Патент на изобретение №2272123

(54) УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для герметизации устья нефтяных и газовых скважин для предотвращения выбросов и открытых фонтанов. Обеспечивает повышение надежности работы и расширение эксплуатационных возможностей устройства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с центральным сквозным каналом конической формы для пропуска труб с электрокабелем; вставной герметизатор с верхним и нижним дисками, между которыми расположен уплотнительный элемент в виде усеченного конуса, взаимодействующий с центральным сквозным каналом корпуса. В дисках и уплотнительном элементе выполнено эксцентричное сквозное отверстие и сквозной продольный паз. Корпус имеет верхний и нижний фланец с кольцевыми канавками для уплотнительных прокладок. Вставной герметизатор выполнен разъемным по диаметральной плоскости, проходящей через центры сквозного отверстия и сквозного продольного паза, и состоит из двух половин, шарнирно соединенных между собой. Каждая половина нижнего и верхнего дисков вставного герметизатора и уплотнительного элемента соединены между собой винтовым соединением с поджимной гайкой. На поверхности разъема каждой половины уплотнительного элемента выполнены выступы и впадины, например, треугольной формы, совпадающие в рабочем положении друг с другом. Узел фиксации вставного герметизатора в корпусе выполнен в виде подвижных цилиндров с винтовым приводом, размещенных в радиальных отверстиях верхнего фланца и взаимодействующих с опорными поверхностями верхнего диска. Уплотнительный элемент, взаимодействующий сквозным отверстием с трубами, содержит сменный разрезной уплотнитель электрокабеля, установленный в полости, выполненной внутри сквозного продольного паза. 6 ил.

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для герметизации устья нефтяных и газовых скважин с целью предотвращения выбросов и открытых фонтанов при совместном спуске и подъеме труб с геофизическим кабелем или с кабелем питания электрического центробежного насоса (ЭЦН), которые расположены снаружи труб.

Известно устройство для герметизации устья скважины (SU 1836541, Е 21 В 33/03), содержащее корпус с фланцами с отверстием для пропуска труб с технологическим оборудованием и герметизирующую вставку в виде конусной муфты с уплотнительным элементом.

Недостатком известного устройства является невозможность его применения для герметизации спущенной в скважину трубы с кабелем ЭЦН.

Известно устройство герметизации устья скважины (RU 2 160 354, МКИ Е 21 В 33/03), включающее:

– полый цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием и электрокабелем, содержащий верхний фланец и нижний фланец с кольцевой канавкой для уплотнительной прокладки;

– герметизирующую вставку с патрубком и шаровым краном в верхней части и резьбовым патрубком для соединения с трубами в нижней части, опорной конической канавкой и разрезным уплотнительным элементом, эксцентрично расположенным относительно оси подъемных труб, взаимодействующим с центральным сквозным каналом корпуса и имеющим продольный паз с прорезью для размещения и герметизации электрокабеля;

– узел фиксации герметизирующей вставки в корпусе, выполненный в виде подвижных цилиндров с винтовым приводом, размещенных в радиальных отверстиях верхнего фланца и взаимодействующих с опорной конической канавкой;

– причем уплотнительный элемент имеет дополнительную прорезь для установки его на герметизирующую вставку и продольный разрезной паз для размещения электрокабеля,

– а опорная часть цилиндрических фиксаторов имеет форму поверхности, совпадающей в зафиксированном положении с формой поверхности опорной конической канавки.

Недостатком известного устройства являются повышенная трудоемкость применения в случае необходимости герметизации устья скважины при возникновении выбросов бурового раствора и нефтегазопроявлениях. Это объясняется тем, что процесс установки герметизирующей вставки в корпус известного устройства при спущенных в скважину трубах с электрокабелем включает выполнение следующих обязательных операций:

– установку колонны спускаемых/поднимаемых труб с элеватором на верхний фланец корпуса устройства;

– свинчивание нижнего патрубка герметизирующей вставки с муфтой верхней трубы;

– установку на герметизирующей вставке разрезного уплотнительного элемента с вводом электрокабеля в продольный паз с прорезью;

– соединение крюкоблока буровой установки с элеватором, установленным на верхнем патрубке;

– подъем колонны труб с герметизирующей вставкой и демонтаж элеватора, установленного на верхнем фланце корпуса устройства;

– спуск колонны труб с герметизирующей вставкой и электрокабелем в центральный сквозной канал корпуса устройства;

– закрепление герметизирующей вставки в корпусе винтовыми фиксаторами.

