Мобильный режущий инструмент и способ разрезания подводной трубчатой конструкции
Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к мобильному режущему инструменту для разрезания подводной трубчатой конструкции. Устройство содержит корпус инструмента, выполненный с возможностью приема в свою полость подводной трубчатой конструкции, исполнительный механизм, установленный на корпусе инструмента с одной стороны полости, невращающийся режущий элемент, предусмотренный на исполнительном механизме. Исполнительный механизм с режущим элементом выполнен с возможностью совершать поступательное движение резания через полость, вмещающую подводную трубчатую конструкцию. Реактивный элемент установлен на противоположной стороне полости корпуса инструмента, напротив режущего элемента для приложения реактивной силы к подводной трубчатой конструкции во время резания. Реактивный элемент образует часть дополнительного исполнительного механизма. Реактивный элемент предусмотрен на поршневом штоке или резьбовом стержне дополнительного исполнительного механизма или выполнен интегрально с указанным штоком или стержнем. Дополнительный исполнительный механизм (150) выполнен с возможностью открытия и закрытия полости для приема подводной трубчатой конструкции. Сокращается время резания. 4 н. и 15 з.п. ф-лы. 20 ил.
Настоящее изобретение относится к мобильному режущему инструменту для разрезания подводной трубчатой конструкции. Настоящее изобретение относится также к подводной системе, содержащей такой режущий инструмент. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу разрезания подводной трубчатой конструкции.
На сегодняшний день из уровня техники известны различные технологии и инструменты для разрезания подводных трубчатых конструкций. Например, такие технические решения представлены в области извлечения подводного устьевого оборудования (устья) ликвидированных скважин.
В документе US 6,554,073 В2 раскрыт способ разрезания обсадной трубы скважины, расположенной ниже подводного устья скважины. Данный способ включает в себя шаги, на которых: опускают режущий инструмент через устье скважины в обсадную трубу; фиксируют положение двигателя относительно устья скважины для передачи вращающих реактивных сил от двигателя к устью скважины или арматуре, закрепленной относительно устья скважины; и приводят в действие двигатель для обеспечения вращения режущего инструмента и осуществления, тем самым, разрезания обсадной трубы. Данное техническое решение позволяет устранить проблемы, характерные для технологий, требующих использования взрывных зарядов или буровой установки, расположенной над устьем скважины.
Наряду с технологиями разрезания конструкций изнутри также известны технологии разрезания конструкций снаружи. Эти технологии основаны на применении оборудования для резки алмазной проволокой.
В документе WO 2014/093530 А1 раскрыта подводная проволочная пила, содержащая раму и один или несколько рычагов, соединенных с рамой, причем предварительно заданное количество рычагов содержит устройство натяжения проволоки и выборочно выдвигает или сворачивает трубу внутри некоторой трубы, а также непрерывную проволоку, направляемую посредством множества направляющих проволоки и натягиваемую с использованием устройства натяжения проволоки. Подводная проволочная пила может дополнительно содержать зажим.
В документе WO 00/78491 А1 раскрыт подземный аппарат для обслуживания подводных трубопроводов. Известный аппарат имеет телескопическую раму, установленную с возможностью опускания и приближения к трубопроводу. Рама имеет открытую секцию, так что она может охватывать трубопровод и его внешнюю оболочку и фиксироваться с возможностью последующего отделения для выборочного изменения ее положения. Режущая конструкция, содержащая оборудование для резки алмазной проволокой, закреплена на телескопической промежуточной раме. Режущая конструкция установлена с возможностью вращения вокруг продольной оси промежуточной рамы, а также продвижения вдоль направления продольной оси рамы благодаря способности выдвижения промежуточной рамы. Режущая конструкция также может быть установлена с возможностью поворота вокруг оси вращения, которая находится снаружи и, в принципе, перпендикулярна продольной оси трубы. Таким образом, объединив возможности выдвижения и возможности поворота, а также возможности вращения вокруг продольной оси, можно выполнить различные многообразные разрезы.
Основная проблема всех этих известных технологий разрезания подводных трубчатых конструкций, таких как обсадные трубы, состоит в том, что они являются сравнительно медленными, то есть, одна операция разрезания обсадной трубы обычно требует один час для завершения. В области добычи нефти и газа это влечет за собой большое количество дополнительных расходов, то есть, время - деньги.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы исправить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известных из уровня техники решений или по меньшей мере предложить приемлемую альтернативу известным решениям.
Данная цель достигнута за счет признаков, которые перечислены в нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения.
Настоящее изобретение определено независимыми пунктами формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения определяют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.
Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к мобильному режущему инструменту для разрезания подводной трубчатой конструкции, например, обсадной трубы ликвидированной скважины. Мобильный режущий инструмент содержит:
- корпус инструмента, выполненный с возможностью приема в свою полость подводной трубчатой конструкции,
- исполнительный механизм, установленный на корпусе инструмента с одной стороны полости,
- невращающийся режущий элемент, например, режущий нож, предусмотренный на исполнительном механизме, причем исполнительный механизм с режущим элементом выполнен с возможностью совершать поступательное движение резания через полость, вмещающую подводную трубчатую конструкцию, и
- реактивный элемент, установленный на противоположной стороне полости корпуса инструмента, напротив режущего элемента, для приложения реактивной силы к подводной трубчатой конструкции во время резания,
- причем реактивный элемент образует часть дополнительного исполнительного механизма, при этом реактивный элемент предусмотрен на поршневом штоке или резьбовом стержне дополнительного исполнительного механизма или выполнен интегрально с указанным штоком или стержнем, причем указанный дополнительный исполнительный механизм выполнен с возможностью открытия и закрытия указанной полости для приема указанной подводной трубчатой конструкции.
Положительные эффекты мобильного режущего инструмента в соответствии с настоящим изобретением состоят в следующем. Принимая во внимание то, что в известных технических решениях осуществляют операции резания, требующие больших затрат времени, настоящее изобретение позволяет легко разрезать подводную трубчатую конструкцию за счет поступательного движения резания с использованием по меньшей мере одного ножа и противолежащего реактивного элемента. Очевидно, что исполнительный механизм должен иметь размеры, соответствующие техническим параметрам подводной трубчатой конструкции, подлежащей разрезанию, а это значит, что величина силы, которую он может вызвать, должна быть достаточно большой для механического разрыва подводной трубчатой конструкции. На практике, во время разрезания большинство трубчатых конструкций, перед разрывом, начинают сжиматься. Это обеспечивает дополнительное преимущество, которое может быть использовано в настоящем изобретении и которое будет пояснено ниже со ссылкой на некоторые варианты его осуществления. Авторами настоящего изобретения было обнаружено, что за счет простого поступательного движения резания и благодаря правильному выбору прочности, можно сократить время резания всего до нескольких минут, что является заметным улучшением по сравнению с существующими технологиями. Кроме того, это приводит к невероятному снижению эксплуатационных расходов. Согласно настоящему изобретению, подводная трубчатая конструкция может быть удобным образом вставлена в полость и в дальнейшем заблокирована в этом положении, что позволяет легко и эффективно осуществить процесс резания. При этом важно заблокировать положение поршневого штока или резьбового стержня, когда поршневой шток или резьбовой стержень полностью выдвинут, для того чтобы сила, прикладываемая к реактивному элементу, не приводила к сгибанию поршневого штока или резьбового стержня дополнительного исполнительного механизма. Это можно обеспечить путем выполнения в корпусе инструмента углубления, в которое может быть вставлен конец поршневого штока или резьбового стержня дополнительного исполнительного механизма при полном выдвижении поршневого штока или резьбового стержня.
Мобильный режущий инструмент согласно настоящему изобретению следует отличать от режущих устройств, которые имеются в противовыбросовых превенторах (ПВП). Противовыбросовый превентор вовсе не является мобильным устройством. Даже несмотря на то, что его можно демонтировать после использования в течение заданного периода времени и опционально поместить на другой скважине, такое применение следует рассматривать как фиксированное или стационарное.
Понятие «мобильный» согласно настоящему изобретению означает, что предлагаемый режущий инструмент абсолютно не привязан к одному местоположению. Его можно свободно перемещать и использовать в любом месте, по желанию.
Другое существенное преимущество предлагаемого изобретения состоит в том, что отпадает необходимость в прикреплении зажимами режущего инструмента к трубчатой конструкции. Это является существенным отличием от известных из уровня техники решений, использующих технологию резки пилой, которые все требуют жесткого крепления к трубчатой конструкции, иначе эффект от операции распиливания будет частично или полностью теряться. Другими словами, в настоящем изобретении предложен мобильный режущий инструмент без зажимного крепления.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению исполнительный механизм содержит цилиндр, например, гидравлический цилиндр. Под «цилиндром» здесь понимают систему, содержащую цилиндр, включающий в себя поршень и поршневой шток, соединенный с поршнем. Исполнительные механизмы, содержащие такой цилиндр, хорошо подходят для создания высоких приводных усилий, особенно, если речь идет о гидравлическом цилиндре. В качестве альтернативы, исполнительный механизм может представлять собой исполнительный механизм с резьбовым стержнем, приводимым в действие электрическим двигателем, например. Кроме того, для увеличения крутящего момента на исполнительном механизме с резьбовым стержнем может быть использована зубчатая передача.