Патент на изобретение №2274727

(54) ПРЕВЕНТОР (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметизации устья скважин. Сущность изобретения: превентор содержит корпус с вертикальным осевым каналом диаметром d, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости. Трубные плашки для взаимодействия с уплотняемой поверхностью размещены в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных каналах корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала. Шиберная пластина размещена в направляющих, выполненных в корпусе. Имеются механизмы перемещения плашек и шиберной пластины. В одном из вариантов направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены Т-образно в одной плоскости. Шиберная пластина расположена с возможностью взаимодействия с уплотняемой поверхностью попеременно с трубными плашками. В другом варианте направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены в одной плоскости и соосны. Шиберная пластина расположена в дополнительной полости, выполненной в одном из боковых горизонтальных каналов корпуса за трубной плашкой, и соединена с ней. В другом боковом горизонтальном канале корпуса за трубной плашкой выполнена дополнительная полость, осевая длина которой составляет не менее D-1/2d. Механизмы перемещения шиберной пластины и трубной плашки объединены. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для герметизации устья с целью предотвращения нефтегазопроявлений и открытых фонтанов при бурении и ремонте скважин.

Известен гидравлически управляемый превентор (патент США № 5505426; МПК⁶ Е 21 В 33/06, опубл. 09.04.1996), включающий корпус с центральным осевым отверстием и двумя ярусами горизонтальных полостей, в которых размещены плашки со сменными уплотнителями, размещенными в пазах, выполненных в корпусе плашек, установленные снаружи корпуса соосно горизонтальным полостям боковые патрубки, в которых размещены механизмы перемещения плашек, включающие гидроцилиндры, резьбовые штоки, взаимодействующие с гайками боковых патрубков, уплотнения и штурвалы ручного управления.

Недостатком известного превентора является значительный габарит по высоте ввиду того, что плашки различного назначения (глухие для полного перекрытия центрального осевого отверстия и трубные для герметизации труб различных типоразмеров) расположены в ярусно размещенных по вертикали относительно корпуса боковых патрубках. Тем самым превентор, установленный на устье скважины под вышечным блоком буровой установки, увеличивает высоту компоновки устьевого противовыбросового оборудования (ПВО), а это обстоятельство ввиду расположения последнего под полом вышечного блока вынуждает увеличивать высоту его оснований. А так как с вышечным блоком кинематически связан приводной блок с дизелями или электродвигателями, от которых через коробку скоростей, цепные редукторы и карданные передачи вращение передается на лебедку и ротор, расположенные на вышечном блоке, подъем последнего на необходимую высоту вынуждает поднимать и приводной блок буровой установки. Одновременно с этим возникает необходимость подъема блока с доливной емкостью, и увеличивается длина козырька от приемных мостков на вышечный блок. В конечном счете все это повышает стоимость монтажа буровой установки и увеличивает металлоемкость оснований для блоков буровой установки.

Известен многозапорный превентор Пшеничного (патент RU №2013520 С1, МПК⁵ Е 21 В 33/06, опубл. 30.05.1994), включающий:

– корпус с центральным осевым отверстием и горизонтальными полостями, расположенными в одной плоскости,

– установленный соосно с центральным осевым отверстием сменный цоколь с переменными внутренним и наружным диаметрами,

– установленные с возможностью перемещения в горизонтальных полостях комбинированные плашки цилиндрической формы, содержащие верхний и нижний ярусы уплотнений,

– нижние из которых взаимодействуют с цоколем, а верхние – между собой или между собой и герметизируемой трубой,

– размещенные в боковых патрубках, присоединенных к корпусу соосно горизонтальным полостям, механизмы перемещения плашек, включающие резьбовые штоки, гайки, уплотнения и маховики (2).

Недостатком известного превентора являются значительные габариты в горизонтальной плоскости из-за равномерно расположенных вокруг корпуса боковых патрубков, радиальный габарит которых дополнительно увеличивается боковыми патрубками с механизмами привода плашек. Тем самым ухудшается доступ к его узлам и механизмам, увеличивается трудоемкость ремонта и технического обслуживания известного превентора.

