеводорода, содержит зажимающий механизм, который включает оправку, предназначенную для помещения во внутреннее пространство труб для прижима поверхностей концов к массе аморфного материала между трубами так, чтобы поверхности концов удерживались в точно определенном осевом положении по отношению друг к другу; уплотнительный механизм для создания герметичной камеры, которая охватывает поверхности концов и массу аморфного материала; механизм подачи под напором инертного газа для заполнения герметичной камеры инертным газом; индукционную нагревающую катушку для нагрева массы аморфного материала так, чтобы материал расплавился, и при охлаждении образовалось металлургическое соединение между поверхностями концов труб; и средство для введения труб в это устройство и выведение их из него. Для труб, применяемых на нефтяных месторождениях, которые соединяются в вертикальном положении, таких как трубы опор, вертикальные трубопроводы и трубопроводы, укладываемые с помощью технологии J-образной укладки труб, используется оборудование обработки и подвески, аналогичное оборудованию,применяемому для обработки скважинных труб. Для труб, применяемых на нефтяных месторождениях, которые соединяются в невертикальном положении, трубы предпочтительно вводят в устройство и выводят из него с использованием наклонных или роликовых направляющих конструкций. 6 Способ и устройство, в соответствии с настоящим изобретением, применимы для всех размеров труб, используемых в скважинах, и других металлических труб, применяемых на нефтяных месторождениях, и могут применяться для всех материалов, обычно используемых для изготовления труб для скважин и других труб, применяемых на нефтяных месторождениях, включая углеродистые стали, сплавы с высоким содержанием хрома, такие как 13 Сr,22 Сr и 25 Сr, титан и устойчивые к коррозии металлы. Из описания американского патента 5 118 028 известно, что способ диффузного соединения применяется только для устойчивых к коррозии материалов, которые могут использоваться на теплоэлектростанциях и ядерных электростанциях, а также на химических заводах. Как показано на фиг. 1 этой публикации известного уровня техники, защитный газ, такой как азот, подается под давлением через внутреннее пространство металлических труб, которые соединяются с помощью диффузной связи. Отсутствие внутренней оправки и другого оборудования для точной установки металлических труб в вертикальном положении не позволяет этот известный способ соединения диффузией использовать для соединения труб для скважин. В способе и устройстве в соответствии с настоящим изобретением внутренняя оправка необходима для уменьшения риска повреждения соединяемых трубчатых элементов внешним зажимным средством соединяющего устройства. Следует понимать, что ряд буровых труб, которые подвешены в скважине, может иметь в длину несколько километров и, на плавучем или другом шельфовом нефтяном оборудовании устье скважины может совершать колебательные движения, которые требуют применения зажимного средства, способного прикладывать чрезвычайно большие зажимные усилия к трубчатым элементам для того, чтобы правильно установить расположенные вблизи по отношению друг к другу концы труб во время процесса аморфного соединения. Эти и другие аспекты, признаки, цели и преимущества способа и устройства в соответствии с настоящим изобретением раскрываются в прилагаемых пунктах формулы изобретения, в реферате и на чертежах. Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно с описанием примера и со ссылкой на прилагаемый схематический чертеж устройства аморфного соединения в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 изображено устройство аморфного соединения, содержащее оправку 1 и внешнюю часть 2, установленные вокруг первого и второго трубчатых элементов 3 и 4, часть соответственно, причем эти элементы должны 7 быть соединены с помощью устройства аморфного соединения в ряд буровых труб. Внешняя часть 2 устройства содержит набор уплотнительных элементов 5 и 6, предназначенных для удержания атмосферы инертного газа и формирования, таким образом, внешней кольцевой камеры 17 в зоне соединения, средства ввода и вывода инертного газа 7 и 8 во внешнюю кольцевую камеру 17 и из нее, индукционной катушки 9 и системы 10 измерения и управления