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению реактивный элемент оснащен дополнительным режущим элементом, направленным к невращающемуся режущему элементу для облегчения процесса резания. Дополнительный режущий элемент на реактивном элементе не является обязательным, хотя он облегчает процесс резания, поскольку обеспечивает концентрацию силы на меньшей площади, что приводит к увеличению давления во время резания.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению дополнительный исполнительный механизм содержит дополнительный цилиндр, например, дополнительный гидравлический цилиндр. Цилиндр, и в частности гидравлический цилиндр, может быть удобным образом использован в качестве дополнительного исполнительного механизма в подводном режущем инструменте.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению он дополнительно содержит по меньшей мере один плавучий элемент для управления плавучестью мобильного режущего инструмента, в случае использования мобильного режущего инструмента под водой. В частности, когда вес режущего инструмента становится значительным, целесообразно оснастить режущий инструмент его собственным плавучим элементом для облегчения манипулирования и управления режущим инструментом под водой.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению он дополнительно содержит по меньшей мере одно роющее устройство для врывания в морское дно, чтобы высвободить большую длину трубчатой конструкции, проходящей через морское дно. Данный вариант осуществления является предпочтительным, поскольку он обеспечивает удаление большей части подводной трубчатой конструкции, так что разрез происходит на уровне ниже исходного уровня морского дна. Несмотря на то, что здесь использовано понятие «роющее устройство», следует понимать, что оно включает в себя все технологии, обеспечивающие возможность удаления материала морского дна для высвобождения посредством этого устройства конца подводной трубчатой конструкции. К таким технологиям относится всасывание, промывка струей/продувка, механическое выкапывание и т.д.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению он дополнительно содержит по меньшей мере одно сварочное устройство для сварки подводной трубчатой конструкции после ее разрезания. После осуществления разреза подводная трубчатая конструкция, как правило, сжимается, образуя так называемое «холодносварное соединение». Однако, полученный сварной шов может не быть достаточно герметичным. Рассматриваемый здесь вариант осуществления обладает преимуществом, состоящим в том, что предусмотренное сварочное устройство позволяет улучшить качество сварки.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению сварочное устройство выбрано из группы, содержащей: устройство для дуговой сварки экранированным металлом электродом, устройство для дуговой сварки порошковой проволокой и устройство для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа. Данные технологии доказали целесообразность их применения под водой.
В одном из вариантов осуществления мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению режущий инструмент оснащен ручкой, для соединения с подводным транспортным средством, таким как подводный аппарат с дистанционным управлением (ПАДУ), и манипулирования посредством указанного средства Подводное транспортное средство, такое как ПАДУ, является очень удобным транспортным средством для маневрирования и манипулирования режущим инструментом под водой.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к подводной системе для разрезания подводной трубчатой конструкции. Данная система содержит:
- подводное транспортное средство, и
- мобильный режущий инструмент согласно настоящему изобретению, причем режущий инструмент соединен с подводным транспортным средством.
Предлагаемая подводная система имеет такие же преимущества и эффекты, что и мобильный режущий инструмент согласно настоящему изобретению.
В одном из вариантов осуществления подводной системы согласно настоящему изобретению подводное транспортное средство содержит подводный аппарат с дистанционным управлением (ПАДУ). Аппараты ПАДУ являются очень удобными подводными транспортными средствами для манипулирования и управления подводными инструментами.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к способу разрезания подводной трубчатой конструкции. Данный способ включает в себя шаги, на которых:
- обеспечивают наличие мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению,
- размещают мобильный режущий инструмент в положении резания снаружи подводной трубчатой конструкции,
- фиксируют положение мобильного режущего инструмента относительно подводной трубчатой конструкции, и
- приводят в действие мобильный режущий инструмент для разрезания подводной трубчатой конструкции в ходе поступательного движения по меньшей мере одного режущего элемента.
Предлагаемый способ имеет такие же преимущества и эффекты, что и режущий инструмент согласно настоящему изобретению. Само собой разумеется, что способ согласно настоящему изобретению также может быть реализован посредством других инструментов, подобных тем, что раскрыты в настоящем описании.
