Фитинг бурильной колонны

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение касается фитинга,предназначенного для снижения трения между бурильной колонной и стенкой буровой скважины. Более конкретно, но не исключительно, в первом аспекте настоящее изобретение касается фитинга, имеющего множество продольных выемок, обеспечивающих возможность смазывания между фитингом и бурильной колонной,используя буровой раствор. В соответствии со вторым аспектом создан фитинг, имеющий способные вращаться ролики, с целью снижения как осевого трения, так и трения вращательного движения. В соответствии с третьим аспектом создан фитинг, имеющий наружную секцию,способную вращаться относительно внутренней секции, закрепленной вокруг бурильной колонны. Предпосылки создания изобретения Глубина, на которую можно бурить буровую скважину, и угол ее наклона часто ограничиваются степенью трения, испытываемого бурильной колонной. Кроме того, из-за трения может снижаться долговечность бурильной колонны. С ростом окружающих предприятий также становится все менее приемлемым снижать трение за счет введения в скважину химических продуктов. Использование скважинных потоков текучих сред в качестве смазки приводит к износу бурильной колонны, вызываемому переносимыми в текучей среде твердыми примесями. Кроме того, имеющиеся в настоящее время аналогичные фитинги нельзя восстанавливать или ремонтировать. Краткое изложение сущности изобретения Целью настоящего изобретения является создание фитинга, снижающего трение бурильной колонны. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения создан фитинг, предназначенный для снижения трения между фитингом и секцией бурильной колонны или дополнительным фитингом на бурильной колонне и содержащий тело, имеющее трубчатое высверленное отверстие, образующее множество проходящих в продольном направлении выемок,разнесенных по окружности относительно высверленного отверстия, с такими размерами,чтобы смазывать поверхность раздела между фитингом и бурильной колонной или дополнительным фитингом текучей средой в буровой скважине, в котором для снижения трения в осевом направлении по периферии тела расположены ролики. Высверленное отверстие фитинга предпочтительно имеет многоугольное поперечное сечение. В другом варианте осуществления изобретения фитинги могут иметь по существу круглое поперечное сечение, а втулка может иметь многоугольное поперечное сечение. Фитинг может быть выполнен предпочтительно в 2 виде кожуха из двух частей, которые можно прикреплять к собранной буровой колонне. В соответствии с дополнительным аспектом изобретения создан фитинг, предназначенный для прикрепления к бурильной колонне или дополнительному фитингу, имеющий тело с высверленным в нем отверстием, снабженное множеством роликовых средств на внешней поверхности тела, причем каждое роликовое средство имеет один или больше роликов, расположенных на нем и способных вращаться относительно тела вокруг оси, поперечной оси высверленного отверстия, причем роликовое средство выполнено с возможностью вращения относительно тела для уменьшения трения вращения и осевого трения. Ролики предпочтительно имеют по существу пирамидальную форму и вращаются вокруг оси, поперечной оси вращения роликового средства. Тело может представлять конструкцию,состоящую из двух частей, а ролики предпочтительно выполняют из найлона или керамического материала. В соответствии с дополнительным аспектом изобретения создан фитинг, предназначенный для сцепления с буровой колонной или дополнительным фитингом, содержащий внутреннюю секцию для крепления к бурильной колонне или дополнительному фитингу, наружную секцию для крепления вокруг внутренней секции, подшипник, расположенный между внутренней секцией и наружной секцией, уплотнения, размещенные на каждом конце фитинга между внутренней секцией и наружной секцией,и средство выравнивания давления для поддержания давления внутри подшипника по существу таким же, как внешнее давление. В радиальном направлении от наружной секции предпочтительно выступают множество ребер, которые профилированы для снижения трения при перемещении в осевом направлении. Краткое описание чертежей Дополнительные аспекты изобретения станут понятны из последующего описания возможных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 изображает фитинг из двух частей,имеющий многоугольное высверленное отверстие; фиг. 2 - границу раздела между бурильной колонной