Выполнение комплекса перечисленных операций, особенно в зимнее время при низкой температуре окружающего воздуха, когда материал уплотнительного элемента значительно снизит свою эластичность, и монтаж его на герметизирующей вставке будет затруднен, требует значительных временных затрат. Это в случае начавшегося нефтегазопроявления, где счет времени действий буровой бригады идет на минуты и даже секунды, не обеспечит оперативности герметизации устья и может привести к открытому фонтану.

Известное устройство не обеспечивает достаточной надежности герметизации устья, что обусловлено плоской конфигурацией и малой площадью контакта поверхностей разреза, как самого уплотнительного элемента, так и продольного паза, охватывающего электрокабель. Поэтому возможна ситуация, особенно в зимнее время, когда из-за температурных деформаций и связанных с этим уменьшением объема и линейных размеров уплотнительного элемента, возможна потеря герметичности в месте плоского стыка разрезанных поверхностей, что повлечет за собой пропуски скважинной среды при повышении давления на ее устье. А поскольку скважинные флюиды (нефть, газ и вода), как правило, несут в своем составе частицы твердой фазы, в основном – песок, обладающий значительными абразивными свойствами, то в месте пропуска флюида за счет абразивного износа, как металла, так и эластичного материала уплотнительного элемента могут образоваться значительные зазоры. Вследствие этого незначительные пропуски флюида, прогрессируя, через некоторое время могут перейти в нефтегазопроявления, а затем и в открытый фонтан. Причем из-за отсутствия на верхнем фланце кольцевой канавки под уплотнительное кольцо, а также из-за негерметичной установки фиксаторов в радиальных отверстиях верхнего фланца, на известное устройство невозможно установить дополнительное противовыбросовое оборудование с целью ликвидации возникшего фонтана, что также ограничивает и эксплуатационные возможности известного устройства.

Таким образом, известное устройство обладает низкой надежностью и ограниченными эксплуатационными возможностями.

Задачей изобретения является создание устройства для герметизации устья скважины, лишенного перечисленных недостатков.

Техническим результатом решения этой задачи является повышение надежности работы, расширение эксплуатационных возможностей и, как следствие, повышение надежности герметизации устья скважины при проведении работ, связанных с выполнением спускоподъемных операций с колонной труб и электрокабелем.

Для обеспечения этих результатов известное устройство для герметизации устья скважины, включающее:

– корпус с центральным сквозным каналом конической формы для пропуска труб с электрокабелем, содержащий верхний фланец и нижний фланец с кольцевой канавкой для уплотнительной прокладки;

– вставной герметизатор, содержащий верхний и нижний диски, между которыми расположен уплотнительный элемент в виде усеченного конуса, взаимодействующий с центральным сквозным каналом корпуса, имеющий сквозное продольное отверстие, эксцентрично расположенное относительно наружной поверхности, и сквозной продольный паз;

– узел фиксации вставного герметизатора в корпусе, выполненный в виде подвижных цилиндров с винтовым приводом, размещенных в радиальных отверстиях верхнего фланца и взаимодействующих с опорными поверхностями верхнего диска;

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

– вставной герметизатор выполнен разъемным по диаметральной плоскости, проходящей через центры сквозного отверстия и сквозного продольного паза, и состоит из двух половин, шарнирно соединенных между собой;

– каждая половина нижнего и верхнего дисков вставного герметизатора и уплотнительного элемента соединены между собой винтовым соединением с поджимной гайкой;

– на поверхности разъема одной половины уплотнительного элемента выполнены выступы и впадины, например, треугольной формы, совпадающие в рабочем положении с ответными впадинами и выступами, выполненными на поверхности разъема другой половины уплотнительного элемента;

– уплотнительный элемент, взаимодействующий сквозным отверстием с трубами, содержит сменный разрезной уплотнитель электрокабеля, установленный в полости, выполненной внутри сквозного продольного паза;

– причем на верхнем фланце корпуса выполнена кольцевая канавка для уплотнительной прокладки.

