[go: up one dir, main page]

RU2776125C1 - Method for forming a monolithic drill string from casing pipes by orbital laser welding - Google Patents

Method for forming a monolithic drill string from casing pipes by orbital laser welding Download PDF

Info

Publication number
RU2776125C1
RU2776125C1 RU2021128659A RU2021128659A RU2776125C1 RU 2776125 C1 RU2776125 C1 RU 2776125C1 RU 2021128659 A RU2021128659 A RU 2021128659A RU 2021128659 A RU2021128659 A RU 2021128659A RU 2776125 C1 RU2776125 C1 RU 2776125C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
casing
casing pipe
pipe
girth
pipes
Prior art date
Application number
RU2021128659A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Петрович Быковский
Николай Витальевич Грезев
Николай Николаевич Евтихиев
Сергей Михайлович Копылов
Андрей Анатольевич Петухов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс")
Application granted granted Critical
Publication of RU2776125C1 publication Critical patent/RU2776125C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining industry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of drilling with laser-welded steel pipes, namely, to the formation of a drill string by laser welding of casing steel pipes during vertical or inclined drilling of a well during oil, gas or water production, as well as during the construction of bore piles. The drill string is formed from casing pipes with the possibility of attaching a drill bit at its lower end. The upper casing pipe is brought to the lower casing pipe from above freely suspended. The welding machine is pre-installed and fixed at the free end of the lower casing pipe. The welding machine is mounted on the casing pipe by means of a two-segment annular lower girth in such a way as to provide a coaxially mounted laser single-segment orbital module of the welding machine rotating non-contact with the casing pipe above this girth at least a complete revolution around the lower girth at a distance from the edge along the casing pipe, providing partial alignment on the edge of the filler wire and radially supplied laser beam in the area of beam tightening during welding. The upper casing pipe is lowered until it comes into contact with the end face of the lower one. The girth and fixation of the end of the upper casing pipe is carried out with a two-segment upper girth, coaxial with the lower one and rigidly attached to it with a steel power arc-shaped structure, which is located outside and outside the orbital module to prevent restriction of its rotation and ensure its alignment with the grips. The winding of the energy protective cable channel hanging sideways on the body of the power structure is carried out onto the drum of the mentioned module for at least one full turn and in this position laser welding is carried out with the formation of a solid weld in at least one pass. In the process of fully automatic reverse rotation of the orbital part of the welding machine, the cable channel is unwound from the drum. At the end of the process of forming a solid weld, at least in one pass, the casing pipes are freed from the girths of the welding machine, which is taken aside.
EFFECT: improvement of the quality and strength characteristics of a monolithic drill string, an increase in its reliability, drilling speed and depth, and service life is ensured.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области бурения стальными трубами, сваренными лазером, а именно к формированию буровой колонны лазерной сваркой обсадных стальных труб при вертикальной или наклонной проходке скважины при добыче нефти, газа или воды, а так же при строительстве буронабивных опор мостов, платформ и высотных строений.The invention relates to the field of drilling with laser-welded steel pipes, namely to the formation of a drill string by laser welding of casing steel pipes in vertical or inclined well drilling in the production of oil, gas or water, as well as in the construction of bored supports of bridges, platforms and high-rise buildings.

Уровень техникиState of the art

Почти сто лет как известен способ бурения на обсадной колонне: «Второе дыхание» технологии бурения на обсадной колонне - Бурение и Нефть - журнал про газ и нефть (bumeft.ru)(«Второе дыхание» технологии бурения на обсадной колонне THE SECOND WIND OF CASING WHILE DRILLING TECHNOLOGY). Первые идеи бурить на колонне из обсадных труб возникли еще в начале XX века. Так, в патенте от 1923 г. описывалось специальное извлекаемое долото и выделялось 17 преимуществ данной технологии. Обсадная труба имеет больший диаметр по сравнению с бурильными трубами. Благодаря этому постоянно происходит контакт со стенкой скважины. Появляется эффект механической кольматации - выбуренный шлам вдавливается обсадной трубой в стенки скважины, поры и трещины закупориваются, а в случае наличия поглощения оно уменьшается или совсем ликвидируется. Наличие набухающих и пластичных глин, текучих солей или обвальных пород, риск растепления зоны вечной мерзлоты - часто встречающиеся факторы при бурении под кондуктор или техническую колонну на многих месторождениях России. Они ведут к следующей проблеме - неустойчивости стенок скважины, которая приводит к продолжительным шаблонировкам и проработкам. Это сильно увеличивает срок строительства даже коротких секций. Но и после всех операций по подготовке ствола часто происходит авария - прихват, которая может вызвать потерю оборудования и необходимость перебура интервала. В таком случае бурение на колонне также является эффективным решением, так как обсадные трубы постоянно находятся в скважине. Обсаживание проблемных интервалов происходит сразу же в процессе бурения. Чаще всего в обсадных трубах используются стандартные резьбы ОТТМ или Buttress, которые рассчитаны на большие растягивающие нагрузки, но имеют низкие допустимые значения по моменту. Расширить данный лимит позволяют многомоментные разгрузочные кольца (MLT). Они обеспечивают соединение с упором металл-металл и увеличивают допустимый крутящий момент.For almost a hundred years, the method of drilling with casing string has been known: "Second wind" of drilling technology with casing string - Drilling and Oil - gas and oil magazine (bumeft.ru) WHILE DRILLING TECHNOLOGY). The first ideas to drill on a casing string arose at the beginning of the 20th century. So, in a patent from 1923, a special retrievable bit was described and 17 advantages of this technology were highlighted. The casing pipe has a larger diameter compared to drill pipes. Due to this, there is constant contact with the borehole wall. The effect of mechanical colmatation appears - drilled cuttings are pressed by the casing pipe into the walls of the well, pores and cracks are clogged, and in the case of absorption, it decreases or is completely eliminated. The presence of swelling and plastic clays, flowing salts or landslide rocks, the risk of permafrost zone thawing are common factors when drilling under a conductor or a technical casing in many fields in Russia. They lead to the next problem - the instability of the borehole walls, which leads to long-term gauges and workings. This greatly increases the construction time even of short sections. But even after all operations to prepare the hole, an accident often occurs - sticking, which can cause loss of equipment and the need to re-drill the interval. In this case, drilling on a string is also an effective solution, since the casing pipes are constantly in the well. Casing of problem intervals occurs immediately during the drilling process. Most often, standard OTTM or Buttress threads are used in casing pipes, which are designed for high tensile loads, but have low allowable torque values. To expand this limit, multi-moment unloading rings (MLT) allow. They provide a metal-to-metal stop connection and increase the allowable torque.