индукционным нагревом, и набора регулируемых внешних зажимов 11 и 12, используемых для выравнивания трубчатых элементов и приложения осевого давления на область соединения. Внутренняя оправка 1 устройства включает в себя собственно оправку, которая вводится со стороны верхнего конца трубчатого элемента 4 с помощью гидравлической линии 13. Эта оправка имеет на каждом своем конце зажимные и уплотнительные механизмы 14 и 15. Уплотнительные и зажимные механизмы 14 и 15 гидравлически открываются и закрываются при подаче жидкости под давлением, которая поступает по гидравлической линии 13. Предпочтительный способ соединения скважинных труб с использованием системы,показанной на фиг. 1, состоит в следующем: Внешняя часть 2 устройства соединения устанавливается или подвешивается, по существу, в вертикальном положении над устьем 20 скважины, в которую должны быть введены металлические трубы, например, для установки обсадной трубы или одного или большего количества подающих трубопроводов. Трубчатые элементы 3, 4, предназначенные для использования в трубопроводе или трубопроводах, складируются в наклонном или вертикальном положении на стеллаже для труб,расположенном вблизи устья скважины, и внешняя часть устройства соединения располагается над скважиной (не показана). Первый трубчатый элемент 3 затем снимают со стеллажа труб и погружают через внешнюю часть 2 устройства соединения в скважину до тех пор, пока верхний конец этого элемента не будет размещен в вертикальном положении прямо над нижним зажимом 12 внешней части 2 устройства соединения, сверху на него накладывают кольцо 16 аморфного материала, например, на верхний конец первого трубчатого элемента 3. Затем внутреннюю оправку 1 устройства,подвешенную на гидравлической линии 13 и передвигаемую с помощью, например, блока,расположенного наверху буровой установки,устанавливают над скважиной, опускают через второй трубчатый элемент 4 до тех пор, пока оправка 1 не выйдет приблизительно наполовину своей длины за пределы нижнего конца этого элемента 4. Затем оправка 1 прижимается к внутренним стенкам трубчатого элемента 4, благодаря включе 003755 8 нию верхнего зажимающего/уплотняющего механизма 14 оправки 1 с использованием энергии гидравлической жидкости, подаваемой через гидравлическую линию 13, после чего оправка 1, с присоединенным к ней трубчатым элементом 4, подвешивается в вертикальном положении над первым трубчатыми элемент 3. На следующем этапе нижнюю часть оправки 1 проводят через кольцо 16 аморфного материала внутрь первого трубчатого элемента 3 через его верхний конец до тех пор, пока нижний конец второго трубчатого элемента 4 не установится на аморфном материале 16, расположенном на нижнем верхнем конце первого трубчатого элемента 3. Затем проверяют правильность ориентации концов трубчатых элементов 3 и 4 и, в случае необходимости, выполняют регулировку с использованием зажимных механизмов 12, 15 и/или 11, 14 для перемещения элементов по отношению друг к другу. После того, как будет определено, что расположенные близко друг к другу концы трубчатых элементов 3 и 4 установлены правильно и коаксиально по отношению к кольцу 16 аморфного материала, включают внешний уплотнительный механизм,управляющий элементами 5, 6, благодаря чему герметизируется внешняя кольцевая камера 17 вокруг области соединения. Затем через линию 13 в камеру 17 и вовнутрь внешнего уплотняющего механизма с элементами 5 и 6 накачивается инертный газ и одновременно через линию 13 газ подается во внутреннюю кольцевую камеру 18, которая формируется между внутренними уплотнениями механизмов 14 и 15 на краях оправки 1. После продувки газа включается нижний уплотняющий/зажимающий механизм 15 благодаря подаче гидравлического давления через линию 13 для прижима уплотнителя механизмом 15 к внутренней стенке трубчатого элемента 3. Затем зажимающее усилие R высокой величины подают на зажимы 11 и 12 внешней части 2. Поскольку осевое расстояние между внешними зажимами 11 и 12, а также внутренними зажимами механизмов 14 и 15 идентично, между зажимами и стенками трубчатых элементов 3 и 4 может быть приложено радиальное зажимающее усилие высокой величины без риска деформации или разрушения этих элементов. После того как оправка 1 и внешняя часть 2 устройства будут прижаты к