и внутренним многоугольным высверленным отверстием показанного на фиг. 1 фитинга; фиг. 3 - секцию бурильной колонны,имеющую зажимные кольца на каждом конце для приема показанного на фиг. 1 фитинга между ними; фиг. 4 - вид с торца показанного на фиг. 1 фитинга; 3 фиг. 5 - вид с торца показанного на фиг. 1 фитинга, сцепленного с показанной на фиг. 3 втулкой; фиг. 6 - вид спереди с частичным поперечным сечением показанного на фиг. 1 фитинга; фиг. 7 - фитинг, имеющий способные вращаться ролики, размещенные на его теле; фиг. 8 - поперечное сечение показанного на фиг. 7 способного вращаться ролика; фиг. 9 - поперечное сечение ролика, показанного на фиг. 7 или фиг. 8; фиг. 10 - перспективный вид фитинга, соответствующего третьему варианту осуществления изобретения; фиг. 11 - поперечное сечение по оси фитинга, показанного на фиг. 10; фиг. 12 - увеличенный вид показанного на фиг. 10 уплотнения. Лучший способ осуществления изобретения На фиг. 1-6 показан фитинг, предназначенный для снижения трения на бурильной колонне. Фитинг содержит тело, образованное из двух частей 1 и 2, которые можно скреплять вместе с помощью болтов, проходящих сквозь отверстия 3. Для снижения трения в продольном направлении на бурильной колонне вокруг внешней стороны фитинга расположены ролики 4. Высверленное отверстие 5 в теле является многоугольным для образования продольных выемок 6 между телом 1 и втулкой 7. Бурильную колонну обычно куют из стали с высоким сопротивлением разрыву. Наружная поверхность обычно бывает шероховатой. Предпочтительный способ крепления соответствующего изобретению фитинга к бурильной колонне заключается в следующем. Сначала секцию бурильной колонны подвергают механической обработке таким образом, чтобы иметь относительно гладкую наружную поверхность. Затем две половины 7 а и 7b показанной на фиг. 3 втулки крепят к бурильной колонне с помощью болтов и т.д., проходящих сквозь отверстия зажимных колец 8 а, 8b, 9 а и 9b. После прикрепления втулки к секции колонны, две половины 1 и 2 фитинга крепят вокруг половин 7 а и 7b втулки и скрепляют болтами, проходящими сквозь отверстия 3. Зажимные кольца 8 и 9 ограничивают перемещение фитинга в продольном направлении. Однако фитинг свободен для вращения вокруг втулки 7. Трение, обусловленное вращением бурильной колонны, соответственно уменьшается с помощью смазывания текучей средой,находящейся в выемках 6 между частями 1 и 2 тела и втулкой 7. Трение в осевом направлении снижается благодаря роликам 4, которые минимизируют трение между стенкой буровой скважины и фитингом в продольном направлении. Возможно крепить фитинг непосредственно вокруг секции колонны. Однако это не может снизить трение до такой же степени, как при обеспечении гладкой втулки 7. При изготовле 000513 4 нии новой секции колонны, конечно, ее можно снабдить гладким участком, имеющим для приема фитинга раздельные зажимные кольца 8 и 9, выполненные за одно целое на каждом его конце. Хотя внутреннее высверленное отверстие 5 фитинга описывается как многоугольное,должно быть понятно, что можно использовать другие формы внутреннего высверленного отверстия (например синусоидальную), если для минимизации трения выполнены подходящие выемки между втулками и телом фитинга. В некоторых применениях высверленное отверстие 5 фитинга может быть винтообразным для доведения до минимума действия передач от одной выемки к другой и для способствования протеканию текучей среды через фитинг. На каждом конце фитинга предпочтительно разместить средство фильтрации, типа проволочной сетки для предотвращения попадания в выемки больших обломков породы. При рассмотрении фиг. 5 можно увидеть,что каждый ролик 4 прикреплен к телу 1 штифтом 10, проходящим сквозь ролик 4. Штифт 10 может проходить через отверстие 12 в теле 1 в выемку 11. Затем отверстие 12 можно закрыть с помощью сварки для предотвращения изъятия штифта 10. Ролик 4 можно выполнить предпочтительно из керамического или найлонового материала. Керамические материалы имеют преимущество, заключающееся в том, что они демонстрируют превосходную износоустойчивость и имеют низкий коэффициент трения. Разработанная недавно керамика имеет приемлемые свойства "пластичности" и легко формуется. Керамика также является очень стабильной при высоких температурах и самосмазывающейся,так что не нуждается в смазке, основанной на масле. Керамические материалы не чувствительны к реологическому разрушению, а также