Однако наличие таких разгрузочных колец приводит к увеличению диаметра места резьбового соединения и это отрицательно сказывается на глубине проходки скважины и ее диаметре, кроме того, прочностные характеристики места резьбового соединения по допустимому крутящему моменту уступают сварному соединению, тем более лазерному и критичны к ударным нагрузкам, которые могут привести по меньшей мере к нарушению герметичности уплотнителя резьбы.However, the presence of such relief rings leads to an increase in the diameter of the threaded joint and this negatively affects the depth of penetration of the well and its diameter, in addition, the strength characteristics of the threaded joint in terms of permissible torque are inferior to the welded joint, all the more laser and are critical to shock loads, which can lead to at least a breach of the tightness of the thread seal.

Аналогичная проблема возникает и в строительстве буронабивных опор (https://asuneft.ru/oborudovanie/obsadnye-truby-dlya-neftyanyh-skvazhin-vidy-trub-obsadnaya-kolonna.html 23.10.2019. Обсадные трубы для нефтяных скважин: виды труб, обсадная колонна), где обсадные трубы получили широкое распространение. Работы выполняются методом бетонирования готового колодца. Диаметр такой конструкции может быть от 300 до 1500 мм. Наиболее популярными являются изделия с диаметром от 300 до 600 мм. Для монтажа буронабивных колонн используется стальная обсадная труба секционного типа. Нижняя секция такой колонны обладает специальным буровым элементом, который уходит в грунт при ударном бурении, что вызывает значительные осевые и поперечные нагрузки на колонну. Соединение такой конструкции происходит с помощью резьбы или раструбов со всеми их прочностными недостатками и отсутствием герметичности. Стальные трубы во многих случаях соединяются сваркой, но это достаточно трудоемкий метод.A similar problem arises in the construction of bored supports , casing), where casing pipes are widely used. The work is carried out by concreting the finished well. The diameter of this design can be from 300 to 1500 mm. The most popular are products with a diameter of 300 to 600 mm. For the installation of bored strings, a sectional type steel casing pipe is used. The lower section of such a column has a special drilling element that goes into the ground during percussive drilling, which causes significant axial and transverse loads on the column. The connection of this design occurs with the help of threads or sockets with all their strength shortcomings and lack of tightness. Steel pipes are in many cases connected by welding, but this is a rather laborious method.

