Спосіб і пристрій для контролю різі трубчастого з’єднання, використовуваного в нафтовидобувній промисловості

Реферат: Винахід належить до пристрою (9) для контролю ширини западин (3; 4) витків різі трубчастого компонента для розвідки або експлуатації вуглеводневих свердловин, який містить два плеча (91, 92), кожне з яких забезпечене першим (912, 922) і другим (910, 920) кінцем, при цьому перші кінці (912, 922) з'єднуються разом за допомогою деформівної частини (95), що дозволяє кутове зміщення (e) між другими кінцями (910, 920), при цьому кожний із других кінців (910, 920) несе заплечик (93, 94) і контактний елемент (930, 940), і контрольний пристрій також містить засіб (90) для визначення кутового зміщення (e). Винахід також належить до способу контролю зазначеної різі. UA 110490 C2 (12) UA 110490 C2 UA 110490 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [0001] Цей винахід стосується пристрою для контролю ширини западин витків різі, створених близько до одного з кінців трубчастого компонента, використовуваного при розвідці або експлуатації вуглеводневих свердловин. Винахід також стосується способу для контролю такої різі. [0002] Узгодженість різі трубчастих компонентів, використовуваних при розвідці або експлуатації вуглеводневих свердловин, можна перевірити. Через навантаження, прикладені під час роботи (або під час бурильних операцій, або під час експлуатації). бажано, щоб нарізні області зазнали машинної обробки у відповідності до специфікації й витримувалися допуски. [0003] Відомий ряд контрольних пристроїв. [0004] Наприклад, документ ЕР 1 837 620 описує кільцевий вимірювальний прилад для контролю, при точному розташуванні, геометрії конічної багатозахідної різі, що містить зуби або витки різі з V-подібним профілем або зрізаним V-подібним профілем. Вимірювальний прилад фіксується шляхом його нагвинчування на конічну різь, поки діаметр кільцевого вимірювального приладу не стає менше, ніж діаметр різі. Такий вид пристрою надає інформацію тільки для дуже обмеженої частини нарізної області. [0005] Документ US-1 792 936 описує вимірювальний прилад, що містить кільцеву частину та плече, щоб "імітувати" операцію згвинчування на різь з постійним кроком. Ця контрольна операція є досить витратною за часом, оскільки її нелегко здійснювати. Плече та вимірювальний прилад повинні бути розміщені на різі, а потім необхідно імітувати згвинчування. [0006] Документ FR 954 265 описує плоский вимірювальний прилад, що містить кілька витків різі з V-подібним профілем, кожний з яких проходить у поздовжньому напрямку, набір поздовжніх напрямків є пересічним, так що їх ширина змінюється відповідно до напрямків. Цей пристрій не може давати точні величини відносно розміру западин і вершин витків різі. [0007] Документ FR 2 938 055 описує вимірювальний прилад, що містить щонайменше два витки різі для контролю самоблокувальної різі. Ідея полягає в перевірці блокувального положення вимірювального приладу, яке дозволяє підтверджувати той факт, що розмірності нарізних областей є вірними в цьому положенні. Проте, вимірювальний прилад становить інтерес тільки для різі самоблокувального типу. [0008] У цілому, відомі пристрої не є багатобічними у використанні. Ці вимірювальні прилади можуть використовуватися тільки для контролю одного конкретного типу різі в одному конкретному положенні. Одержуване вимірювання не завжди дуже точне. [0009] Заявник прагнув розробити контрольний пристрій, що дозволяє одержувати більш певні, точні вимірювання, які можна було б використовувати для різних профілів різі. [0010] Більш конкретно, винахід надає пристрій для контролю ширини западин витків різі трубчастого компонента для розвідки або експлуатації вуглеводневих свердловин, що містить два плеча, кожне з яких забезпечене першим і другим кінцем, при цьому перші кінці з’єднуються разом за допомоги деформівної частини, що робить можливим кутове зміщення між другими кінцями, при цьому кожний із других кінців несе