Согласно четвертому аспекту настоящее изобретение относится к способу извлечения подводного устья скважины из обсадной трубы скважины. Способ извлечения подводного устья скважины включает в себя способ разрезания трубчатой конструкции согласно настоящему изобретению. Устья скважин представляют собой большие сложные конструкции, которые требуют извлечения с морского дна после ликвидации скважины. Настоящее изобретение может быть с успехом использовано для данного способа.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению подводная трубчатая конструкция содержит обсадную трубу устья скважины между морским дном и устьем скважины. При этом на шаге размещения мобильного режущего инструмента, мобильный режущий инструмент устанавливают снаружи обсадной трубы и ниже устья скважины. Более того, на шаге приведения в действие мобильного режущего инструмента, устье скважины отделяют от скважины.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он дополнительно включает в себя шаг, на котором копают морское дно для высвобождения большей длины обсадной трубы и обеспечения, тем самым, возможности разрезания обсадной трубы ниже исходного уровня морского дна. Данный вариант осуществления является предпочтительным, поскольку он способствует удалению большей части обсадной трубы ниже устья скважины, так что разрез происходит на уровне ниже исходного уровня морского дна. Здесь под «копанием» понимают всасывание, промывку струей, продувку, механическое выкапывание и т.д.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению на шаге размещения мобильного режущего инструмента мобильный режущий инструмент устанавливают ниже исходного уровня морского дна.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он дополнительно включает в себя шаг, на котором сваривают подводную трубчатую конструкцию после ее разрезания. После выполнения разреза подводная трубчатая конструкция, как правило, сжимается, образуя так называемое «холодносварное соединение». Однако, полученный сварной шов может не быть полностью герметичным. Рассматриваемый здесь вариант осуществления обладает преимуществом, состоящим в том, что посредством дополнительной сварки можно улучшить качество такой сварки. К способам сварки, которые могут быть использованы под водой, относится дуговая сварка экранированным металлом электродом, дуговая сварка порошковой проволокой и дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он включает в себя шаг, на котором после выполнения разреза предусматривают шаг сжатия, причем шаг сжатия осуществляют в положении ниже первоначального разреза. Данный вариант осуществления будет более подробно раскрыт ниже при описании чертежей.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению размещение мобильного режущего инструмента осуществляют с помощью подводного транспортного средства, например, аппарата ПАДУ. Подводные транспортные средства, такие как аппараты ПАДУ, являются очень удобными для манипулирования и управления подводными инструментами. Данный вариант осуществления настоящего изобретения также применим в отношении общего способа разрезания подводных трубчатых конструкций.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он дополнительно включает в себя, перед шагом размещения мобильного режущего инструмента в положении резания, шаг, на котором мобильный режущий инструмент опускают с поверхности моря в море с помощью подъемного инструмента, например, крана. В данном варианте осуществления способа восстановления подводного устья скважины мобильный режущий инструмент можно удобным образом хранить на плавучем объекте, например, корабле, и опускать в море при необходимости выполнения операции разрезания. Данный вариант осуществления также применим в отношении общего способа разрезания подводных трубчатых конструкций.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он дополнительно включает в себя шаг, на котором поднимают устье скважины на поверхность после отделения устья скважины от скважины. Данный вариант осуществления способа обеспечивает эффективное завершение извлечения устья скважины после его отрезания.
В одном из вариантов осуществления способа извлечения подводного устья скважины согласно настоящему изобретению он дополнительно включает в себя шаг, на котором повторно заполняют колодец после отделения устья скважины от скважины. В данном варианте осуществления ликвидированная скважина эффективно закрывается после извлечения устья скважины и после сварки обсадной трубы.
Ниже будет раскрыт пример предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированного на прилагаемых чертежах, где:
на фиг. 1 показан мобильный режущий инструмент согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1, после его извлечения из контейнера;
на фиг. 3 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1;
на фиг. 4 на виде снизу показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1;
на фиг. 5 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1 с закрытой полостью;
на фиг. 6 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент с фиг. 5 с закрытой полостью, при этом режущий элемент на исполнительном механизме находится в своем полностью выдвинутом положении;
на фиг. 7 на виде спереди показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1;
на фиг. 8 на виде сбоку показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1;
на фиг. 9 в изометрии показан мобильный режущий инструмент с фиг. 1 после подъема;
на фиг. 10-15 проиллюстрированы различные шаги способа восстановления устья скважины согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 16 проиллюстрирован шаг способа восстановления устья скважины согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 17 показана гибкая водоотделяющая колонна, отрезанная посредством мобильного режущего инструмента и способа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 18 показана колонна бурильных труб, отрезанная посредством мобильного режущего инструмента и способа согласно настоящему изобретению;
на фиг. 19 проиллюстрирован принцип холодной сварки согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 20 проиллюстрирован принцип горячей сварки согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На прилагаемых чертежах и в описании раскрыт мобильный режущий инструмент, который предлагает уникальное и альтернативное решение существующим технологиям резания под водой. Предлагаемое в настоящем изобретении техническое решение не имеет ограничений, накладываемых судном-владельцем, сложным/дорогостоящим оборудованием и трудоемкими операциями в прибрежной зоне. Настоящее изобретение предлагает недорогую систему, которая позволяет задействовать существующие судна заказчиков, в том числе находящуюся на борту команду, выделенную дистанционно управляемую подводную систему и эффективную с точки зрения трудозатрат новую технологию для оказания услуг по разработке месторождения. Настоящее изобретение обеспечивает развертываемый по требованию дистанционно управляемый комплект, который может быть с легкостью принят на борт специализированных судов, готовых к запуску без продолжительного периода мобилизации.
Важнейшая часть настоящего изобретения состоит в совершении простого поступательного движения резания для разрыва подводной трубчатой конструкции, например, обсадной трубы ниже устья скважины. Известные из уровня техники способы занимают много времени, например, резка алмазной проволокой. Поступательное движение резания может быть осуществлено огромным количеством разнообразных инструментов. На чертежах и в описании приведен лишь один из возможных примеров. Следует обратить внимание на то, что настоящее изобретение не ограничивается данным примером.
