Патент на изобретение №2209925

(54) ГЕРМЕТИЗАТОР ТРУБЫ ДЛЯ ПЛАШЕЧНОГО ПРЕВЕНТОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и может быть использовано при бурении, капитальном и подземном ремонте нефтяных и газовых скважин, при спуске и подъеме скважинного оборудования в находящихся под действием избыточного давления скважинах. Герметизатор трубы для плашечного превентора содержит корпус, верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения, гидропривод и ручной привод. Верхнее рабочее уплотнение выполнено с возможностью взаимодействия с двумя приводами: гидравлическим и ручным. Имеется возможность монтажа и демонтажа на скважине при избыточном давлении верхнего рабочего уплотнения, в связи с расположением его в разъемном стакане. Со стороны верхнего торца герметизатора установлен, посредством гайки, разъемный стакан. Ручной привод установлен с возможностью взаимодействия с нижним резервным уплотнением. Оба привода снабжены указателями “отжим” и “зажим”. Данное изобретение позволяет повысить надежность герметизации затрубного пространства на устье находящейся под действием избыточного давления скважины. 3 з.п.ф-лы., 4 ил.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при бурении, капитальном и подземном ремонте нефтяных и газовых скважин, при спуске и подъеме скважинного оборудования и находящихся под действием избыточного давления скважин.

Предлагаемое изобретение предназначено для герметизации затрубного пространства трубы при работе с плашечным превентором во время спускоподъемных операций и предохранения скважины в аварийных ситуациях.

Известно оборудование для герметизации устья скважины, включающее последовательно установленные камеру для размещения скважинного насоса и герметизатор, в корпусе которого размещены универсальный уплотнитель с приводным узлом, плашечный уплотнитель с трубными плашками с эластичными элементами на торце и боковой поверхности и приводными узлами, выполненными в виде связанных с трубными плашками ходовых винтов и установленных с возможностью взаимодействия с ними втулок с резьбой на внутренней поверхности, оно снабжено установочными элементами, причем корпус герметизатора выполнен с разъемом между универсальным и плашечным уплотнителями, эластичные элементы на боковой поверхности трубных плашек – кольцевыми, а приводные узлы плашечного уплотнителя – съемными, при этом трубные плашки имеют направляющие пазы и радиальные ступенчатые каналы для размещения втулок, а корпус выполнен с установочными элементами, размещенными в направляющих пазах трубных плашек (а.с.СССР 1786240, Е 21 В 33/03).

Недостатком данного изобретения является невозможность замены эластичных элементов при их износе во время нахождения скважины под избыточным давлением, отсутствие возможности герметизации трубы верхним уплотнением при отказе гидропривода и невозможность визуального контроля при работе уплотняющих элементов в положениях “отжим” или “зажим”.

Известен устьевой сальник, включающий полый корпус, в котором установлен связанный с колонной бурильных труб шток с продольным каналом, сообщающим полость колонны труб с магистралью насоса и верхним и нижним уплотнителями, он снабжен концентрично установленными в корпусе патрубком с фиксатором его относительно корпуса, при этом патрубок образует с корпусом связанный с продольным каналом штока кольцевой канал, а верхний уплотнитель установлен в патрубке (а.с. СССР 1177449 Е 21 В 33/03).

Недостатком данного изобретения является замена изношенных эластичных элементов только при демонтаже устьевого сальника со скважины, отсутствие дублирующего ручного привода уплотнительных элементов в случае отказа гидропривода и косвенный контроль работы уплотнительных элементов только по показаниям манометра гидропривода.

Известно устройство для герметизации устья скважины, узел уплотнителей и узел стопорных плашек, содержащее узлы трубных, срезных, стопорных и глухих плашек, узел уплотнителей, узел пережима трубы, линию отвода утечек и средство прокола трубы с возможностью работы узла уплотнителей в режиме самоуплотнения, узлы выполнены в виде блок-модулей и объединены быстроразборными соединительными элементами в превенторную сборку, имеется съемное основание, выполненное с возможностью присоединения к любому блоку-модулю (патент РФ 2088745, Е 21 В 33/06, 19/10).

Недостатком данного изобретения является невозможность демонтажа изношенных эластичных сменных вкладышей на скважине при наличии избыточного давления в затрубном пространстве, наличие гидропривода для эластичных уплотняющих элементов и отсутствии возможности визуально контролировать работу уплотняющих элементов в положениях “отжим” и “зажим”.