Кроме того, при наличии в спускаемой или поднимаемой компоновке бурильной колонны элементов с различными наружными диаметрами, в том числе: нескольких типоразмеров бурильных труб, утяжеленных бурильных труб, турбобура (винтового двигателя), центраторов, стабилизаторов и долота, известный превентор не может обеспечить ни осуществление спуско-подъемных операций, ни герметизации устья, так как по мере спуска-подъема элементов компоновки, отличающихся наружными диаметрами, необходима смена цоколя с переменными внутренним и наружными диаметрами, для чего превентор должен быть демонтирован с устья. Тем самым увеличиваются трудозатраты и время подготовки известного превентора к использованию.

Существенным недостатком известного превентора является низкая надежность работы, обусловленная замкнутым объемом (“карманом”), образованным в горизонтальной полости сменным цоколем и плашками, при этом высота “кармана” равна высоте сменного цоколя. В процессе бурения при промывке скважины в этот “карман” будут выпадать и осаждаться твердая фаза циркулирующего бурового раствора, шлам и посторонние предметы, неминуемо присутствующие в буровом растворе. Поэтому при перемещении плашек для герметизации устья скважины ярусы уплотнений не смогут сомкнуться ни с цоколем, ни друг с другом, поскольку этому будет препятствовать содержимое “кармана”. Отсутствие доступа сверху для регулярной очистки “кармана” перед применением превентора требует его разборки – демонтажа боковых патрубков с механизмами перемещения и извлечения плашек. Эта операция достаточно длительна и требует не менее получаса-часа работы, что в случае начавшегося выброса бурового раствора или нефтегазопроявления, где счет времени действий буровой бригады идет на минуты и даже секунды, не обеспечит оперативности герметизации устья и может привести к открытому фонтану.

Известен превентор (см. Описание полезной модели к патенту Российской Федерации RU № 35651, 7 Е 21 В 33/03, опубл. 27.01.2004 г. Бюл. № 3), содержащий:

– корпус с вертикальным осевым каналом, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность, расположенная в горизонтальной плоскости;

– трубные плашки, взаимодействующие с уплотняемой поверхностью и размещенные в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных полостях корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала;

– шиберную пластину, расположенную в направляющих, кинематически не связанных с трубными плашками и выполненных в дополнительном горизонтальном боковом канале корпуса, продольная ось которого расположена под некоторым углом ниже оси перемещения трубных плашек, и взаимодействующую с дополнительной уплотняемой поверхностью, выполненной в корпусе симметрично вертикальному осевому каналу и расположенной в горизонтальной плоскости;

– механизмы перемещения плашек и шиберной пластины (3).

Недостатком известного превентора является увеличенный габаритный размер по высоте ввиду того, что плоскости направляющих трубных плашек и шиберной пластины смещены по вертикали, что увеличивает высоту компоновки устьевого ПВО и затраты на монтаж буровой установки, во взаимодействии с которой эксплуатируется известный превентор. Кроме того, наличие дополнительного механизма перемещения шиберной пластины, а также дополнительной уплотняемой поверхности, с которой взаимодействует шиберная пластина, усложняет конструкцию известного превентора и, как следствие, уменьшает надежность его работы и увеличивает стоимость.

Задачей изобретения является создание технического решения превентора, лишенного перечисленных недостатков.

Техническими результатами решения этой задачи являются:

– упрощение конструкции и, как следствие, повышение надежности работы заявляемого превентора и уменьшение его стоимости;

– повышение монтажеспособности и уменьшение затрат на монтаж буровой установки, во взаимодействии с которой эксплуатируется заявляемый превентор.

Поставленная задача решается превентором, в одном из вариантов содержащем корпус с вертикальным осевым каналом диаметром d, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность, в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости, трубные плашки для взаимодействия с уплотняемой поверхностью и размещенные в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных каналах корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала, шиберную пластину, размещенную в направляющих, выполненных в корпусе, и механизмы перемещения плашек и шиберной пластины. Согласно изобретению направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены Т-образно в одной плоскости, при этом шиберная пластина размещена с возможностью взаимодействия с уплотняемой поверхностью попеременно с трубными плашками.