трубчатым элементам 3 и 4 таким образом, что во внешней камере 17 и во внутренней кольцевой камере 18 будет присутствовать некоторое избыточное давление инертного газа для гарантированного предотвращения какого-либо доступа огнеопасных газов из скважины в область соединения, и для обеспечения того, что вокруг и в области соединения будет присутствовать система чистого инертного газа, на зажимы 11, 12 прикладывается осевое давление А, при этом зажимы 9 11, 12 плотно прижимают трубчатые элементы 2 и 3 к аморфному связующему материалу. Затем выполняется аморфное соединение,благодаря использованию катушки 9, применяемой для индуктивного нагрева трубчатых элементов 2 и 3 до заранее определенной температуры в течение заранее определенного времени, прикладывая одновременно с этим заранее определенное осевое давление А с помощью зажимов 11, 12. Длительность нагрева и охлаждения совместно с приложением требуемого давления зависят от свойств соединяемого материала и отличаются для каждого материала. Точный профиль температуры материалов контролируется и управляется с использованием средств регулирования, содержащихся в системе 10 управления. После выполнения соединения может быть произведена тепловая обработка соединения и соединенных краев трубчатых элементов 3 и 4 с помощью дополнительного индуктивного нагрева и охлаждения, если это необходимо. Предпочтительно также выполняется проверка соединения под давлением с помощью системы закачки и удержания инертного газа, содержащей кольцевые камеры 17 и/или 18, как описано выше. Предпочтительно охлаждение аморфного соединения выполняется с помощью закачки и/или рециркуляции инертного газа через кольцевые камеры 17 и 18. Поэтому благодаря применению кольцевых камер 17 и 18 удалось создать наиболее многофункциональное и мобильное устройство легкого веса для выполнения аморфного соединения, которое позволяет быстро выполнить и проверить аморфное соединение. Обычно обе кольцевые камеры 17 и 18 закрываются и заполняются стационарным инертным газом на этапе нагрева. Во время последующего этапа охлаждения инертный газ прокачивается через камеры 17 и 18 с такой скоростью, что аморфное соединение охлаждается с требуемой скоростью. Во время последующей фазы проверки давление инертного газа в одной из камер 17 или 18 поднимают для того, чтобы обнаружить какую-либо утечку инертного газа через возможные щели между соединенными поверхностями. Затем оправку 1 и внешнюю часть 2 устройства освобождают от трубчатых элементов 3 и 4 путем освобождения внутренних уплотнительных/зажимных механизмов 14, 15 и внешних уплотнительных/зажимных элементов 5, 6 и 11, 12. После этого соединяемые трубчатые элементы опускают с использованием бурового оборудования для размещения полученного соединения в аппарат, например, рентгеновской и/или ультразвуковой проверки, расположенный вблизи устья 20 скважины. Область соединения в завершение процесса проверяют с помощью указанного аппарата проверки на наличие каких-либо дефектов соединения. 10 Следующий трубчатый элемент или вспомогательное оборудование может быть присоединено к верхнему концу второго трубчатого элемента 4, путем повторения операций способа соединения, описанного выше, причем этот способ может повторяться снова и снова до тех пор,пока трубопровод из труб для скважин не достигнет требуемой длины. В описанном выше способе материал аморфного соединения помещался на первый трубчатый элемент 3 во время процесса соединения. В качестве альтернативы, конец первого и/или второго трубчатого элемента 3 или 4 подготавливается таким образом, что аморфный элемент присоединяется к нему/ним до того, как трубчатые элементы будут размещены друг над другом. В вышеописанном способе предполагалось, что концы труб были обработаны с такой степенью точности, что их можно было использовать в соединительной системе. В качестве альтернативы, трубчатые элементы 3 и 4 могут помещаться в устройство аморфного соединения, в котором они сильно зажимаются в положении, с использованием зажимающих элементов механизмов 11, 14 и 12, 15. После помещения в устройство концы труб могут быть подготовлены, с использованием системы зачистки/фрезерование металла, которая обеспечивает получение плоской и точной формы концов труб, благодаря выфрезированию части