Известна группа изобретений RU2630327C1, которая относится к способу соединения и разъединения труб для добычи битуминозной нефти и устройству для лазерной стыковой сварки и резки труб. Техническим результатом является повышение надежности колонны труб при закачке теплоносителя. Способ соединения и разъединения труб для добычи битуминозной нефти включает спуск труб в скважину с соединением лазерной сваркой и подъем труб с разъединением лазерной резкой за один оборот вокруг места соединения. При этом применяют трубы из низкоуглеродистой стали. Трубы оснащены по верхнему краю кольцевыми упорами, позволяющими при взаимодействии с устьевым оборудованием взаимодействовать лазерной сваркой и резкой так, чтобы луч лазера сварки или резки располагался в зоне стыка труб при вращении вокруг свариваемых или разрезаемых труб. При спуске в скважину первую стыкуемую трубу фиксируют устьевым оборудованием от осевого перемещения и поворота, ограничивая вылет из скважины ее кольцевым упором. Вторую трубу стыкуют торец в торец с первой трубой. После этого область стыка охватывают устройством лазерной сварки, ориентируясь на упор первой трубы, с возможностью вращения со скоростью, позволяющей качественно и герметично сварить стыкуемые трубы. При первом вращении устройства лазерной сварки производят контроль расположения стыка. При втором вращении сваривают лазером стык труб, после чего производят обследование качества сварного шва. Трубы спускают и вторую трубу фиксируют благодаря ее кольцевому упору в устьевом оборудовании. Процесс сварки труб повторяют до спуска всех свариваемых труб в скважину. При извлечении из скважины труб первую с края трубу извлекают, а вторую фиксируют устьевым оборудованием от осевого перемещения и поворота, ограничивая вылет из скважины ее кольцевым упором. После этого область стыка охватывают устройством лазерной резки, ориентируясь на упор второй трубы, с возможностью вращения со скоростью, позволяющей качественно разрезать стыкуемые трубы. При вращении устройства лазерной резки разрезают лазером трубы. Первую трубу отправляют на стеллажи для труб, а вторую извлекают из скважины. Фиксируют следующую трубу в устьевом оборудовании. Процесс резки труб повторяют до извлечения необходимого количества труб из скважины. Недостатком этой группы изобретений является сварка специально подготовленных труб с наличием упорных колец на внешней стороне трубы, что резко снижает область применения способа и делает невозможным сварку и резку стандартных обсадных труб без кольцевого упора. Также требуется два медленных обхода трубы, первый - для оцифровки и введения данных в вычислительную программу о границе кромок совмещенных труб для привязки сварочного процесса к периметру кромок по всей его длине, а второй - для самого процесса сварки, что замедляет процесс. Орбитальный механизм движется по всем неровностям трубы и вибрирует из-за приводных контактирующих с трубой роликов, что приводит к случайным скачкам и отрицательно сказывается на качестве сварки. Расположение обхватов вблизи кромок создает при сварке попадание брызг на ролики и засоряет их, а также не обеспечивает достаточного усилия для удержания контакта труб и может привести к их неконтролируемому смещению, возникнет недопустимый косой зазор при сварке и качество не будет достигнуто. Кроме того, для качественной лазерной сварки и резки обычно используют разные специализированные головки, здесь же делают одной и той же, что не может сказаться на качестве кромки после обрезания сварочной лазерной головкой, которую далее предлагают снова применить при повторной сварке, отрезанной таким образом трубы. Более того при такой обрезке предлагают отвести устройства 22 и 23 - это сопло с защитным газом для отсекания продуктов и брызг металла при сварке. Сопла не выдувают и не выжигают расплавленный металл из шва, а только сдувают продукты сварки в сторону для защиты оптики лазерной головки. А без сильной струи воздуха (кислорода), которая имелась бы в режущей лазерной головке, резка пучком лазера сварочной головкой малоэффективна и некачественная. На сварку и резку вертикальных расположенных нефтяных стальных труб и тем более обсадных труб, формирующих буровую колонну, действие изобретения не распространяют, и, со всей очевидностью, эта реализация невозможна ввиду перечисленных выше недостатков.A group of inventions RU2630327C1 is known, which relates to a method for connecting and disconnecting pipes for the production of bituminous oil and a device for laser butt welding and cutting of pipes. The technical result is to increase the reliability of the pipe string when pumping the coolant. The method for connecting and disconnecting pipes for bituminous oil production includes lowering pipes into a well with a laser welded connection and lifting pipes with laser cutting disconnection in one revolution around the junction. In this case, pipes made of low-carbon steel are used. The pipes are equipped with annular stops along the upper edge, which, when interacting with the wellhead equipment, allow interaction with laser welding and cutting so that the welding or cutting laser beam is located in the pipe joint zone when rotating around the pipes being welded or cut. When lowering into the well, the first pipe to be joined is fixed by the wellhead equipment from axial movement and rotation, limiting the departure from the well with its annular stop. The second pipe is joined end to end with the first pipe. After that, the joint area is covered with a laser welding device, focusing on the stop of the first pipe, with the possibility of rotation at a speed that allows the joined pipes to be welded qualitatively and hermetically. During the first rotation of the laser welding device, the location of the joint is controlled. At the second rotation, the pipe joint is welded with a laser, after which the quality of the weld is examined. Pipes are lowered and the second pipe is fixed due to its annular stop in the wellhead equipment. The pipe welding process is repeated until all pipes to be welded are lowered into the well. When extracting pipes from the well, the first pipe is removed from the edge, and the second is fixed by the wellhead equipment from axial movement and rotation, limiting the departure from the well with its annular stop. After that, the joint area is covered by a laser cutting device, focusing on the stop of the second pipe, with the possibility of rotation at a speed that allows high-quality cutting of the joined pipes. As the laser cutting device rotates, the pipes are cut by the laser. The first pipe is sent to pipe racks, and the second pipe is retrieved from the well. Fix the next pipe in the wellhead equipment. The pipe cutting process is repeated until the required number of pipes is removed from the well. The disadvantage of this group of inventions is the welding of specially prepared pipes with the presence of thrust rings on the outer side of the pipe, which sharply reduces the scope of the method and makes it impossible to weld and cut standard casing pipes without an annular stop. It also requires two slow bypasses of the pipe, the first one for digitizing and entering data on the edge boundary of the combined pipes into the computer program to link the welding process to the perimeter of the edges along its entire length, and the second one for the welding process itself, which slows down the process. The orbital mechanism moves over all irregularities in the pipe and vibrates due to the driven rollers in contact with the pipe, which leads to random jumps and adversely affects the quality of the weld. The location of the girths near the edges creates splashes on the rollers during welding and clogs them, and also does not provide sufficient force to keep the pipes in contact and can lead to their uncontrolled displacement, an unacceptable oblique gap will occur during welding and the quality will not be achieved. In addition, for high-quality laser welding and cutting, different specialized heads are usually used, but here they are made the same, which cannot affect the quality of the edge after cutting with a welding laser head, which is further proposed to be used again when re-welding the pipe cut in this way. Moreover, with such trimming, it is proposed to divert devices 22 and 23 - this is a nozzle with a protective gas for cutting off products and metal spatter during welding. The nozzles do not blow out or burn out the molten metal from the seam, but only blow the welding products to the side to protect the optics of the laser head. And without a strong jet of air (oxygen), which would be present in the cutting laser head, cutting with a laser beam by a welding head is ineffective and of poor quality. The invention does not apply to welding and cutting of vertically located oil steel pipes, and even more so casing pipes forming a drill string, and, with all obviousness, this implementation is impossible due to the above disadvantages.