контактний елемент, і контрольний пристрій також містить засіб для визначення кутового зміщення. [0011] Факультативні ознаки, які є доповнюючими або заміщуючими, будуть визначені нижче. [0012] Одне з плечей може також містити датчик для встановлення відносного положення плечей відносно один одного. [0013] Контактні елементи можуть із можливістю зняття встановлюватися на рухомі кінці. [0014] Кожний з рухомих кінців може містити встановлювану й змінну пластину, яка несе контактні елементи. [0015] Кожний з контактних елементів може мати значною мірою сферичну форму. [0016] Кожний з контактних елементів може мати значною мірою циліндричну форму. [0017] Осі циліндричних контактних елементів можуть бути паралельними. [0018] Циліндричні контактні елементи можуть перебувати значною мірою на одній лінії. [0019] Грані, протилежні граням циліндричних контактних елементів, які звернені одна до одної, можуть бути опуклими. [0020] Кожний з рухомих кінців може містити заплечик. [0021] Плечі й деформівна частина можуть утворювати одну частину, товщина деформівної частини менша, ніж товщина плечей, щоб дозволяти кутове зміщення між рухомими кінцями плечей. [0022] Винахід належить до способу для контролю різі трубчастого компонента для розвідки або експлуатації вуглеводневих свердловин, у якому: • контрольний пристрій відповідно до винаходу розташовують так, що один з контактних елементів пристрою перебуває в контакті з робочою стороною різі, тоді як інший контактний 1 UA 110490 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 елемент перебуває в контакті з ударною стороною різі, при цьому два контактні елементи перебувають в одній западині витків різі; • вимірюють кутове зміщення е; • кутове зміщення е, виміряне раніше, порівнюють із еталонною величиною е-ref. [0023] У першому варіанті при розміщенні контрольного пристрою щонайменше один із двох контактних елементів перебуває в контакті із западиною витків різі. [0024] У другому варіанті при розміщенні контрольного пристрою щонайменше один із заплечиків опирається на вершину витків різі. [0025] Контакт між елементами в контакті та сторонами може здійснюватися на серединній висоті сторін різі. [0026] Інші переваги й ознаки винаходи будуть ясні з наступного докладного опису прикладів, які жодним чином не є обмежуючими, і із супутніх графічних матеріалів, які можуть не тільки служити для забезпечення кращого розуміння винаходу, але також роблять внесок у визначення, якщо доречно. [0027] Фіг. 1 являє собою вигляд у розрізі з'єднання, отриманного зі згвинчування двох нарізних трубчастих компонентів. [0028] Фіг. 2 являє собою частину вигляду в розрізі різі трубчастого компонента. [0029] Фіг. 3 являє собою вигляд у перспективі одного варіанта реалізації винаходу. [0030] Фіг. 4, 5, 6а, 6b і 7 відповідно являють собою докладний вигляд варіантів здійснення винаходу. [0031] Фіг. 1 являє собою нарізне з'єднання між двома значною мірою трубчастими компонентами, призначеними для з'єднання разом за допомогою різі й призначеними для встановлення в робочу колону вуглеводневої свердловини. З'єднання, як звичайно, містить компонент, забезпечений охоплюваним кінцем 1, і компонент, забезпечений охоплюючим кінцем 2, при цьому охоплюваний кінець 1 може з'єднуватися з охоплюючим кінцем 2. У з'єднанні такого типу кінець 1 містить першу та другу ущільнювальні поверхні, які можуть відповідно взаємодіяти затягуванням з першою і відповідною другою ущільнювальними поверхнями охоплюючого кінця 2, щоб утворювати першу, 5, і другу, 6, ущільнювальну область. Кінець 1 також містить охоплювану нарізну область 3, яка може вгвинчуватися у відповідну нарізну область 4 охоплюючого кінця 2, при цьому різьбові області забезпечуються між двома ущільнювальними областями 5 і 6. Кожний кінець 1 і 2 закінчується на відповідних віддалених від центру поверхнях 7 і 8. [0032] Фіг. 2 є докладним зображенням нарізних областей 3 самоблокувальної охоплюваної різі. Доповнююча охоплююча різь на