В другом варианте превентор содержит корпус с вертикальным осевым каналом диаметром d, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность, в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости, трубные плашки для взаимодействия с уплотняемой поверхностью и размещенные в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных каналах корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала, шиберную пластину, размещенную в направляющих, выполненных в корпусе, и механизмы перемещения плашек и шиберной пластины. Согласно изобретению направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены в одной плоскости и соосны, шиберная пластина расположена в дополнительной полости, выполненной в одном из боковых горизонтальных каналов корпуса за трубной плашкой, и соединена с ней, а в другом боковом горизонтальном канале корпуса за трубной плашкой выполнена дополнительная полость, осевая длина которой составляет не менее D-1/2d, причем механизмы перемещения шиберной пластины и трубной плашки объединены.

На фиг.1. изображен общий вид заявляемого превентора с Т-образным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины, вид сверху; на фиг.2 – разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 – общий вид заявляемого превентора с соосным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины, вид сверху в положении – трубные плашки открыты; на фиг.4 – общий вид заявляемого превентора с соосным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины, вид сверху в положении – шиберная пластина закрыта; на фиг.5 – разрез Б-Б на фиг.4, на фиг.6 – разрез В-В на фиг.3.

Заявляемый превентор с Т-образным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины (фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с вертикальным осевым каналом 2 диаметром d, симметрично которому внутри корпуса 1 в верхней части выполнена уплотняемая поверхность 3, например, в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости. В корпусе 1 в горизонтальной плоскости выполнены боковые каналы 4, снабженные направляющими 5, в которых размещены трубные плашки 6 с механизмами перемещения 7, а также дополнительный боковой канал 8, снабженный направляющими 9, в которых размещена шиберная пластина 10 с механизмом перемещения 11.

Заявляемый превентор с соосным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины (фиг.3, 4, 5 и 6) содержит корпус 1 с вертикальным осевым каналом 2 диаметром d, симметрично которому внутри корпуса 1 в верхней части выполнена уплотняемая поверхность 3, например, в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости (фиг.5). В корпусе 1 в горизонтальной плоскости выполнены боковые каналы 4, снабженные направляющими 5, в которых размещены трубные плашки 6 с механизмами перемещения 7. В одном из боковых каналов 4 (на фиг.3 и 4 – справа) за трубной плашкой 6 выполнена дополнительная полость 12, снабженная направляющими 9, в которых размещена шиберная пластина 10. В другом боковом канале 4 (на фиг.3 и 4 – слева) за трубной плашкой 6 выполнена дополнительная полость 13, осевая длина которой составляет не менее D – d, обеспечивающая размещение в ней обеих трубных плашек 6 при перемещении шиберной пластины 10 в рабочее положение (фиг.4). При этом механизмы перемещения правой трубной плашки 6 и шиберной пластины 10 объединены в один приводной механизм 7, на винте которого выполнены правая 14 и левая 15 резьбы. Трубная плашка 6 и шиберная пластина 10 соединены между собой, например, Т-образным выступом 16 на шиберной пластине 10 и ответным Т-образным пазом 17 на трубной плашке 6 (фиг.6).

Заявляемый превентор с Т-образным расположением направляющих 5 и 9 работает следующим образом (фиг.1 и 2).

При необходимости герметизации устья со спущенными в скважину трубами (не показаны) механизмами 7 перемещают трубные плашки 6 до смыкания их торцевых уплотнений между собой и со спущенной трубой, перекрывая поперечное сечение вертикального осевого канала 2. Перекрытие канала 2 в горизонтальной плоскости осуществляется взаимодействием верхних уплотнений трубных плашек 6 с уплотняемой поверхностью 3. При необходимости герметизации устья без спущенных в скважину труб механизмами 7 отводят трубные плашки 6 от вертикального осевого канала 2 и механизмом 11 перемещают шиберную пластину 10 до полного взаимодействия ее верхнего уплотнения с уплотняемой поверхностью 3, полностью перекрывая вертикальный осевой канал 2.