На фиг. 1 показан мобильный режущий инструмент 100 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1, после его извлечения из контейнера 200. Такой контейнер может быть удобным образом расположен, например, на борту судна. Как показано на фиг. 2, мобильный режущий инструмент 100 может быть извлечен из контейнера 200 посредством подъемного троса 999 крана (не показан). Контейнер 200 может представлять собой 10-футовый контейнер, при этом в нем можно хранить запасные части и другое необходимое оборудование. Таким образом, режущий инструмент 100 занимает очень мало места на борту судна и, тем самым, обеспечивает гибкость и снижает затраты на мобилизацию. При этом работы могут быть запланированы заранее на берегу. И когда предоставляется возможность, можно осуществить удаление устья скважины за очень короткое время. Важно отметить, что режущий инструмент 100 согласно настоящему изобретению представляет собой мобильный/подвижный режущий инструмент, то есть, его можно транспортировать к заданному месту для разрезания соответствующей подводной трубчатой конструкции.
На фиг. 3 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1. Мобильный режущий инструмент 100 содержит корпус 110 инструмента, который образует полость 50 для приема трубчатой конструкции (не показана). В полости 50 имеется невращающийся режущий элемент 130, который приводится в действие (линейным) исполнительным механизмом 120, соединенным с корпусом 110 инструмента. Исполнительный механизм 120 в данном варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой гидравлический цилиндр. Альтернативный исполнительный механизм может представлять собой исполнительный механизм с резьбовым стрежнем, приводимый в действие электрическим двигателем, например. Кроме того, для увеличения крутящего момента на исполнительном механизме с резьбовым стержнем может быть использована зубчатая передача. Режущий элемент 130 соединен с поршневым штоком (не показан) этого гидравлического цилиндра 120. Режущий инструмент 100 также содержит дополнительный исполнительный механизм 150, функция которого будет раскрыта далее. Режущий инструмент 100 также оснащен плавучим элементом 160, наличие которого не обязательно, но целесообразно в случае, когда режущий инструмент 100 используется под водой. Очевидно, что режущий инструмент 100 будет иметь значительный вес, а плавучий элемент 160 может быть использован для компенсации этого веса и увеличения, тем самым, маневренности режущего инструмента 100. Плавучий элемент 160 может также содержать систему управления, которая может быть соединена с ПАДУ (не показан), который манипулирует режущим инструментом 100. Сверху режущего инструмента 100 предусмотрен подъемный захват 170, который будет более подробно раскрыт далее. Для облегчения манипулирования со стороны ПАДУ, режущий инструмент 100 оснащен ручкой 180. В варианте осуществления, проиллюстрированном на чертежах, показан только один плавучий элемент 160, хотя может быть предусмотрено более одного такого элемента, которые распределены по режущему инструменту 100 для обеспечения точной регулировки плавучести режущего инструмента 100.
На фиг. 4 на виде снизу показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1. На этой стороне инструмента продемонстрированы некоторые другие его признаки.
Во-первых, предусмотрено по меньшей мере одно сварочное устройство 190. Сварочное устройство 190 не является обязательным для операции резания, но оно может быть использовано для герметизации скважины более качественным образом. Режущий инструмент 100 согласно настоящему изобретению может быть использован для разрезания уже закупоренной скважины, причем в этом случае герметизация не является столь важной. Однако, настоящее изобретение предоставляет возможность объединения закупоривания и разрезания, что будет более подробно пояснено далее. В таких вариантах осуществления, герметизация трубчатой конструкции после разрезания имеет большое значение и в таких сценариях наличие сварочного устройства 190 является полезным.
Само собой разумеется, что вместо установки сварочного устройства 190 на режущем инструменте 100, можно предусмотреть отдельный сварочный инструмент (не показан). В этой связи, наличие сварочного устройства 190 не обязательно для настоящего изобретения, но такой вариант осуществления является предпочтительным.
Второй признак режущего инструмента 100, продемонстрированный на фиг. 4, состоит в наличии роющего устройства 195. Данное роющее устройство 195 также не является обязательным, и оно может быть предусмотрено в виде отдельного инструмента. Тем не менее, наличие роющего устройства 195 является целесообразным, поскольку оно способствует ускорению процесса резания в месте ниже исходного уровня морского дна. Данный процесс будет более подробно пояснен далее.