трубчатых элементов. Этот процесс фрезирования может быть выполнен с использованием фрезерующих устройств, устанавливаемых на кронштейне (не показан), который поворачивается в рабочее положение перед установкой оправки 1 и внешней части 2 соединяющего устройства. Понятно, что вместо закачивания инертного газа во внутреннюю кольцевую камеру 18 по линии 13, инертный газ может также накачиваться в камеру 18 через внешнюю камеру 17 и щель между аморфным кольцом 16 и концами труб перед тем, как будет выполнено соединение, и до того, как будут включены внутренние уплотнительные кольца, которые формируют часть внутренней уплотняющей и зажимающей систем. Понятно также, что способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением особенно пригодны для выполнения как внутренних, так и внешних соединений встык между трубами, используемыми в скважине и в других местах нефтяных месторождений с помощью быстрого, безопасного и надежного способа соединения. Соответственно, должно быть совершенно понятно, что устройство и способ, изображенные на прилагаемых чертежах, на которые была сделана ссылка в предыдущем описании, приведены только с целью иллюстрации и не предназначены для ограничения области действия настоящего изобретения. 11 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ соединения труб на нефтяных месторождениях, содержащий операции установки массы сварочного материала (16) между расположенными вблизи поверхностями концов пары металлических труб (3, 4), применяемых на нефтяном месторождении и подлежащих соединению, размещения сварочного устройства вблизи указанных поверхностей концов, причем это устройство имеет внутреннюю оправку (1),внешние зажимы (11, 12) и механизмы уплотнения (5, 6, 17), включения внешнего зажимающего механизма (11, 12) и обеспечения прижима поверхности концов к массе сварочного материала (16) таким образом, чтобы поверхности концов труб (3, 4) удерживались в точно определенном отцентрованном по оси положении относительно друг друга, включения внешнего уплотняющего механизма (6, 5) и образования герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов труб (3, 4) и массу аморфного материала (16), нагревания массы сварочного материала до его расплавления для того, чтобы при его охлаждении образовалось металлургическое соединение между поверхностями концов труб, охлаждения соединенных металлический труб, освобождения зажимающих и уплотняющих механизмов и удаления соединенных металлических труб из сварочного устройства, отличающийся тем, что используют в качестве сварочного материала массу аморфного материала, который нагревают с помощью индукционной катушки, используют оправку с разнесенными по оси уплотнителями (14, 15),которые расширяются, прижимаясь к внутренним поверхностям металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, и образуют герметичную внутреннюю кольцевую камеру внутри металлических труб, которую заполняют инертным газом в процессе операции включения нагревательной катушки для расплавления аморфного материала, при этом с помощью механизма (7) накачки инертного газа заполняют герметичную внешнюю камеру (17) инертным газом. 2. Устройство для соединения металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, содержащее внешний зажимной механизм (11, 12) и оправку (1) для вставки во внутреннее пространство труб (3, 4) и зажима массы сварочного материала между поверхностями концов труб так, чтобы поверхности концов удерживались в точно определенном сцентрованном по оси положении по отношению друг к другу, внешний уплотняющий механизм, выполненный с возможностью создания герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов и массу сварочного материала,механизм закачки инертного газа для заполнения герметичной внешней камеры (17) инертным газом, средство нагрева массы сварочного 12 материала до его расплавления с образованием при охлаждении металлургического соединения между поверхностями концов труб (3, 4) и средство для помещения труб (3, 4) в устройство и удаления их из него, отличающееся тем, что устройство представляет собой устройство аморфного соединения, которое оборудовано индукционной нагревающей катушкой (9), при этом оправка (1) оборудована разнесенными по оси уплотнителями, выполненными с возможностью при