Технической задачей предлагаемого изобретения является получение технического результата, выражающегося в повышении надежности герметизации затрубного пространства на устье находящейся под действием избыточного давления скважины, унификации герметизатора при работе с различными типоразмерами плашечного превентора, дублирование работы гидропривода в случае его отказа ручным приводом и повышения надежности эксплуатации путем визуального контроля за работой уплотняющих элементов.

Получение технического результата достигается тем, что герметизатор трубы для плашечного превентора содержит корпус, верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения, гидропривод и ручной привод, причем верхнее рабочее уплотнение выполнено с возможностью взаимодействия с двумя приводами; гидравлическим и ручным, охвачено снаружи разъемным стаканом и расположено в нем с возможностью монтажа и демонтажа на скважине при избыточном давлении. Кроме того, разъемный стакан установлен посредством гайки со стороны верхнего торца герметизатора, а ручной привод установлен с возможностью взаимодействия с нижним резервным уплотнением. Оба привода снабжены указателями “отжим” и “зажим”. Верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения имеют возможность монтажа с одним наружным диаметром и различными внутренними диаметрами для различных типоразмеров труб. Корпус изготовлен с монтажными размерами, соответствующими аналогичным типоразмерам плашечных превенторов, а верхнее рабочее уплотнение состоит из двух концентрично расположенных эластичных деталей: сменного вкладыша и манжеты, охваченных снаружи разъемным стаканом.

Предлагаемый герметизатор позволяет получить технический результат, выражающий в уменьшении себестоимости изготовления вследствие возможности монтажа уплотнений с одним наружным диаметром и различными внутренними диаметрами, что способствует восприимчивости герметизатора к различным типоразмерам труб.

Частными случаями изготовления герметизатора с наибольшим сохранением однотипных деталей является изменение только монтажных размеров, соответствующих аналогичным типоразмерам превенторов, что повышает унификацию герметизатора.

На фиг. 1 показан герметизатор трубы для плашечного превентора, вид спереди с местным разрезом, на фиг. 2 – вид сзади с местным разрезом, на фиг. 3 – разрез А-А, на фиг. 4 – разрез Б-Б.

Герметизатор трубы для плашечного превентора (в дальнейшем именуется “герметизатор”), состоит из нижнего корпуса 1 (фиг. 3), верхнего корпуса 2, соединенных между собой резьбовым соединением, законтренным гайкой 3 и герметизированным уплотнением 4. В нижнем корпусе 1 расположено нижнее резервное уплотнение 5, которое фиксируется в осевом направлении сверху ступенчатой втулкой 6, а снизу калиброванной втулкой 7 и стопорным кольцом 8. В верхнем корпусе 2 расположен узел верхнего рабочего уплотнения, состоящий из эластичного сменного вкладыша 9, который находится внутри упругой манжеты 10, и разъемного стакана 11, состоящего из двух симметричных частей. Верхнее рабочее уплотнение состоит из сменного вкладыша 9 и манжеты 10, фиксируется в осевом направлении сверху шайбой 12, гайкой 13, а снизу шайбой 14. Внутри гайки 13 расположена калибровочная втулка 15 и стопорное кольцо 16. Верхний корпус 2 имеет резьбовое соединение с гайкой 20, которую охватывает втулка 22, неподвижно соединенная с кронштейном 23. В средней части верхнего корпуса 2 установлен обратный клапан 24, закрывающийся пробкой 25. В кожухе 18 имеется отверстие напротив пробки 25, отверстие закрывается крышкой 26. Стакан 11 имеет в нижней части конусную поверхность, предназначенную для центрирования и опоры на кольцо 27. Наружная поверхность стакана 11 герметизируется относительно верхнего корпуса 2 пакетом уплотнений 28. Шайба 14 имеет нижнюю конусную поверхность, опирающуюся на сферическую поверхность верхней нажимной втулки 29. Ступенчатая втулка 6 имеет верхнюю коническую поверхность, контактирующую с нижней сферической поверхностью нижней нажимной втулки 30, фиксирующейся от проворота шрифтом 31. К нижней поверхности планшайбы 17 прикреплен кронштейн 32 гидроцилиндра 33, который впоследствии соединен с валом гидропривода 34. Шпонка 35 соединяет вал гидропривода 34 с внешней вилкой 36. Вал ручного привода 37 соединен посредством шпоночного соединения с внутренней вилкой 38.