графічних матеріалах не показується. Термін "самоблокувальна" різь означає різь, що має ознаки, визначеними нижче. Охоплювані витки різі, як охоплюючі витки різі, мають постійний крок. Їхня ширина зменшується в напрямку їх відповідних віддалених від центру поверхонь 7, 8, так що при згвинчуванні охоплювані й охоплюючі витки різі в результаті блокуються одні в одних у наперед визначеному положенні. [0033] Більш конкретно, крок робочих сторін охоплюючої різі є постійним, як і крок ударних сторін охоплюючої різі. Крок робочих сторони більший, ніж крок ударних сторін. [0034] Крок ударних сторін 31 охоплюваної різі 3 є постійним, як і крок робочих сторін 30 охоплюваної різі. Крок ударних сторін 31 менший, ніж крок робочих сторін 30. [0035] Контакт в основному здійснюється між охоплюваними й охоплюючими, робочими сторонами 30, як і з охоплюваними й охоплюючими ударними сторонами 31. У цілому, зміщення забезпечується між вершинами охоплюваних витків різі й западинами охоплюючих витків різі, тоді як западини охоплюваних витків різі й вершини охоплюючих витків різі перебувають у контакті. Зазор означає, що мастило може відводитися під час згвинчування, усуваючи будьякий ризик надлишкового тиску через мастило. [0036] Різь має крок LFPp постійної ширини між робочими сторонами й крок постійної ширини SFPp між ударними сторонами, а також ширину, що збільшується, западин витків різі від величини WIDTHmin до величини WIDTHmax у напрямку віддаленої від центру поверхні 7 трубчастого компонента. [0037] Переважно охоплювані й охоплюючі витки різі мають профіль типу ластівчиного хвоста, так що вони міцно входять один в одного після згвинчування. Ця додаткова гарантія звільняє від ризиків розчіплювання (також відомого як вихід із зачеплення), яке відповідає розділенню охоплюваних й охоплюючих витків різі, коли з'єднання зазнає сильному вигину, розтягуючим або стискаючим навантаженням. Переважно різі 1 і 2 мають конічний профіль, що обмежується твірною з нахилом 100, щоб прискорювати вхід охоплюваного елемента в зачеплення в охоплюючий елемент. 2 UA 110490 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 [0038] Загалом ця похила твірна утворює кут з віссю 10 у діапазоні від 1,5 до 5 градусів. Похила твірна в цьому випадку визначається як така, що проходить через центр робочих сторін. [0039] Фіг. 3 являє собою зображення контрольного пристрою 9, який пристосовано до різі 3. Контрольний пристрій 9 містить два плеча 91, 92. Плече 91 забезпечене першим, 912, і другим, 910, кінцем, тоді як плече 92 забезпечене першим, 922, і другим, 920, кінцем. Перші кінці 912, 922 називаються "нерухомими", оскільки вони з'єднані разом за допомогою деформівної частини 95. Деформівна частина 95 може використовуватися, щоб створювати кутове зміщення "е" внаслідок повороту других кінців 910, 920 плечей, які називаються рухомими кінцями. Інакше кажучи, другі кінці 910, 920, що називаються рухомими кінцями, можуть взаємно розходитися або зближатися уздовж траєкторії дуги окружності, яка залишається в тій же площині. Кожний із других кінців 910, 920, що називаються рухомими, несе контактний елемент 930, 940. Контрольний пристрій також містить засіб 90 для визначення кутового зміщення е. [0040] Переважно засіб 90 для визначення кутового зміщення е містить пристрій, що утворює датчик. Цей пристрій може встановлюватися на кожному з плечей. Наприклад, можна використовувати мініатюрний індуктивний датчик контактного типу, який відповідає розміру пристрою 9, або безконтактний датчик, наприклад, такий як ємнісний датчик, або вихрострумовий датчик, або датчик, що використовує оптичну технологію (лазерний, співфокусний). Ці датчики призначені для вимірювання відстані між контактними елементами 930, 940. Максимальний діапазон вимірювання, таким чином, дорівнює зміщенню е. Датчик вибирається відповідно до критеріїв точності, габаритів, діапазону вимірювання й стабільності при робочих і зовнішніх умовах. Необхідний критерій