Предлагаемое изобретение лишено указанных выше недостатков, может быть использовано для качественной сварки нефтяных стальных труб, в том числе и обсадных, и насосно-компрессорных в вертикальных или наклонных буровых скважинах.The present invention is devoid of the above disadvantages, can be used for high-quality welding of oil steel pipes, including casing and tubing in vertical or inclined boreholes.

Раскрытие изобретения В изобретения предлагается способ формирования монолитной буровой колонны путем соединения труб в буровой колонне орбитальной лазерной сваркой, а именно при осуществлении механического контакта в торце свариваемых труб путем их осевого совмещения, при котором нижнюю трубу фиксируют устьевым обхватом в буровой скважине, оставляя свободный конец, а верхнюю трубу подводят к нижней трубе сверху для осуществления лазерной сварки, отличающийся, тем, что буровую колонну формируют из обсадных труб с возможностью соединения на ее нижнем конце бура-долота, верхнюю обсадную трубу подводят к нижней обсадной трубе сверху свободно подвешенной, осуществляют предварительную установку и фиксацию сварочного аппарата на свободном конце нижней обсадной трубы, при этом сварочный аппарат монтируют на обсадную трубу посредством двухсегментного кольцевого нижнего обхвата таким образом, чтобы обеспечить вращающемуся бесконтактно с обсадной трубой над этим обхватом соосно установленному лазерному односегментному орбитальному модулю сварочного аппарата по меньшей мере полный оборот вокруг нижнего обхвата на расстоянии от кромки вдоль обсадной трубы, обеспечивающем частичное совмещение на кромке присадочной проволоки и радиально подводимого лазерного пучка в области перетяжки пучка при сварке, затем выполняют опускание верхней обсадной трубы до контакта с торцом нижней, осуществляют обхват и фиксацию конца верхней обсадной трубы двухсегментным верхним обхватом, соосным с нижним и жестко скрепленным с ним стальной силовой дугообразной конструкцией, которую располагают снаружи и за пределами орбитального модуля для предотвращения ограничения его вращения и обеспечения его соосности с захватами, затем выполняют намотку висящей сбоку на корпусе силовой конструкции петли энергетического защитного кабель-канала на барабан упомянутого модуля на один по меньшей мере полный оборот и в таком исходном положении с намотанным кабель-каналом осуществляют лазерную сварку с формированием сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход, при этом в процессе полного автоматического обратного поворота орбитальной части сварочного аппарата осуществляют разматывание кабель-канала с барабана, причем по окончании процесса формирования сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход освобождают обсадные трубы от обхватов сварочного аппарата, который отводят в сторону.Disclosure of the invention The invention proposes a method for forming a monolithic drill string by connecting pipes in the drill string by orbital laser welding, namely, by making mechanical contact at the end of the welded pipes by axial alignment, in which the lower pipe is fixed with a wellhead girth in the borehole, leaving a free end, and the upper pipe is brought to the lower pipe from above for laser welding, characterized in that the drill string is formed from casing pipes with the possibility of connecting a drill-bit at its lower end, the upper casing pipe is brought to the lower casing pipe freely suspended from above, preliminary installation is carried out and fixing the welding machine on the free end of the lower casing pipe, while the welding machine is mounted on the casing pipe by means of a two-segment annular lower girth in such a way as to ensure that rotating non-contact with the casing pipe above this girth is coaxially installed la grain single-segment orbital module of the welding machine at least a full turn around the lower girth at a distance from the edge along the casing pipe, providing partial alignment at the edge of the filler wire and the radially supplied laser beam in the beam waist area during welding, then the upper casing pipe is lowered to contact with by the bottom end, the end of the upper casing pipe is grasped and fixed with a two-segment upper girth, coaxial with the lower one and rigidly fastened to it by a steel arcuate power structure, which is located outside and outside the orbital module to prevent its rotation from being limited and ensure its alignment with the grips, then winding the loop of the energy protective cable channel hanging on the side of the load-bearing structure on the drum of the said module for at least one full turn and in such an initial position with the wound cable channel, laser welding is carried out with the formation continuous weld in at least one pass, while in the process of full automatic reverse rotation of the orbital part of the welding machine, the cable channel is unwound from the drum, and at the end of the process of forming a continuous weld in at least one pass, the casing pipes are released from the girths of the welding apparatus, which is taken aside.