сварке. Однако одним из основных преимуществ является то, что плотность керамических материалов такова, что если ролик ломается, его куски под действием циркуляции могут выбрасываться из отверстия буровой скважины, в отличие от стальных фрагментов, которые опускаются к основанию буровой скважины и мешают бурению. Как показано на фиг. 6, между зажимными кольцами 8 а, 8b и 9 а, 9b и между роликами 4 можно расположить защитную секцию 13 для образования гладкого внешнего профиля, так что части фитинга не цепляются, когда фитинг перемещается в буровой скважине вверх и вниз. Определили, что использование фитингов,как было описано выше, вокруг соединений бурильных колонн, снижает трение при продольном перемещении, по меньшей мере, на 30%. Это позволяет бурить скважины с большими смещениями и под большими углами. Кроме того, дорогостоящая бурильная колонна защи 5 щена, а фитинг подвергается большинству видов износа. Фитинг сконструирован для легкого реконструирования существующей колонны, и,таким образом, исключает необходимость больших затрат на новые колонны бурильных труб. На фиг. 7-9 показан второй вариант осуществления изобретения. Цель вновь заключается в снижении продольного и вращательного трения в колонне бурильных труб или фитингах,используемых вместе с ними. Описывается простая конструкция из одной части, хотя должно быть понятно, что можно использовать описанное выше тело, состоящее из двух частей. Тело 20 снабжено множеством вращающихся роликовых средств 21, показанных более подробно на фиг. 8. Роликовое средство 21 по существу выполнено в форме диска и имеет цилиндрическую выемку 22, расположенную в его центре. Штифт 23 тела 20 зацепляется в выемке 22 так, что роликовое средство 21 вращается вокруг штифта 23. Кольцевой фланец 24 закрепляют после установки роликового средства 21,и он удерживает это средство на месте при использовании. Кольцевой фланец 24 можно жестко закреплять на месте с помощью сварки и т.д. Вращающиеся ролики 25 крепят смещенными от штифта 23 таким образом, что роликовое средство 21 может вращаться, когда оно подвергается воздействию различных типов сил трения (т.е. продольной или вращательной). Из приведенного выше описания понятно,что когда тело 20 испытывает чистое вращение относительно стенки буровой скважины, ролики 25 не могут вращаться (в показанном на фиг. 7 положении) и вызывают поворот роликового средства 21 на 90 таким образом, что ось вращения роликов устанавливается на одной линии с осью вращения буровой установки. В таком положении ролики могут свободно вращаться,сводя к минимуму трение. Когда бурильная колонна движется просто в продольном направлении, ролики остаются в положении, показанном на фиг. 7, так что они могут свободно вращаться для снижения продольного трения. Должно быть понятно, что когда происходит объединение вращательного и осевого перемещения, ось вращения роликов находится в некоторой точке между двумя описанными выше положениями. На фиг. 10-12 показан третий вариант осуществления изобретения. Соответствующий третьему варианту осуществления изобретения фитинг содержит внутреннюю секцию 30 и наружную секцию 31, которая может вращаться вокруг внутренней секции 30. Внутренняя секция 30 приспособлена для крепления бурильной колонны, которая проходит сквозь высверленное отверстие 32. Внутренняя секция 30 может быть конструкцией, состоящей из двух частей(подобно показанной на фиг. 3), где две части скрепляются вместе болтами или аналогичным средством крепления. Наружная секция 31 мо 000513 6 жет иметь аналогичную конструкцию, состоящую из двух частей, и крепиться вокруг внутренней секции 30. Наружная секция 31 снабжена множеством ребер 33, выступающих в радиальном направлении от тела 34. На фиг. 11 показано поперечное сечение вдоль оси фитинга, изображенного на фиг. 10. В этом случае фитинг крепится к бурильной колонне 35. Между поверхностями 42-47 расположен слой 36 снижающего трение материала для снижения трения, когда наружная секция 31 поворачивается вокруг внутренней секции 30. Слой 36 выполняют предпочтительно из пластмассового материала типа найлона (например цитель 70633L). На каждом конце подшипника размещены уплотнения 37 и 38, образованные с помощью взаимно сцепляющихся поверхностей 42-47 внутренней секции 30 и наружной секции 31 и снижающего трение слоя 36. Эти уплотнения служат для предотвращения доступа текучей среды из буровой скважины в подшипник. Это сильно