На фиг. 5 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1, при этом его полость 50 закрыта. На данном чертеже проиллюстрирован важный признак режущего инструмента 100, в частности - наличие реактивного элемента 140. Реактивный элемент 140 образован поршневым штоком упомянутого ранее дополнительного исполнительного механизма 150. В результате приведения в действие этого дополнительного исполнительного механизма 150, появляется указанный реактивный элемент 140 и эффективно закрывает полость 50. В то время как режущий элемент 130 предусмотрен с первой стороны полости 50, реактивный элемент 140 расположен на второй, противоположной стороне полости 50. В данном варианте осуществления положение поршневого штока (реактивного элемента) 140 блокируется, когда дополнительный исполнительный механизм 150 находится в полностью выдвинутом положении, так что сила, прикладываемая к реактивному элементу 140, не приводит к изгибанию поршневого штока. Это можно обеспечить за счет выполнения в корпусе 110 инструмента углубления (не показано), в которое вставляется конец поршневого штока 140 при полном выдвижении поршневого штока 140. Реактивный элемент 140 может быть оснащен дополнительным режущим элементом 145 для содействия в разрезании трубчатой конструкции. В этом положении дополнительного исполнительного механизма 150 режущий инструмент 100 готов к разрезанию трубчатой конструкции.
На фиг. 6 на виде сверху показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 5, причем его полость 50 закрыта, а режущий элемент 130 на исполнительном механизме 120 находится в полностью выдвинутом положении. Это положение соответствует положению после осуществления движения резания. Здесь можно видеть поршневой шток 125 исполнительного механизма 120. На чертеже четко показано, что понимается под поступательным движением резания невращающегося режущего элемента 130, то есть, то, что режущий элемент 130 совершает только поступательное движение через полость без вращения во время разрезания. На фиг. 5 и 6 также видно, что с одной стороны полости 50 имеется направляющая 135 для направления режущего элемента 130, когда он совершает поступательное движение во время разрезания. Эта направляющая 135 не является обязательной, хотя она препятствует вращению режущего элемента 130 во время разрезания.
На фиг. 7 на виде спереди показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1. На фиг. 8 на виде сбоку показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1. На этих чертежах подъемный захват 170 и ручка 180 показаны более подробно. Подъемный захват 170 содержит две неподвижные точки 171 подъема в виде колец, и одну регулируемую соединительную точку 172 подъема. Эти три точки 171, 172 подъема обеспечивают устойчивый подъем посредством трехточечного подъемного троса (не показан) крана (не показан). На фиг. 9 в изометрии показан мобильный режущий инструмент 100 с фиг. 1, после подъема с помощью подъемного троса 999.
На фиг. 10-15 проиллюстрированы различные шаги способа восстановления устья скважины согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 10 показан мобильный режущий инструмент 100 после того, как его извлекли с помощью крана (не показан) из контейнера 200, который расположен на судне 500, и опускают через так называемую буровую шахту 510 на судне в море к морскому дну.
На фиг. 11 показан следующий шаг способа, на котором мобильный режущий инструмент 100 соединяют с ПАДУ 600 под водой. При этом ПАДУ 600 соединен с поверхностью посредством омбилической колонны 610 труб традиционным образом. ПАДУ 600 соединяется с режущим инструментом 100 посредством своих роботизированных рук 620 (манипуляторов), выполненных с возможностью захвата ручки (показана не четко) режущего инструмента 100. После этого шага способа, подъемный трос 999 отделяют от режущего инструмента 100. ПАДУ 600 будет управлять всеми средствами связи и соединениями, то есть, система будет функционировать за счет системы управления ПАДУ и так называемой системы закладки «Dirty Раек».
На фиг. 12 проиллюстрирован следующий шаг способа, на котором ПАДУ 600 перемещает мобильный режущий инструмент 100 к устью скважины 800 для восстановления. Целевым положением является положение, при котором обсадная труба 810 скважины 820 находится ниже устья 800 скважины. Морское дно не показано на данном чертеже.
На фиг. 13 проиллюстрирован следующий шаг способа, на котором мобильный режущий инструмент 100 окружил обсадную трубу 810. На этом шаге способа в морском дне 900 посредством выбрасываемой струи может быть выполнен колодец, что позволит разрезать обсадную трубу 810 ниже уровня морского дна 900. Данный процесс будет раскрыт со ссылкой на фиг. 16. Вместо режущего инструмента 100, образующего колодец посредством выбрасываемой струи, для решения данной задачи можно использовать ПАДУ.
На фиг. 14 проиллюстрирован следующий шаг способа, на котором дополнительный исполнительный механизм 150 приводят в действие для закрытия полости 50 с помощью реактивного элемента 140. Мобильный режущий инструмент 100 теперь готов к разрезанию.
На фиг. 15 проиллюстрирован следующий шаг способа, на котором осуществляют операцию разрезания. Мобильный режущий инструмент 100 обеспечивает разрезание обсадной трубы 810 менее чем за 5 минут. На чертеже показана оставшаяся часть 810' обсадной трубы, которая выдается над морским дном. На чертеже устье скважины уже поднято обратно к поверхности.
На последнем шаге (не проиллюстрирован на чертежах) мобильный режущий инструмент и ПАДУ извлекают и возвращают на судно, где режущий инструмент 100 будет вымыт под высоким давлением и помещен обратно в контейнер для следующего использования.