точності відповідає порядку величини 0,01 % діапазону вимірювання. [0041] Переважно плечі 91, 92 і деформівна частина 95 утворені як одна деталь. Деформівна частина 95 є гнучкої, щоб завдяки своїй гнучкості уможливлювати кутове зміщення е між рухомими кінцями 910, 920плечей. Це досягається шляхом використання відповідного матеріалу й розмірів. У цьому випадку плечі й деформівна частина утворюються зі сталі з меншою товщиною для деформівної частини, ніж для плечей. [0042] Переважно деформівна частина 95 є не тільки гнучкою але й пружною, так що плечі перебувають у початковому положенні, коли не рухаються, тобто коли контрольний пристрій не використовується. [0043] Можуть бути передбачені інші реалізації, наприклад шляхом з'єднання нерухомих кінців плечей з використанням гвинтів і шляхом розташування пружини між ними, щоб підтримувати плечі в початковому положенні. [0044] Розміри пристрою у випадку, коли деформівна частина й плечі утворюють одну сталеву деталь, як функція висоти різі, h, і ширини западин витків різі, WIDTH, можуть бути наступними: • діаметр контактних елементів перебуває в діапазоні від 0,5 h до 1,2 h; • зміщення у стані спокою перебуває в діапазоні від 0,1 WIDTH до 0,6 WIDTH; • довжина контактних елементів перебуває в діапазоні від 1 мм до 2 h; • відношення товщини плечей більше 2; ця різниця в товщині головним чином дозволяє обмежувати рух до одного плеча. Таким чином, плече, яке залишається нерухомим, діє як еталон і легше вимірювати зміщення е іншого, рухомого, плеча; • товщина деформівної частини перебуває в діапазоні від 0,005 до 0,5 товщини найтоншого плеча; скорочення товщини деформівної частини щодо товщини плечей і, зокрема, щодо товщини найтоншого плеча забезпечує деформівну частину бажаною гнучкістю, щоб створювати зміщення е плечей відносно один одного. [0045] Переважно, контактні елементи 930, 940 з можливістю зняття встановлюються на рухомі кінці 910, 920. Це означає, що, якщо потрібно, необхідно міняти тільки кінці (зношування, поломка, і тощо). [0046] Переважно, кожний рухомий кінець 910, 920 містить установлювану й змінну пластину, яка несе один з контактних елементів 930, 940. Це дозволяє швидко міняти контактний елемент. Пластини встановлюються, потім закріплюються на відповідних плечах за допомогою гвинта 911, 921. [0047] У першому варіанті здійснення і як можна бачити на фіг. 4 і 5, кожний контактний елемент 930, 940 має значною мірою сферичну форму. Контактні елементи 930, 940 відповідно мають радіус R1 і R2. Ця конфігурація означає, що контакт є точковим контактом між контактним елементом і стороною різі. Аналогічно, у випадку, коли контрольний пристрій упирається в 3 UA 110490 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 западини витків різі, контакт між контактним елементом і западинами витків різі також є точковим контактом. [0048] У другому варіанті здійснення кожний контактний елемент 930, 940 має форму значною мірою циліндричної частини. [0049] У першому варіанті і як можна побачити на фіг. 7, циліндричні контактні елементи паралельні. Ця конфігурація дозволяє контакту між контактним елементом і стороною різі бути лінійним. Аналогічно, у випадку, коли контрольний пристрій упирається на западини витків різі, контакт між контактним елементом і западинами витків різі також є лінійним. [0050] У другому варіанті і як можна побачити на фіг. 6а, осі циліндричних контактних елементів значною мірою збігаються. Інакше кажучи, контактні елементи розташовуються на одній лінії. Ця конфігурація дозволяє - у випадку, коли сторони різі перпендикулярні осі циліндричних контактних елементів - одержувати по суті подібний поверхні контакт між контактним елементом і стороною різі. Крім того, у випадку, коли контрольний пристрій упирається на западини витків різі, контакт між контактним елементом і западинами витків різі є лінійним. [0051] У випадку, коли сторони різі, що підлягає контролю, нахилені (це справедливо для багатьох різей, таких як різі