снижает трение на поверхностях подшипника, таким образом уменьшая износ и понижая вращающий момент, необходимый для приведения в действие бурильной колонны. Из-за уплотняющей природы подшипника используется средство 39 выравнивания давления, предназначенное для выравнивания давления внутри подшипника при изменении внешнего давления. Средство выравнивания давления содержит мембрану 40, содержащую консистентную смазку в области 41, которая проходит в подшипник и из него при изменении внешнего давления. Это предотвращает прохождение внешней текучей среды в подшипник при повышении внешнего давления. Цапфы 42 и 43 подшипника предпочтительно точно притерты. Если требуется, могут быть использованы опорные цапфы. Секции 44 и 45 и 46 и 47 подшипника минимизируют трение, когда наружная секция 31 форсируется в осевом направлении относительно внутренней секции 30. На фиг. 12 подробно показано уплотнение 37. Как видно, уплотнение включает упругое уплотнение 48, размещенное внутри выемки 49 в наружной секции 31. Уплотнение 48 предпочтительно выполняют из армированного волокном политетрафторэтилена (PTFE). На фиг. 10 и 11 профиль ребер 33 показан полукруглым. Должно быть ясно, что можно применять другие профили, снижающие трение при продольном перемещении в осевом направлении. Показанный изогнутый профиль является предпочтительным из-за снижения его трения при продольном перемещении в обоих направлениях. Следует понимать, что на ребрах 31 можно разместить ролики для снижения осевого трения. Ребра предпочтительно покрывают керамическим покрытием типа CERAM-KOTE. 7 Опорные поверхности 42-47 предпочтительно покрывают твердым материалом типаTechnoqenia "technopoudre" или ему подобного. В опорных поверхностях 42 и 43 предпочтительно выполнены каналы для облегчения протекания смазки. Эти каналы имеют предпочтительно полукруглый профиль и предпочтительно винтообразные вдоль длины цапф (аналогично показанным на фиг. 2 выемкам). Этот фитинг можно монтировать непосредственно на бурильной колонне при изготовлении или можно реконструировать для существующей бурильной колонны. В качестве альтернативы фитинг можно разместить на его собственной отдельной "втулке" или оправке, и в этом случае "втулка" или оправка может быть ввинчена в бурильную колонну между двумя секциями бурильной колонны. Таким образом видно, что изобретение создает ряд простых недорогостоящих фитингов, предназначенных для снижения трения между бурильной колонной и стенкой буровой скважины. Фитинги можно использовать для защиты соединений бурильных колонн или инструментов фитинга, если требуется. Изобретение снижает трение и, таким образом, вращающий момент для бурения буровой скважины. Снижение трения также снижает вибрацию бурильной колонны и, таким образом, усталость в бурильной колонне. Кроме того, изобретение минимизирует загрязнение окружающей среды благодаря использованию смазывания посредством бурового раствора на водной основе. Там, где в вышеприведенном описании ссылка делалась на нечто целое или компоненты, имеющие известные эквиваленты, такие эквиваленты включены здесь, словно отдельно установленные. Хотя данное изобретение описано в качестве примера и со ссылкой на возможные его варианты осуществления, следует понимать, что можно делать его усовершенствования и модификации, не выходя при этом за рамки объема притязаний изобретения, определенные в формуле изобретения. Промышленное использование Настоящее изобретение может найти практическое применение при снижении трения,испытываемого бурильными колоннами. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Фитинг для снижения трения между фитингом и секцией бурильной колонны или дополнительным фитингом на бурильной колонне,содержащий тело, имеющее трубчатое высверленное отверстие, образующее множество проходящих в продольном направлении выемок,разнесенных по окружности вокруг высверленного отверстия, с такими размерами, чтобы смазывать поверхность раздела между фитингом и бурильной колонной или дополнительным фи 000513 8 тингом текучей средой в буровой скважине, при этом для снижения трения в осевом направлении по периферии тела расположены ролики. 2. Фитинг по п.1, в котором высверленное отверстие фитинга имеет многоугольное поперечное сечение. 3. Фитинг по п.1 или 2, в котором выемки являются спиральными вдоль длины высверленного отверстия. 4. Фитинг по любому из пп.1-3, в котором ролики размещены группами вокруг периферии. 