Заявляемый превентор с соосным расположением направляющих трубных плашек и шиберной пластины (фиг.3, 4, 5 и 6) работает следующим образом.

При необходимости герметизации устья со спущенными в скважину трубами (не показаны) механизмами 7 перемещают трубные плашки 6 до смыкания их торцевых уплотнений между собой и со спущенной трубой, перекрывая поперечное сечение вертикального осевого канала 2. Перекрытие канала 2 в горизонтальной плоскости осуществляется взаимодействием верхних уплотнений трубных плашек 6 с уплотняемой поверхностью 3. При необходимости герметизации устья без спущенных в скважину труб левым механизмом 7 отводят левую трубную плашку 6 от вертикального осевого канала 2, перемещая ее в дополнительную полость 13. Правым механизмом 7 перемещают шиберную пластину 10 из дополнительной полости 12 до полного взаимодействия ее верхнего уплотнения с уплотняемой поверхностью 3, перекрывая вертикальный осевой канал 2. Одновременно правая трубная плашка 6, будучи соединенной с шиберной пластиной 10 Т-образным выступом 16 на шиберной пластине 10 и ответным Т-образным пазом на трубной плашке 6, перемещается до ее захода в дополнительную полость 13 и контакта с левой трубной плашкой 6.

Для возврата заявляемого превентора в положение, показанное на фиг.3, при котором трубные плашки 6 устанавливаются в рабочее положение для герметизации устья со спущенными в скважину трубами, механизмом 7 перемещают шиберную пластину 10 от вертикального осевого канала 2 в дополнительную полость 12. Одновременно правая трубная плашка 6, будучи соединенной с шиберной пластиной 10 Т-образным выступом 16 на шиберной пластине 10 и ответным Т-образным пазом на трубной плашке 6, перемещается в исходное положение. Аналогично левым механизмом 7 перемещают левую трубную плашку 6 из дополнительной полости 13 в исходное положение.

Таким образом, по сравнению с прототипом в заявляемом превенторе благодаря расположению направляющих трубных плашек 6 и шиберной пластины 10 в одной плоскости уменьшен габаритный размер по высоте. Это повышает монтажеспособность заявляемого превентора, уменьшает высоту компоновки устьевого ПВО и затраты на монтаж буровой установки, во взаимодействии с которой эксплуатируется заявляемый превентор.

Кроме того, взаимодействие трубных плашек 6 и шиберной пластины 10 с одной уплотняемой поверхностью 3 и объединение их механизмов перемещения упрощает конструкцию заявляемого превентора, повышает надежность его работы и уменьшает стоимость.

Формула изобретения

1. Превентор, содержащий корпус с вертикальным осевым каналом диаметром d, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости, трубные плашки для взаимодействия с уплотняемой поверхностью и размещенные в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных каналах корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала, шиберную пластину, размещенную в направляющих, выполненных в корпусе, и механизмы перемещения плашек и шиберной пластины, отличающийся тем, что направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены Т-образно в одной плоскости, при этом шиберная пластина размещена с возможностью взаимодействия с уплотняемой поверхностью попеременно с трубными плашками.

2. Превентор, содержащий корпус с вертикальным осевым каналом диаметром d, симметрично которому внутри корпуса в верхней части выполнена уплотняемая поверхность в виде кольца с наружным диаметром D, расположенная в горизонтальной плоскости, трубные плашки для взаимодействия с уплотняемой поверхностью и размещенные в направляющих, выполненных в боковых горизонтальных каналах корпуса, продольная ось которых перпендикулярна оси вертикального осевого канала, шиберную пластину, размещенную в направляющих, выполненных в корпусе, и механизмы перемещения плашек и шиберной пластины, отличающийся тем, что направляющие трубных плашек и шиберной пластины расположены в одной плоскости и соосны, шиберная пластина расположена в дополнительной полости, выполненной в одном из боковых горизонтальных каналов корпуса за трубной плашкой, и соединена с ней, а в другом боковом горизонтальном канале корпуса за трубной плашкой выполнена дополнительная полость, осевая длина которой составляет не менее D-1/2d, причем механизмы перемещения шиберной пластины и трубной плашки объединены.

РИСУНКИ