Желательно разрезать обсадную трубу так, чтобы над морским дном 900 не было видно оставшуюся часть 810'. На фиг. 16 проиллюстрирован шаг способа извлечения устья скважины согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором решается данная задача. Мобильный режущий инструмент 100 в данном варианте осуществления оснащен роющим устройством (не показано) с нижней его стороны. В данном примере оно представляет собой устройство для гидроструйного размыва, которое создает кумулятивная струя 195JS, как показано на чертеже стрелкой. Эта кумулятивная струя 195JS выроет колодец или отверстие 910 в морском дне 900, так что произойдет высвобождение части обсадной трубы 810, которая находится под исходным уровнем 900LV морского дна. Следует понимать, что вместо выполнения колодца или отверстия 910 с помощью выбрасываемой струи, также может быть использовано всасывание или механическое выкапывание.
Режущий инструмент и способ согласно настоящему изобретению прошли соответствующие испытания. На фиг. 17 показана гибкая водоотделяющая колонна, которая была разрезана с помощью мобильного режущего инструмента и в ходе способа согласно настоящему изобретению. Водоотделяющая колонна имеет внутренний диаметр 8 дюймов (=203,2 мм). На фиг. 18 показана колонна бурильных труб, которая была разрезана с помощью мобильного режущего инструмента согласно настоящему изобретению. Разрез был выполнен в месте стыка, где колонна бурильных труб имеет большую толщину. Бурильная труба имела диаметр 6,625 дюймов (=168, 275 мм).
На фиг. 19 продемонстрирован принцип холодной сварки согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Ранее уже пояснялось, что во многих ситуациях режущий инструмент 100 согласно настоящему изобретению будет приводить к сжатию трубчатой конструкции 810, например, обсадной трубы скважины ниже устья скважины, как показано на фиг. 19а, когда трубчатая конструкция 810 сжимается и, в итоге, разрезается в конкретном месте L1. Полученной в результате этого конструкцией является оставшаяся часть 810' обсадной трубы, которая показана на фиг. 19b. При этом может быть, что эта оставшаяся часть 810' уже закрыта, то есть, имеет холодносварное соединение. На фиг. 19b показано, что эффект холодной сварки может быть усилен за счет сжатия конструкции во втором месте L2 немного ниже места L1 разреза. Важно, что оставшаяся часть 810' полностью не разрезается за этот второй проход. Результирующая конструкция, т.е. надлежащим образом соединенная холодной сваркой оставшаяся часть 810'' обсадной трубы схематично показана на фиг. 19с.
На фиг. 20 проиллюстрирован принцип горячей сварки согласно настоящему изобретению. Конструкция с фиг. 20а по сути аналогична конструкции с фиг. 19b. Отличие заключается в дальнейшей обработке этой конструкции. Вместо осуществления последующего шага сжатия выполняют шаг (горячей) сварки, который схематично показан в виде значка молнии 190W. При этом различные технологии доказали свою применимость под водой: дуговая сварка экранированным металлом электродом, дуговая сварка порошковой проволокой и дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде защитного газа. Однако, весьма вероятно, что также могут быть применены и другие технологии, например, магнитно-импульсное уплотнение, раскрытое, например, в документе US 5,188,177. После осуществления этих шагов, остается конструкция, горячесваренная/уплотненная оставшаяся часть 810'' обсадной трубы, показанная на фиг. 20b.
Преимущество холодной и горячей сварки обсадной трубы, как показано на фиг. 19 и 20, состоит в том, что они позволяют исключить закупоривание скважины до удаления устья скважины, что обеспечивает экономию дополнительных эксплуатационных расходов и времени.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, при этом специалисты в данной области техники смогут спроектировать множество альтернативных вариантов осуществления, подпадающих под объем защиты прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, любые номера позиций, указанные в скобках, не следует рассматривать как ограничивающие пункт формулы. Использование глагола «содержать» и его производных не исключают наличия элементов или шагов, отличных от тех, что изложены в пункте формулы. Форма единственного числа, употребляемая применительно к элементу, не исключают наличия множества таких элементов. Тот факт, что определенные признаки упомянуты в различных зависимых пунктах формулы, не означает, что альтернативно не может быть использована предпочтительная комбинация таких признаков.
1. Мобильный режущий инструмент (100) для разрезания подводной трубчатой конструкции (810), содержащий:
- корпус (110) инструмента, выполненный с возможностью приема в свою полость (50) подводной трубчатой конструкции (810),
- исполнительный механизм (120), установленный на корпусе (110) инструмента с одной стороны (S1) полости,
- невращающийся режущий элемент (130), предусмотренный на исполнительном механизме (120), причем исполнительный механизм (120) с режущим элементом (130) выполнен с возможностью совершать поступательное движение резания через полость (50), вмещающую подводную трубчатую конструкцию (810), и
- реактивный элемент (140), установленный на противоположной стороне (S2) полости (50) корпуса (110) инструмента, напротив режущего элемента (130), для приложения реактивной силы к подводной трубчатой конструкции (810) во время резания,
причем реактивный элемент (140) образует часть дополнительного исполнительного механизма (150), при этом реактивный элемент (140) предусмотрен на поршневом штоке или резьбовом стержне дополнительного исполнительного механизма (150) или выполнен интегрально с указанным штоком или стержнем, причем указанный дополнительный исполнительный механизм (150) выполнен с возможностью открытия и закрытия указанной полости (50) для приема указанной подводной трубчатой конструкции (810).