Шток 39 (фиг .2) гидроцилиндра 33 имеет неподвижное соединение с вилкой 40, которая посредством оси 41 взаимодействует с тягой 42, имеющей шпоночное соединение с валом гидропривода 34.

Вал гидропривода 34 (фиг.4) двухопорный, он расположен во втулке 43 с пробкой 44 и втулке 45 с гайкой 46 и пакетом уплотнений 47. Консольный торец вала гидропривода 34 имеет неподвижное соединение со стержнем 48, который, проходя через отверстие кожуха 18, герметизируется уплотнением 49. Стержень 48 на свободном конце соединен с указателем гидропривода 50 посредством гайки 51. Вал ручного привода 37 двухопорный, он расположен во втулке 52 с пробкой 53 и втулке 54 с гайкой 55 и пакетом уплотнений, аналогичному пакету уплотнений 47. Консольный торец вала ручного привода 37 имеет неподвижное соединение с тягой 60, имеющей продольный паз, в котором расположена ось 61, соединяющая тягу 60 с вилкой 62, прикрепленной к кронштейну 23 (фиг. 1).

Гидроцилиндр 33 (фиг.2) соединен двумя шлангами (не показаны) с панелью 63 (фиг. 1) на которой выполнены два отверстия “вход” и “выход”. Отверстие “вход” закрыть пробкой 64, а отверстие “выход” закрыто пробкой 65. При подключении к работе пробки 64 и 65 демонтируются, и гидроцилиндр 33 подключается к внешней гидросистеме, являющейся частью гидросистемы управления плашечным превентором 66 (фиг.3). Внутри герметизатора и превентора располагается труба 67. Для обеспечения надежности герметизации трубы предусмотрены три втулки, имеющие внутренний калибровочный диаметр для каждого типоразмера трубы 67. Калиброванные втулки 6,7 и 15 центрируют трубу 67 относительно уплотнений 5 и 9. Втулки 6, 7 и 15 выполнены съемными и из более мягкого материала, по сравнению с материалом трубы 67. Калиброванный диаметр втулок 6,7 и 15 обозначен на фиг. 1 как “d”. Нижний корпус 1 имеет несколько исполнений, различающихся посадочными размерами D₁ и D₂, которые соответствуют монтажным типоразмерам превентора различных исполнений, зависящим от рабочего давления превентора. Гидропривод предназначен для работы только с узлом верхнего рабочего уплотнения 9 и 10. Ручной привод предназначен для работы с двумя уплотнениями: рабочим 9 и 10, а также с резервным 5.

Подготовка герметизатора к работе. Втулка 6, 7 и 15 устанавливаются с диаметром “d , соответствующим диаметру 67. Резервное уплотнение 5 и сменный вкладыш 9 устанавливаются с требуемым диаметром “d”, соответствующим диаметру трубы 67. Указатель гидропривода 50 и указатель ручного привода 58 устанавливаются в положение “отжим”. Труба 67 пропускается через центральное отверстие герметизатора, проходя втулку 15, сменный вкладыш 9, втулку 6, резервное уплотнение 5 и втулку 7. Затем труба 67 проходит в плашечный превентор 66. Гидроцилиндр 33 подключается к гидросистеме управления превентором.

Герметизатор работает следующим образом. При включении гидроцилиндра 33 в режим “прижим” посредством кинематической связи 39. 40. 41 и 42, проворачивается вал гидропривода 34 совместно с внешней вилкой 36. Движение внешней вилки 36 вверх перемещает верхнюю нажимную втулку 29, шайбу 14 и воздействует на сменный вкладыш 9 и манжеты 10. Вследствие деформации сменный вкладыш 9 и манжета 10 обжимают трубу 67, проводя, таким образом, ее герметизацию. Одновременно с поворотом вала гидропривода 34 поворачивается указатель гидропривода 50 от положения “отжим” к положению “зажим”. Таким образом, имеется возможность визуального контроля процесса герметизации трубы 67 узлом рабочего уплотнения 9 и 10 посредством гидропривода. При включении гидроцилиндра 33 в режим “отжим”, посредством кинематической связи внешняя вилка 36 проворачивается в нижнее положение. Вследствие упругости материала сменного вкладыша 9 и манжеты 10 происходит перемещение вниз верхней нажимной втулки 29 и шайбы 14. Внутренняя поверхность сменного вкладыша 9 перестает обжимать трубу 67 и процесс герметизации прекращается. Одновременно с поворотом вала гидропривода 34 проворачивается указатель гидропривода 50 от положения “зажима” к положению “отжим”.