Заметим, что этим способом формируют буровую колонну из обсадных труб для нефтяных, газовых, водяных скважин или для строительства буронабивных опор мостов, платформ и высотных строений.Note that this method is used to form a drill string from casing pipes for oil, gas, water wells or for the construction of bored supports of bridges, platforms and high-rise buildings.

Технический результат: улучшение качественных и прочностных характеристик монолитной буровой колонны из обсадных труб, сваренных встык орбитальной лазерной сваркой, причем герметичные сплошные соединения по сварному шву более чем в 2 раза превышают по крутящему моменту допустимые значения для традиционного соединения обсадных труб резьбой и муфтой, что ведет к увеличению надежности формирования и эксплуатации монолитной буровой колонны, увеличению скорости и глубины бурения, положительно сказывается на сроке и условиях эксплуатации обсадной колонны.EFFECT: improving the quality and strength characteristics of a monolithic drill string made of casing pipes butt-welded by orbital laser welding, moreover, sealed solid joints along the weld seam are more than 2 times higher in terms of torque than the permissible values for the traditional connection of casing pipes with a thread and a coupling, which leads to to an increase in the reliability of the formation and operation of a monolithic drill string, an increase in the speed and depth of drilling, which has a positive effect on the life and operating conditions of the casing string.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 - общий вид сварочного аппарата, закрепленного на вылете нижней трубы и удерживающего соосно верхнюю привариваемую по стыку трубу, с местным графическим разрезом на орбитальном модуле в области сварки.Fig. 1 is a general view of the welding machine, fixed at the outflow of the lower tube and holding coaxially the upper butt welded tube, with a local graphical section on the orbital module in the welding area.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для формирования буровой колонны из обсадных стальных труб на буровой платформе используют оборудование для удержания труб в устье скважины и подачи новых монтируемых труб. Для монтажа лазерной сваркой свободно подвешенную верхнюю обсадную трубу на тросе подводят к стыку удерживаемой нижней обсадной трубы, на вылете которой предварительно закрепляют лазерный сварочный аппарат (вид 1, фиг. 1) посредством нижнего обхвата 2 свободного вылета нижней трубы 3. Нижний обхват 2 жестко и соосно скреплен с верхним 4 дугообразным корпусом 5 несущей конструкции, на нем же смонтирован орбитальный модуль 6. Секторный вырез по образующей 7 позволяет устанавливать и снимать орбитальный модуль, и сам сварочный аппарат в месте сварки, таким образом, чтобы кромка нижней трубы была в центральной области орбитального модуля, где установлена лазерная головка с механизмом 8 подачи присадочной проволоки.To form a drill string from casing steel pipes on a drilling platform, equipment is used to hold the pipes at the wellhead and supply new pipes to be installed. For installation by laser welding, a freely suspended upper casing pipe on a cable is brought to the joint of the retained lower casing pipe, at the outlet of which the laser welding machine (view 1, Fig. 1) is preliminarily fixed by means of the lower girth 2 of the free extension of the lower pipe 3. The lower girth 2 is rigid and coaxially fastened with the upper 4 arc-shaped body 5 of the supporting structure, the orbital module 6 is also mounted on it. orbital module, where the laser head with the filler wire feed mechanism 8 is installed.

Оптическую настройку лазерного пучка осуществляют с выхода лазерной головки на кромку нижней обсадной трубы в два этапа: сначала «грубо» в область сварки в пределах ±40 мм от края кромки, при установке и фиксации нижнего обхвата, и затем «точно», путем автоматического смещения лазерной головки вдоль трубы внутри орбитального односегментного модуля по данным датчика положения. Далее верхнюю трубу 9, подвешенную на тросе, подводят соосно к стыку нижней, совмещая кромки торцов и зажимают ее верхним обхватом 4. Точную настройку на кромку, можно проводить как до опускания верхней трубы 9, так и после ее фиксации верхним обхватом 4.Optical adjustment of the laser beam is carried out from the exit of the laser head to the edge of the lower casing pipe in two stages: first, “roughly” into the welding area within ±40 mm from the edge edge, when installing and fixing the lower girth, and then “finely”, by automatically shifting laser head along the tube inside the orbital single-segment module according to the position sensor. Next, the upper pipe 9, suspended on a cable, is brought coaxially to the joint of the lower one, aligning the edges of the ends and clamping it with the upper girth 4. Fine tuning to the edge can be carried out both before lowering the upper pipe 9, and after fixing it with the upper girth 4.

На корпусе 5 монтируют гидравлические приводы обхватов - манипуляторы 10 и 11, нижнего и верхнего обхвата, соответственно, приводимые в движение посредством гидрокомпрессора 12. В верхней части корпуса 5 монтируют лебедку 13 (тельфер), который через трос 14 подвешен к крану буровой платформы и позволяет устанавливать в область сварки и затем снимать сварочный аппарат 1.On the body 5, hydraulic drives of the girths are mounted - manipulators 10 and 11, lower and upper girths, respectively, driven by a hydraulic compressor 12. In the upper part of the body 5, a winch 13 (hoist) is mounted, which is suspended through a cable 14 to the crane of the drilling platform and allows install in the welding area and then remove the welding machine 1.