На фиг.1 показан общий вид заявляемого устройства в рабочем положении, на фиг.2 – вид сверху на вставной герметизатор, на фиг.3 – разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 – вид Б на фиг.2, на фиг.5 – вид В на фиг.2, на фиг.6 – вид сверху на вставной герметизатор в раскрытом положении для монтажа или демонтажа на трубу и электрокабель.

Заявляемое устройство для герметизации устья скважины (фиг.1) включает корпус 1 с центральным сквозным каналом 2 конической формы для пропуска труб 3 с электрокабелем 4. Сверху и снизу корпус оборудован фланцами 5 и 6, на которых выполнены кольцевые канавки 7 под уплотнительные прокладки (не показаны).

Вставной герметизатор 8 (фиг.1 и 2) содержит верхний диск 9 и нижний диск 10, между которыми расположен уплотнительный элемент 11 в виде усеченного конуса, взаимодействующий с центральным сквозным каналом 2 корпуса 1. В дисках 9 и 10 и уплотнительном элементе 11 выполнено эксцентричное сквозное отверстие 12 и сквозной продольный паз 13, расположенный в одной диаметральной плоскости со сквозным отверстием 12. Вставной герметизатор 8 (фиг.2, 4, 5 и 6) выполнен разъемным по диаметральной плоскости, проходящей через центры сквозного отверстия 12 и сквозного продольного паза 13, и состоит из двух половин 14 и 15, шарнирно соединенных между собой осями 16. Каждая половина нижнего 10 и верхнего 9 дисков и уплотнительного элемента 11 соединены между собой винтовым соединением 17 с поджимной гайкой 18. На поверхности разъема 19 половины 14 уплотнительного элемента 11 выполнены выступы и впадины 20, например, треугольной формы, совпадающие в рабочем положении с ответными впадинами и выступами, выполненными на поверхности разъема 19 половины 15 уплотнительного элемента 11.

Внутри сквозного продольного паза 13 уплотнительного элемента 11 выполнена полость 21, в которой установлен сменный уплотнитель 22 электрокабеля 4. Сменный уплотнитель 22 имеет разрез 23 от наружной поверхности до сквозного отверстия под электрокабель 4.

Узел фиксации вставного герметизатора 8 в корпусе 1 (фиг.1) выполнен в виде подвижных цилиндров 24 с винтовым приводом 25, которые размещены в радиальных отверстиях 26 верхнего фланца 5 и снабжены уплотнительными кольцами 27. На трубе 3 и электрокабеле 4 в ставной герметизатор 8 фиксируется защелкой 28.

Заявляемое устройство для герметизации устья скважины работает следующим образом. В положении, показанном на фиг.1, корпус 1 без вставного герметизатора 8 нижним фланцем 6 монтируется на верхний фланец устьевого оборудования (не показан). Герметичность соединения обеспечивается уплотнительной прокладкой, устанавливаемой в кольцевую канавку 7. Во вставной герметизатор 8 устанавливают уплотнительный элемент 11, сквозное продольное отверстие 12 которого соответствует диаметру труб 3, предполагаемых к спуску или подъему из скважины, и подготавливают сменный разрезной уплотнитель 22, по размерам отверстия соответствующий типоразмеру электрокабеля 4.

Через центральный сквозной канал 2 осуществляют спуск или подъем труб 3 с технологическим оборудованием и электрокабелем 4. При возникновении из скважины перелива раствора или нефтегазопроявления спускаемую или поднимаемую трубу 3 подвешивают на крюкоблок буровой установки (не показан) и приподнимают из скважины вместе с электрокабелем 4 на 0,5 -1 метр.

На электрокабель 4 устанавливают сменный разрезной уплотнитель 22 (фиг.6) и, раздвинув на шарнирах 16 половины вставного герметизатора 8, монтируют последний на трубе 3. При этом сменный разрезной уплотнитель 22 размещается в полости 21 уплотнительного элемента 11, труба 3 – в эксцентричном сквозном отверстии 12, а электрокабель 4 – в сквозном продольном пазе 13, после чего вставной герметизатор 8 фиксируется в собранном положении на трубе 3 и электрокабеле 4 защелкой 28. Далее вместе с трубой 3 и электрокабелем 4 вставной герметизатор 8 спускают, заводя его в центральный сквозной канал 2 корпуса 1, и вращением винтовых приводов 25 перемещают подвижные цилиндры 24, фиксируя вставной герметизатор 8 в центральном сквозном канале 2.