Ручной привод работает с узлом рабочего уплотнения 9 и 10 следующим образом. Ручками 21 вращают гайку 20 и перемещают вверх втулку 22 совместно с кронштейном 23. Посредством кинематической связи 62, 61, 60, проворачивается вал ручного привода 37 совместно с внутренней вилкой 38. Движение внутренней вилки 38 вверх перемещает верхнюю нажимную втулку 29, шайбу 14, которые воздействуют на сменный вкладыш 9 и манжету 10. Герметизация трубы 67 происходит вследствие обжимания ее наружной поверхности внутренней поверхностью сменного вкладыша 9. Одновременно с поворотом вала ручного привода 37 проворачивается указатель ручного привода 58 от положения “отжим” к положению “зажим”. Таким образом, имеется возможность визуального процесса герметизации трубы 67 узлом рабочего уплотнения 9 и 10 посредством ручного привода. Процесс разгерметизации трубы 67 происходит вращением гайки 20 и перемещением вниз втулки 22 совместно с кронштейном 23. Посредством кинематической связи внутренняя вилка 38 проворачивается в начальное (горизонтальное) положение, а за ней смещаются вниз нажимная втулка 29 и шайба 14. Внутренняя поверхность сменного вкладыша 9 перестает обжимать трубу 67 и процесс герметизации прекращается. Одновременно с поворотом вала ручного привода 37 проворачивается указатель ручного привода 58 от положения “зажим” к положению “отжим”.

Ручной привод работает с резервным уплотнением 5 следующим образом. Ручками 21 вращают гайку 20 и перемещают вниз втулку 22 совместно с кронштейном 23. Посредством кинематической связи внутренняя вилка 38 поворачивается вниз и опускает нижнюю нажимную втулку 30 совместно со ступенчатой втулкой 6. Воздействие на резервное уплотнение 5 приводит к его деформации и внутренний диаметр резервного уплотнения 5 обжимает трубу 67, что приводит к герметизации последней. Одновременно с поворотом вала ручного привода 37 проворачивается указатель ручного привода 58 от положения “отжим” к положению “зажим”. Таким образом, имеется возможность визуального контроля процесса герметизации трубы 67 резервным уплотнением 5 посредством ручного привода. Процесс разгерметизации трубы 67 происходит вращением гайки 20 и перемещением вверх втулки 22 совместно с кронштейном 23. Посредством кинематической связи внутренняя вилка 38 проворачивается в начальное (горизонтальное) положение, а за ней перемещается вверх нижняя нажимная втулка 6 вследствие упругости материала резервного уплотнения 5. Внутренняя поверхность резервного уплотнения 5 перестает обжимать трубу 67 и процесс герметизации прекращается. Одновременно с поворотом вала ручного привода 37 проворачивается указатель ручного привода 58 от положения “зажим” к положению “отжим”.

В процессе работы герметизатора с трубой 67 происходит износ уплотняющих элементов. Сменный вкладыш 9 заменяются по двум вариантам, при работе с трубой 67 без снятия герметизатора с превентора 66 и при демонтаже герметизатора с превентора 66.