з V-подібним профілем, зрізаним V-подібним профілем, трапецеїдальним профілем, профілем типу ластівчиного хвоста й тощо), переважно, щоб грані, протилежні граням циліндричних контактних елементів, які звернені одна до одної, були опуклими. Звертаючись до фіг. 6b, можна побачити, що контакт між контактним елементом і сторонами забезпечується, і це - точковий контакт. [0052] Відповідно до одного варіанту здійснення і як можна побачити на фіг. 3-7, кожний рухомий кінець 910, 920 містить заплечик 93, 94. Це дозволяє заплечикам, і, отже, контрольному пристрою, приводитися в упор на вершини витків різі. [0053] Заявник розробив контрольний пристрій, щоб вимірювати ширину западин витків різі. Це вимірювання є основою способу, що включає наступні етапи, на яких: • спочатку контрольний пристрій розташовують так, що один з контактних елементів 930 перебуває в контакті з робочою стороною різі, тоді як інший контактний елемент 940 перебуває в контакті з ударною стороною 31, при цьому два контактні елементи перебувають в одній западині 33 витків різі; • потім вимірюють кутове зміщення е; • потім величину кутового зміщення е, виміряного раніше, порівнюють із еталонною величиною e-ref. Величина зміщення е пов'язана із шириною WIDTH западини витків різі. Фактично, починаючи з кутового зміщення між плечами й з розмірів контрольного пристрою, можна обчислити відстань між контактними елементами 930, 940, і, таким чином, ширину WIDTH западини витків різі. Таким чином, еталонна величина e-ref пов'язана з еталонною величиною WIDTHref для западини витків різі. Еталонна величина WIDTHref в основному вказується в технологічних інструкціях. [0054] У випадку, коли кожний рухомий кінець 910, 920 містить заплечик 93, 94, залежно від розмірів контактних елементів, зазначені заплечики можуть опиратися відповідно на дві послідовні вершини 32 витків різі, які обрамляють западину 33 витків різі, при цьому перша й друга вершини 32 витків різі визначають западину 33 витків різі. [0055] Якщо ні, два контактні елементи приводяться в контакт із западиною 33 витків різі. [0056] Як правило, контакт між контактними елементами та сторонами 30, 31 здійснюється на серединній висоті h/2 сторін 30, 31, щоб визначати ширину западин витків різі на їхній серединній висоті. [0057] На закінчення, контрольний пристрій має перевагу, яка полягає у тому, що він є універсальним і може використовуватися для контролю різних профілів різі. [0058] Крім того, він має перевагу, яка полягає у тому, що він є вкрай універсальним у використанні, оскільки вимірювання можна здійснювати на різних частинах різі. [0059] Крім того, використання датчиків забезпечує надійність вимірювання. [0060] Крім того, на відміну від контрольних вимірювальних приладів з попереднього рівня техніки, цей пристрій не схильний до зношування, оскільки його використання включає дуже мало тертя. [0061] Використання сферичних або таких, що перебувають на одній лінії, циліндричних контактних елементів дозволяє контакту зі сторонами різі бути точковим контактом. Контрольний пристрій 9 може сполучатися зі спрямовувальним пристроєм, щоб розташовувати контактні елементи дуже точно. Аналогічно у випадку самоблокувальної різі, де ширина западин витків різі змінюється по всій довжині різі, вимірювання ширини западин витків різі може 4 UA 110490 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 здійснюватися на визначеній відстані від термінальної поверхні трубчастого компонента. Осьове положення для вимірювання, таким чином, береться до уваги зазначеним спрямовувальним пристроєм. [0062] Аналогічно, у самоблокувальних різях із профілем сторони типу ластівчиного хвоста, як це було з різями з V-подібним профілем, сторони витків різі не перпендикулярні осі обертання трубчастого компонента. Із цієї причини ширина западини витків різі змінюється залежно від того, чи проводиться вимірювання на западині витків різі, на серединній висоті западини витків різі або на вершині витків різі. Спрямовувальний пристрій також корисний, беручи до уваги радіальне положення для вимірювання, яке потрібно зробити. Використання паралельних циліндричних контактних елементів забезпечує квазілінійний контакт зі сторонами різі через кут спіралі різі. Використання спрямовувального пристрою рекомендується, щоб розташовувати контактні елементи контрольного пристрою як в осьовому, так і в радіальному напрямку. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пристрій (9) для контролю ширини западин (3; 4) витків різі трубчастого компонента для розвідки або експлуатації вуглеводневих свердловин, що містить два плеча (91, 92), кожне з яких забезпечене першим (912, 922) і другим (910, 920) кінцем, при цьому перші кінці (912, 922) з'єднані разом за допомогою деформівної частини (95), що дозволяє кутове зміщення (e) між другими кінцями (910, 920), при цьому кожний другий кінець (910, 920) несе заплечик (93, 94) і контактний елемент (930, 940), і контрольний пристрій додатково містить засіб (90) для визначення кутового зміщення (e). 2. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за п. 1, який відрізняється тим, що засіб (90) для визначення зміщення (e) містить датчик. 3. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що контактні елементи (930, 940) з можливістю зняття встановлені на рухомі кінці (910, 920). 4. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за п. 3, який відрізняється тим, що кожний рухомий кінець (910, 920) містить установлювану й змінну пластину, що несе контактні елементи (930, 940). 5. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кожний з контактних елементів (930, 940) виконаний сферичної форми. 6. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що кожний контактний елемент (930, 940) виконаний циліндричної форми. 7. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за п. 6, який відрізняється тим, що циліндричні контактні елементи паралельні. 8. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за п. 6, який відрізняється тим, що циліндричні контактні елементи розташовані на одній лінії. 9. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за п. 8, який відрізняється тим, що грані, протилежні граням циліндричних контактних елементів, які звернені одна до одної, є опуклими. 10. Пристрій (9) для контролю різі (3; 4) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що плечі (91, 92) і деформівна частина (95) утворюють одну частину, при цьому деформівна частина (95) має товщину, яка менша, ніж у плечей, для створення кутового зміщення (e) між рухомими кінцями (910, 920) плечей. 11. Спосіб контролю різі (3) трубчастого компонента для розвідки або експлуатації вуглеводневих свердловин, який відрізняється тим, що: контрольний пристрій за будь-яким із пп. 1-10 розташовують так, що один з контактних елементів (940) пристрою (9) перебуває в контакті з робочою стороною (30) різі (3), тоді як інший контактний елемент (930) перебуває в контакті з ударною стороною (31) різі (3), при цьому два контактні елементи розташовані в одній западині витків різі; вимірюють кутове зміщення (e); визначену ширину западини витків різі як функцію кутового зміщення (e), виміряного раніше, порівнюють із еталонною величиною e-ref. 12. Спосіб для контролю різі (3) за п. 11, який відрізняється тим, що при розташуванні контрольного пристрою (9) щонайменше один із двох контактних елементів також перебуває в контакті із западиною (33) витків різі. 13. Спосіб для контролю різі (3) зап. 11, який відрізняється тим, що при розташуванні контрольного пристрою (9) щонайменше один із заплечиків (93, 94) упирається відповідно в одну з вершин (32) витків різі. 5 UA 110490 C2 14. Спосіб для контролю різі (3) за будь-яким із пп. 11-13, який відрізняється тим, що контакт між контактними елементами й сторонами (30, 31) здійснюють на серединній висоті (h/2) сторін (30, 31). 6 UA 110490 C2 7 UA 110490 C2 8 UA 110490 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9