5. Фитинг по п.4, в котором каждая группа роликов включает защитный монтажный узел,который оставляет открытым только часть каждого ролика. 6. Фитинг по любому из предыдущих пп.15, в котором фитинг представляет конструкцию,состоящую из двух частей, приспособленных для крепления вокруг бурильной колонны. 7. Фитинг по любому из предыдущих пп.16, в котором на каждом конце фитинга расположено фильтрующее средство для предотвращения попадания мусора в продольные выемки. 8. Фитинг по любому из предыдущих пп.17 вместе с втулкой, имеющей зажимные кольца на каждом конце, приспособленные для крепления к секции бурильной колонны с фитингом,закрепленным вокруг нее между зажимными кольцами. 9. Фитинг по п.1, имеющий высверленное отверстие по существу круглого поперечного сечения вместе с втулкой, предназначенной для крепления к секции бурильной колонны, в котором втулка имеет по существу многоугольное поперечное сечение. 10. Фитинг для сцепления с бурильной колонной или дополнительным фитингом, имеющий тело с высверленным сквозь него отверстием, снабженное множеством роликовых средств на внешней части тела, каждое из которых имеет один или более роликов, расположенных на нем и способных вращаться относительно тела вокруг оси, поперечной оси высверленного отверстия, причем роликовое средство выполнено с возможностью вращения относительно тела для уменьшения вращательного и осевого трения. 11. Фитинг по п.10, в котором ролики расположены вне поперечной оси так, чтобы вращать роликовое средство, сохраняя ось роликов,по существу поперечной направлению движения. 12. Фитинг по п.11, в котором на каждом роликовом средстве расположено множество роликов. 13. Фитинг по любому из пп.10-12, в котором роликовое средство содержит по существу дискообразный элемент, расположенный внутри соответствующей выемки в теле. 14. Фитинг по п.13, в котором дискообразный элемент имеет центральное высверленное 9 отверстие, в котором размещен штифт, выступающий наружу из тела. 15. Фитинг по п.13 или 14, в котором вокруг периферийного края каждого роликового средства прикреплена пластина для удержания его внутри его выемки. 16. Фитинг по любому из пп.10-15, в котором ролики выполнены из найлона или керамического материала. 17. Фитинг по любому из пп.10-16, в котором ролики имеют по существу пирамидальную форму и вращаются вокруг оси, поперечной оси вращения роликового средства. 18. Фитинг по любому из пп.10-17, в котором тело представляет собой конструкцию, состоящую из двух частей для его крепления вокруг секции бурильной колонны. 19. Фитинг для сцепления с бурильной колонной или дополнительным фитингом, содержащий внутреннюю секцию для крепления к бурильной колонне или дополнительному фитингу, наружную секцию для крепления вокруг внутренней секции и способную вращаться относительно нее, подшипник, расположенный между внутренней секцией и наружной секцией,уплотнения, размещенные на каждом конце фитинга между внутренней секцией и наружной секцией, и средство выравнивания давления для поддержания давления внутри подшипника по существу таким же, как внешнее давление. 20. Фитинг по п.19, в котором подшипник содержит слой снижающего трение материала. 10 21. Фитинг по п.20, в котором слой снижающего трение материала выполнен из пластмассового материала. 22. Фитинг по п.21, а котором пластическим материалом является найлон. 23. Фитинг по любому из пп.19-22, в котором средство выравнивания давления является мембраной, расположенной между подшипником и внешней частью фитинга. 24. Фитинг по п.23, в котором подшипник заполнен смазочной жидкостью. 25. Фитинг по любому из пп.19-24, в котором подшипник содержит первые несущие поверхности цапфы на внутренней и наружной секциях в осевом направлении фитинга и вторую и третью несущие поверхности цапфы на внутренней и наружной секциях, выступающие радиально наружу для ограничения перемещения наружной секции относительно внутренней секции в осевом направлении. 26. Фитинг по любому из пп.19-25, в котором множество ребер выступают радиально из наружной секции, которые профилированы для снижения сопротивления среды в осевом направлении. 27. Фитинг по п.26, в котором ребра имеют закругленный профиль. 28. Фитинг по любому из пп.19-27, в котором ролики размещены на периферии наружной секции для снижения трения в осевом направлении. 29. Фитинг по любому из предыдущих пп.1-28, выполненный с возможностью его восстановления или ремонта.