Без снятия герметизатора с превентора 66 и при наличии трубы 67 замена сменного вкладыша 9 происходит следующим образом. Ручным приводом герметизируется труба 67 резервным уплотнением 5. При этом в полости 68 (фиг. 3) находится избыточное давление рабочей среды (газ, нефть, газовый конденсат). Вследствие наличия зазоров между внутренней поверхностью кольца 27, а также конусной поверхностью кольца 27 и нижней конусной поверхностью стакана 11 избыточное давление рабочей среды распространяется в полость 69. Сброс избыточного давления в полостях 68 и 69 необходим для безопасной замены сменного вкладыша 9, когда в полости 68 будет атмосферное давление окружающего воздуха. Для этого снимают крышку 26, выкручивают пробку 25 и приспособлением (не показано) открывают обратный клапан 24. При наличии атмосферного давления в полостях 68 и 69 закрывают обратный клапан 24, демонтируют приспособление, устанавливают пробку 25 с крышкой 26 в прежнее положение. Выкручивая гайку 13 вверх, вынимают стакан 11 вместе с узлом рабочего уплотнения 9 и 10. Стакан 11 состоит из двух равных частей, выполненных в виде полуцилиндров. Сняв полуцилиндры стакана 11 с гайки 13, раздвигают в осевом направлении сменный вкладыш 9, упругую манжету 10, шайбу 12 и шайбу 14. Изношенный сменный вкладыш 9 разрезается и удаляется с трубы 67. Разрезается одним резом по диагонали новый сменный вкладыш 9, оборачивается вокруг трубы 67 и вставляется внутрь упругой манжеты 10. Затем новый сменный вкладыш 9 совместно с упругой манжетой 10 сдвигается в осевом направлении с шайбой 12 и шайбой 14. Полуцилиндры стакана монтируются к гайке 13, и последняя вворачивается в верхний корпус 2 до упора нижней части конусной поверхности стакана 11 в конусную поверхность кольца 27. При включении гидроцилиндра в режим “прижим” сменный вкладыш 9 герметизирует трубу 67. Затем ручным приводом производят разгерметизацию резервного уплотнения 5, и герметизатор продолжает работать с новым сменным вкладышем 9.

При демонтаже герметизатора с превентора 66 замена сменного вкладыша 9 происходит следующим образом. Гайка 13 выкручивается из верхнего корпуса 2 вместе со стаканом 11. Сняв полуцилиндры стакана 11 с гайки 13, достают изношенный сменный вкладыш 9 и заменяют на новый. Монтаж нового сменного вкладыша 9 происходит в обратной последовательности, как описано выше.

Замена резервного уплотнения 5 происходит только при демонтаже герметизатора с превентора 66 и отсутствие трубы 67. Замена изношенного резервного уплотнения 5 на новое происходит следующим образом. Снимается стопорное кольцо 8, из нижнего корпуса 1 вынимается калибровочная втулка 7 и изношенное резервное уплотнение 5. Новое резервное уплотнение 5 устанавливается взамен изношенного, затем монтируется в нижний корпус 1 калибровочная втулка 7 и стопорное кольцо 8.

Применение данного герметизатора при работе с плашечным превентором позволяет герметизировать трубу с повышенной степенью надежности. Вследствие наличия у герметизатора двух уплотнений: рабочего и резервного. Снижение трудоемкости работы на скважине подтверждается возможностью замены рабочего уплотнения без демонтажа герметизатора с превентора и при наличии трубы, проходящей через герметизатор и превентор. Повышенная безопасность конструкции герметизатора определяется двумя приводами: гидроприводом и ручным. В случае отказа гидропривода ручной привод позволяет герметизировать трубу без остановки работы на скважине. Безопасность и надежность работы также обусловлена наличием указателей визуального контроля работы каждого уплотнения в положениях “отжим” и “зажим”. Уменьшение стоимости герметизатора и, как следствие, снижение его цены продажи на рынке подтверждается унификацией конструкции, вследствие восприимчивости к различным диаметрам труб и монтажным размерам превенторов различных исполнений, зависящим от рабочего давления превентора.

Формула изобретения

1. Герметизатор трубы для плашечного превентора, содержащий корпус, верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения, гидропривод и ручной привод, отличающийся тем, что верхнее рабочее уплотнение выполнено с возможностью взаимодействия с двумя приводами: гидравлическим и ручным, охвачено снаружи разъемным стаканом и расположено в нем с возможностью монтажа и демонтажа на скважине при избыточном давлении, причем разъемный стакан установлен посредством гайки со стороны верхнего торца герметизатора, а ручной привод установлен с возможностью взаимодействия с нижним резервным уплотнением, и оба привода снабжены указателями “отжим” и “зажим”.

2. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения имеют возможность монтажа с одним наружным диаметром и различными внутренними диаметрами для различных типоразмеров труб.

3. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что корпус изготовлен с монтажными размерами, соответствующими аналогичным типоразмерам плашечных превенторов.

4. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что верхнее рабочее уплотнение состоит из двух концентрично расположенных эластичных деталей: сменного вкладыша и манжеты, охваченных снаружи разъемным стаканом.

РИСУНКИ