В исходном положении после фиксации стыка обсадных труб обхватами 2 и 4, орбитальный модуль 6 находится в положении, как показано на фиг. 1, со свободным от защитного кабель-канала 15 барабаном 16 для его намотки при повороте в сторону стрелки 17. При этом исходном состоянии барабана, на задней стенке корпуса 5 несущей конструкции 5 кабель-канал образует петлю 18 между роликами 19-21 с подтяжкой механизмом (внутри корпуса 5) натяжения ролика 19 при его движении по направлению 22 (при вращении барабана 16) и при фиксации входной части 23 на корпусе 5. По мере намотки кабель-канала 15 на барабан 16 петля 18 уменьшается и орбитальный модуль, выполнив быстрый, ускоренный поворот не менее, чем на один оборот, приходит в исходное положение - начала сварки без особой потери времени, за несколько секунд.In the initial position, after fixing the joint of the casing pipes with girths 2 and 4, the orbital module 6 is in the position, as shown in Fig. 1, with a drum 16 free from the protective cable channel 15 for winding it when turning in the direction of the arrow 17. In this initial state of the drum, on the rear wall of the housing 5 of the supporting structure 5, the cable channel forms a loop 18 between the rollers 19-21 with a tightening mechanism (inside housing 5) tension of roller 19 as it moves in direction 22 (during rotation of drum 16) and during fixation of input part 23 on housing 5. As cable channel 15 is wound onto drum 16, loop 18 decreases and the orbital accelerated rotation of at least one revolution, comes to its original position - the start of welding without much loss of time, in a few seconds.

Кабель-канал 15 фиксируют подвижно на корпусе несущей конструкции 5 и часть его в виде весящей на корпусе петли 18 для намотки на барабан 16 натягивают на ее задней стенке с регулируемым натяжением, препятствующим обвисанию кабеля при намотке (или при обратном ходе) на барабан 16 орбитального модуля 6.The cable channel 15 is fixed movably on the body of the supporting structure 5 and part of it in the form of a loop 18 hanging on the body for winding onto the drum 16 is pulled on its rear wall with adjustable tension that prevents the cable from sagging during winding (or during reverse motion) on the drum 16 of the orbital module 6.

На корпусе 5 несущей конструкции монтируют гидрокомпрессор 12, механизм натяжения петли 18 кабеля-канала, электропривод орбитального модуля, два гидропривода 10-11 для приведения в действие обхватов труб от гидрокомпрессора, а для более плавного подведения сварочного аппарата 1 к месту сварки на трубе, помимо его предварительного подвеса на тросе крана буровой вышки, устанавливают тельфер 11 на верхнюю часть корпуса 5 несущей конструкции.On the body 5 of the supporting structure, a hydraulic compressor 12, a cable-channel tensioning mechanism 18, an electric drive of the orbital module, two hydraulic drives 10-11 are mounted to actuate the pipe wraps from the hydraulic compressor, and for a smoother bringing of the welding machine 1 to the welding site on the pipe, in addition to its pre-suspension on the cable of the crane of the drilling rig, install the hoist 11 on the upper part of the body 5 of the supporting structure.

Применение орбитальной лазерной сварки при формировании буровой колонны из обсадных труб повышает качественные и прочностные характеристики буровой колонны, причем герметичное сплошное сварное соединение по стыку обсадных труб допускают крутящий момент более 30 кНм, что более чем в 2 раза превышает по крутящему моменту допустимые значения для обсадных труб с традиционным соединением стыков резьбой и муфтой, не требует дополнительной герметизации стыка. Например, для обсадной трубы 114 мм с толщиной стенки 7,6 мм, группы прочности стали Д. Премиальное высокопрочное резьбовое соединение производства ТМК (ТМК UP™ PF (ТМК UP™ PF, URL: https://www.tmkup.ru/ru/connections/pf) - это официальный сайт ТМК) выдерживает крутящий момент не более 13 кНм. Такая же обсадная труба, сваренная предложенным в изобретении способом, выдержала крутящий момент 35 кНм и не повредилась. Больший момент скручивания создать не удалось из-за проскальзывания кулачков испытательной установки. При этом сварной шов был далеко не идеальным и специально выбран по нижнему критерию качества. Указанный тип резьбы ТМК самый прочный с точки зрения свинчивания. Для трубы 114×7,36 при группе прочности N80 предельный момент свинчивания - 12,9 кНм. Мы для такой трубы получили более 35 кНм при формировании монолитной колонны по способу настоящего изобретения. ТМК гарантируют предельный момент 20,7 кНм для труб из стали запредельной группы прочности ТМК 150!The use of orbital laser welding in the formation of a drill string from casing pipes improves the quality and strength characteristics of the drill string, and the sealed solid welded joint at the joint of the casing pipes allows a torque of more than 30 kNm, which is more than 2 times higher than the permissible values for casing pipes in terms of torque with a traditional connection of joints with a thread and a coupling, does not require additional sealing of the joint. For example, for a casing pipe 114 mm with a wall thickness of 7.6 mm, steel strength group D. Premium high-strength threaded connection manufactured by TMK (TMK UP ™ PF (TMK UP ™ PF, URL: https://www.tmkup.ru/ru /connections/pf) - this is the official website of TMK) can withstand a torque of no more than 13 kNm. The same casing, welded by the method proposed in the invention, withstood a torque of 35 kNm and was not damaged. A larger torsional moment could not be created due to slippage of the cams of the test rig. At the same time, the weld was far from ideal and was specially selected according to the lower quality criterion. This type of thread TMK is the most durable in terms of make-up. For a pipe 114 × 7.36 with a strength group of N80, the maximum make-up torque is 12.9 kNm. We have obtained more than 35 kNm for such a pipe when forming a monolithic column according to the method of the present invention. TMK guarantees a limiting moment of 20.7 kNm for pipes made of steel of the transcendent strength group TMK 150!