Таким образом, по сравнению с прототипом за счет разъемной конструкции вставного герметизатора 2 значительно уменьшается время его монтажа на трубе 3 и электрокабеле 4, а также временные затраты на установку вставного герметизатора 2 в корпус 1, чем повышается оперативность действий буровой бригады по герметизации устья скважины при возникновении перелива раствора или нефтегазопроявления из скважины.

Благодаря взаимодействию уплотнительного элемента 11, выполненного в виде усеченного конуса, с конической поверхностью центрального сквозного канала 2, взаимодействию поверхности эксцентричного сквозного отверстия 12 с поверхностью трубы 3, взаимодействию поверхности отверстия сменного разрезного уплотнителя 22 с поверхностью электрокабеля 4, взаимодействию наружной поверхности сменного разрезного уплотнителя 22 с поверхностью выемки 21 и взаимодействию поверхностей разъема 19 уплотнительного элемента 11 между собой осуществляется герметичное перекрытие устья скважины. При повышении давления и возникновения пропусков скважинных флюидов осуществляют стягивание дисков 9 и 10 между собой вращением поджимных гаек 18 на винтовых соединениях 17, механически увеличивая давление на уплотнительный элемент 11 и сменный уплотнитель 22. Благодаря этому устраняются зазоры в контактах их поверхностей с поверхностями центрального сквозного канала 2, трубы 3 и электрокабеля 4, а также между собой, и устраняются пропуски скважинных флюидов, чем обеспечивается повышение надежности работы заявляемого устройства. Этому же способствует выполнение на поверхностях разъема 19 половин 14 и 15 уплотнительного элемента 11 выступов и впадин, например, треугольной формы 20, совпадающих в рабочем положении между собой и увеличивающих площадь контакта на поверхностях разъема уплотнительного элемента 11.

Для установки дополнительного противовыбросового оборудования на заявляемое устройство, например, превентора, герметичность монтажа обеспечивается уплотнительной прокладкой, герметизирующей соединение превентора с корпусом 1, установленной в кольцевую канавку 7 на верхнем фланце 5. А снабжение подвижных цилиндров 24 уплотнительными кольцами 27 обеспечивает их герметизацию в контакте с радиальными отверстиями 26. Благодаря этому расширяются эксплуатационные возможности заявляемого устройства.

Формула изобретения

Устройство герметизации устья скважины, включающее корпус с центральным сквозным каналом конической формы для пропуска труб с электрокабелем, содержащий верхний фланец и нижний фланец с кольцевой канавкой для уплотнительной прокладки; вставной герметизатор, содержащий верхний и нижний диски, между которыми расположен уплотнительный элемент в виде усеченного конуса, взаимодействующий с центральным сквозным каналом корпуса, имеющий сквозное продольное отверстие, эксцентрично расположенное относительно наружной поверхности, и сквозной продольный паз; узел фиксации вставного герметизатора в корпусе, выполненный в виде подвижных цилиндров с винтовым приводом, размещенных в радиальных отверстиях верхнего фланца и взаимодействующих с опорными поверхностями верхнего диска, отличающееся тем, что вставной герметизатор выполнен разъемным по диаметральной плоскости, проходящей через центры сквозного отверстия и сквозного продольного паза, и состоит из двух половин, шарнирно соединенных между собой; каждая половина нижнего и верхнего дисков вставного герметизатора и уплотнительного элемента соединены между собой винтовым соединением с поджимной гайкой; на поверхности разъема одной половины уплотнительного элемента выполнены выступы и впадины, например, треугольной формы, совпадающие в рабочем положении с ответными впадинами и выступами, выполненными на поверхности разъема другой половины уплотнительного элемента; уплотнительный элемент, взаимодействующий сквозным отверстием с трубами, содержит сменный разрезной уплотнитель электрокабеля, установленный в полости, выполненной внутри сквозного продольного паза, причем на верхнем фланце корпуса выполнена кольцевая канавка для уплотнительной прокладки.

РИСУНКИ