использовании прижима к внутренним поверхностям труб (3, 4), применяемых на нефтяном месторождении, и формирования герметичной внутренней кольцевой камеры внутри труб в процессе аморфного соединения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубы, применяемые на нефтяных месторождениях, представляют собой скважинные трубы, и способ содержит этапы погружения первого трубчатого элемента (3) в скважину до тех пор,пока верхний конец элемента не будет размещен, по существу, в вертикальном положении вблизи входа (20) в скважину, подъема второго трубчатого элемента (4), по существу, в вертикальное положение над первым трубчатым элементом, установки массы аморфного материала между расположенными вблизи друг друга поверхностями концов первого и второго трубчатых элементов (3, 4), фиксирования трубчатых элементов (3, 4) с центровкой по оси по отношению друг к другу с использованием внешнего зажимающего механизма (11, 12) и внутренней оправки (1), которая вставлена во внутреннее пространство первого и второго трубчатых элементов (3, 4), установки индукционной катушки(9) и уплотняющего механизма вблизи соединяемых поверхностей концов, очистки соединяемой области под напором инертного газа,включения внешнего зажимающего механизма(11, 12) для прижатия поверхности концов трубчатых элементов (3, 4) к массе аморфного материала для обеспечения плотного контакта между поверхностями концов и массой аморфного материала, включения индукционной катушки (9) для расплавления аморфного материала (16) и создания металлургического соединения между элементами металлических труб(3, 4), освобождения зажимного (11, 12) и уплотняющего механизмов (5, 6, 14, 15) и погружения соединенных вместе трубчатых элементов (3, 4) в скважину. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что осуществляет неразрушающий контроль соединения,путем закачки инертного газа под повышенным давлением в герметичную кольцевую уплотняющую камеру (17), сформированную вблизи места соединения, и отслеживания, не происходит ли утечка инертного газа из камеры (17). 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед и во время этапа индукционного нагрева аморфного материала оправку (1) помещают внутри трубчатых элементов и прижимают к их внутренним поверхностям с помощью пары внутренних зажимов (14, 15), которые расширяют по направлению к этим поверхностям в местах напротив места размещения пары внешних зажимов (11, 12) устройства. 6. Устройство для соединения металлических труб, применяемых на нефтяном месторождении, содержащее внешний зажимной механизм (11, 12) и оправку (1) для введения во внутреннее пространство труб (3, 4) и зажима массы сварочного материала (16) между поверхностями концов труб таким образом, чтобы поверхности концов труб удерживались в точно определенном отцентрованном по оси положении относительно друг друга, внешний уплотняющий механизм (5, 6), выполненный с возможностью создания герметичной внешней камеры (17), окружающей поверхности концов и массу сварочного материала (16), средство для нагревания массы сварочного материала (16) до его 14 расплавления с тем, чтобы при охлаждении возникло металлургическое соединение между поверхностями концов труб (3, 4), и средство для введения труб (3, 4) в устройство и для удаления их из него,отличающийся тем, что устройство оборудовано индукционной нагревательной катушкой (9), разнесенными по оси уплотнителями (14, 15), выполненными с возможностью расширения и прижима к внутренним поверхностям металлических труб (3,4) с образованием герметичной внутренней кольцевой камеры внутри металлических труб в процессе формирования аморфного соединения, а также механизмом (7) закачки инертного газа для заполнения герметичной внешней камеры (17) инертным газом. 7. Устройство по п.2, отличающийся тем,что оправка (1) на своем верхнем конце имеет средство соединения с гидравлической подъемной линией (13).

МПК / Метки

МПК: B23K 13/02

Метки: устройство, месторождениях, труб, способ, нефтяных, соединения

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/8-3755-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-soedineniya-trub-na-neftyanyh-mestorozhdeniyah.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для соединения труб на нефтяных месторождениях</a>

Похожие патенты