Формирование буровой колонны по предложенному способу позволяет выдерживать запредельные ударные нагрузки, сравнимые с монолитным металлом, при строительстве буронабивных опор, что особенно важно при сооружении мостов, платформ и высотных строений. Все это ведет к увеличению надежности формирования и эксплуатации монолитной буровой колонны, увеличению скорости и глубины бурения, положительно сказывается на сроке и условиях эксплуатации обсадной колонны.The formation of the drill string according to the proposed method makes it possible to withstand extreme shock loads comparable to monolithic metal during the construction of bored supports, which is especially important in the construction of bridges, platforms and high-rise buildings. All this leads to an increase in the reliability of the formation and operation of a monolithic drill string, an increase in the speed and depth of drilling, and a positive effect on the life and operating conditions of the casing string.

Claims (1)

Способ формирования монолитной буровой колонны путем соединения труб в буровой колонне орбитальной лазерной сваркой, а именно при осуществлении механического контакта в торце свариваемых труб путем их осевого совмещения, при котором нижнюю трубу фиксируют устьевым обхватом в буровой скважине, оставляя свободный конец, а верхнюю трубу подводят к нижней трубе сверху для осуществления лазерной сварки, отличающийся тем, что буровую колонну формируют из обсадных труб с возможностью присоединения на ее нижнем конце бура-долота, верхнюю обсадную трубу подводят к нижней обсадной трубе сверху свободно подвешенной, осуществляют предварительную установку и фиксацию сварочного аппарата на свободном конце нижней обсадной трубы, при этом сварочный аппарат монтируют на обсадную трубу посредством двухсегментного кольцевого нижнего обхвата таким образом, чтобы обеспечить вращающемуся бесконтактно с обсадной трубой над этим обхватом соосно установленному лазерному односегментному орбитальному модулю сварочного аппарата по меньшей мере полный оборот вокруг нижнего обхвата на расстоянии от кромки вдоль обсадной трубы, обеспечивающем частичное совмещение на кромке присадочной проволоки и радиально подводимого лазерного пучка в области перетяжки пучка при сварке, затем выполняют опускание верхней обсадной трубы до контакта с торцом нижней, осуществляют обхват и фиксацию конца верхней обсадной трубы двухсегментным верхним обхватом, соосным с нижним и жестко скрепленным с ним стальной силовой дугообразной конструкцией, которую располагают снаружи и за пределами орбитального модуля для предотвращения ограничения его вращения и обеспечения его соосности с захватами, затем выполняют намотку висящей сбоку на корпусе силовой конструкции петли энергетического защитного кабель-канала на барабан упомянутого модуля на один по меньшей мере полный оборот и в таком исходном положении с намотанным кабель-каналом осуществляют лазерную сварку с формированием сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход, при этом в процессе полного автоматического обратного поворота орбитальной части сварочного аппарата осуществляют разматывание кабель-канала с барабана, причем по окончании процесса формирования сплошного сварного шва по меньшей мере за один проход освобождают обсадные трубы от обхватов сварочного аппарата, который отводят в сторону.A method for forming a monolithic drill string by connecting pipes in the drill string by orbital laser welding, namely, by making mechanical contact at the end of the welded pipes by axial alignment, in which the lower pipe is fixed with a wellhead girth in the borehole, leaving a free end, and the upper pipe is brought to lower pipe from above for laser welding, characterized in that the drill string is formed from casing pipes with the possibility of attaching a drill-bit at its lower end, the upper casing pipe is brought to the lower casing pipe freely suspended from above, preliminary installation and fixation of the welding machine on the free at the end of the lower casing pipe, while the welding machine is mounted on the casing pipe by means of a two-segment annular lower girth in such a way as to provide a single-segment laser orbital module rotating coaxially with the casing above this girth of the lower casing at a distance from the edge along the casing pipe, which ensures partial alignment of the filler wire and the radially supplied laser beam in the beam waist area during welding at the edge, then the upper casing pipe is lowered until it contacts the end of the lower one, girth and fixation of the end of the upper casing pipe with a two-segment upper girth, coaxial with the lower one and rigidly fastened to it by a steel arcuate power structure, which is located outside and outside the orbital module to prevent restriction of its rotation and ensure its alignment with the grips, then the winding is carried out hanging on the side in the body of the load-bearing structure of the loop of the energy protective cable channel onto the drum of the mentioned module for at least one full turn and in such an initial position with the wound cable channel, laser welding is carried out with the formation of a continuous weld in at least one passage, while in the process of full automatic reverse rotation of the orbital part of the welding machine, the cable channel is unwound from the drum, and at the end of the process of forming a continuous weld, at least in one pass, the casing pipes are released from the girths of the welding machine, which is taken aside.
RU2021128659A 2021-09-30 Method for forming a monolithic drill string from casing pipes by orbital laser welding RU2776125C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776125C1 true RU2776125C1 (en) 2022-07-13