2. Мобильный режущий инструмент (100) по п. 1, в котором исполнительный механизм (120) содержит цилиндр, например, гидравлический цилиндр или исполнительный механизм с резьбовым стержнем.
3. Мобильный режущий инструмент (100) по п. 2, в котором реактивный элемент (140) оснащен дополнительным режущим элементом (145), направленным к невращающемуся режущему элементу (130) для облегчения процесса резания.
4. Мобильный режущий инструмент по любому из пп. 1-3, в котором дополнительный исполнительный механизм (150) содержит дополнительный цилиндр, например, дополнительный гидравлический цилиндр или исполнительный механизм с резьбовым стержнем.
5. Мобильный режущий инструмент (100) по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащий по меньшей мере один плавучий элемент (160) для управления плавучестью мобильного режущего инструмента (100) в случае использования мобильного режущего инструмента (100) под водой.
6. Мобильный режущий инструмент (100) по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий по меньшей мере одно роющее устройство (195) для врывания в морское дно (900), чтобы высвободить большую длину трубчатой конструкции (810), проходящей через морское дно (900).
7. Мобильный режущий инструмент (100) по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащий по меньшей мере одно сварочное устройство (190) для сварки подводной трубчатой конструкции (810') после ее разрезания.
8. Мобильный режущий инструмент (100) по п. 7, в котором сварочное устройство (190) выбрано из группы, содержащей: устройство для дуговой сварки экранированным металлом электродом, устройство для дуговой сварки порошковой проволокой и устройство для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа.
9. Мобильный режущий инструмент по любому из пп. 1-8, в котором данный мобильный режущий инструмент (100) оснащен ручкой (180) для соединения с подводным транспортным средством (600), таким как подводный аппарат с дистанционным управлением (ПАДУ), и манипулирования посредством указанного средства.
10. Подводная система (100, 600) для разрезания подводной трубчатой конструкции (810), содержащая:
- подводное транспортное средство (600), и
- мобильный режущий инструмент (100) по любому из пп. 1-9, причем мобильный режущий инструмент (100) связан с подводным транспортным средством (600).
11. Подводная система по п. 10, в которой подводное транспортное средство (600) содержит ПАДУ.
12. Способ разрезания подводной трубчатой конструкции (810), содержащий следующие шаги:
- обеспечивают мобильный режущий инструмент (100) по любому из пп. 1-9,
- размещают мобильный режущий инструмент (100) в положении резания снаружи подводной трубчатой конструкции (810),
- фиксируют положение мобильного режущего инструмента (100) относительно подводной трубчатой конструкции (810), и
- приводят в действие мобильный режущий инструмент (100) для разрезания подводной трубчатой конструкции (810) в ходе поступательного движения по меньшей мере одного режущего элемента (130).
13. Способ извлечения подводного устья (800) скважины из обсадной трубы (810) скважины (820), причем указанный способ включает в себя способ по п. 12.
14. Способ по п. 13, в котором подводная трубчатая конструкция (810) содержит обсадную трубу устья (800) скважины между морским дном (900) и устьем (800) скважины, причем на шаге размещения мобильного режущего инструмента (100) данный мобильный режущий инструмент (100) устанавливают снаружи обсадной трубы (810) и ниже устья (800) скважины, при этом на шаге приведения в действие мобильного режущего инструмента (100), устье (800) скважины отделяют от скважины (820).
15. Способ по п. 14, дополнительно содержащий шаг врывания в морское дно (900) для высвобождения большей длины обсадной трубы (810), чтобы обеспечить возможность разрезания обсадной трубы (810) ниже исходного уровня (900LV) морского дна (900).
16. Способ по п. 15, в котором на шаге размещения мобильного режущего инструмента (100) мобильный режущий инструмент (100) устанавливают ниже исходного уровня (900LV) морского дна (900).
17. Способ по любому из пп. 12-16, дополнительно содержащий шаг сваривания подводной трубчатой конструкции (810') после ее разрезания.
18. Способ по любому из пп. 12-17, в котором размещение мобильного режущего инструмента (100) осуществляют с помощью подводного транспортного средства (600), например ПАДУ.
19. Способ по любому из пп. 12-18, дополнительно содержащий, перед шагом размещения мобильного режущего инструмента (100) в положении резания, шаг, на котором мобильный режущий инструмент (100) опускают с морской поверхности в море с помощью подъемного инструмента, например крана.