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2824906C2 (en) * 2023-02-09 2024-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") Method of mounting monolithic column of steel pipes by orbital laser welding and device for implementation thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU446164A1 (en) * 1971-03-09 1976-08-05 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Имени Е.О.Патона Installation for contact butt welding of casing over the wellhead
RU2230170C2 (en) * 1999-09-21 2004-06-10 Велл Инджиниринг Партнерс Б.В. Method for transporting pipes in the well during boring, device for realiz ation of said method and packer for compacting said pipe
RU2425947C1 (en) * 2010-09-07 2011-08-10 Владимир Михайлович Пантюхин Casing pipes connection assembly
RU2630327C1 (en) * 2016-07-27 2017-09-07 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method for connection and disconnection of pipes for bituminous oil extraction and device for laser welding and cutting when implementing method
WO2020096847A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Illinois Tool Works Inc. Orbital welding device with improved residual oxygen measurement
RU2752905C1 (en) * 2020-09-09 2021-08-11 Общество с Ограниченной Ответственностью "АРМЗ СЕРВИС" Method for connection and disconnection of pipe by laser beam welding

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU446164A1 (en) * 1971-03-09 1976-08-05 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Имени Е.О.Патона Installation for contact butt welding of casing over the wellhead
RU2230170C2 (en) * 1999-09-21 2004-06-10 Велл Инджиниринг Партнерс Б.В. Method for transporting pipes in the well during boring, device for realiz ation of said method and packer for compacting said pipe
RU2425947C1 (en) * 2010-09-07 2011-08-10 Владимир Михайлович Пантюхин Casing pipes connection assembly
RU2630327C1 (en) * 2016-07-27 2017-09-07 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Method for connection and disconnection of pipes for bituminous oil extraction and device for laser welding and cutting when implementing method
WO2020096847A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Illinois Tool Works Inc. Orbital welding device with improved residual oxygen measurement
RU2752905C1 (en) * 2020-09-09 2021-08-11 Общество с Ограниченной Ответственностью "АРМЗ СЕРВИС" Method for connection and disconnection of pipe by laser beam welding

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2824906C2 (en) * 2023-02-09 2024-08-15 Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") Method of mounting monolithic column of steel pipes by orbital laser welding and device for implementation thereof
RU2846959C2 (en) * 2023-12-20 2025-09-22 Общество С Ограниченной Ответственностью "Впг Лазеруан" (Ооо "Впг Лазеруан") Method for dismantling of monolithic steel pipe string by orbital laser welding system and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7156170B2 (en) Methods and apparatus for severing nested strings of tubulars
US9399269B2 (en) Systems, tools and methods for high power laser surface decommissioning and downhole welding
US4082144A (en) Method and apparatus for running and retrieving logging instruments in highly deviated well bores
US6702040B1 (en) Telescopic drilling method
US9669492B2 (en) High power laser offshore decommissioning tool, system and methods of use
US20050152749A1 (en) Telescopic guide pipe for offshore drilling
CA2254441C (en) Apparatus for drilling lateral drainholes from a wellbore
US20170152718A1 (en) Casing windowing method and tool using coiled tubing
US11959346B2 (en) Method for offshore dual-drive core drilling with three layers of casings under surge compensation
CN110886295B (en) A construction method of a static pressure pile sinking device using a middle-through method
MXPA02007728A (en) Method and apparatus for stimulation of multiple formation intervals.
CN113668512B (en) Construction method of adjacent subway full casing full slewing drilling machine pile foundation
EP0144425B1 (en) Vertical hole-boring machine
CN104428482A (en) Method of intersecting first wellbore with second wellbore
RU2776125C1 (en) Method for forming a monolithic drill string from casing pipes by orbital laser welding
CN112855061B (en) Hydraulic cutting recovery system and method for ground gas extraction shear failure drilling
WO2009028953A1 (en) Method and device for removing the upper portion of a well
EP1751390B1 (en) Apparatus and method for modified horizontal directional drilling assembly
CA2446571C (en) Joining of tubulars through the use of explosives
CN114856473A (en) Annular space back pressure stuck releasing device and method for directional drilling stuck accident in underground coal mine
CN117005870B (en) A deviation correction and detection device and method for curved pipe jacking engineering
RU2759457C1 (en) Method for orbital laser welding of oil steel pipes, device and system implementing it
CA2631405A1 (en) Method and apparatus for installing deflecting conductor pipe
CN214576748U (en) Stride belt and cut top release rig
RU2470131C1 (en) Method of placing cement plug in well uncased section for drilling new borehole