Результат интеллектуальной деятельности: ПРЕВЕНТОР КОЛЬЦЕВОЙ СФЕРИЧЕСКИЙ РОТОРНЫЙ

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при их строительстве, освоении и ремонте с целью обеспечения безопасности, предупреждения и ликвидации нефтегазоводопроявлений, охраны недр и окружающей среды.

Известен превентор кольцевой типа ПУ2 (Абубакиров В.Ф. и др. «Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое» Справ. пособ.: В 2 т. Т.1. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007, стр.499-500, рис.8.22 «б»), содержащий:

- корпус с центральным проходным отверстием и кольцевой расточкой,

- крышку с центральным проходным отверстием и сферической полостью,

- плунжер, подвижно установленный в кольцевой расточке корпуса,

- уплотнитель, установленный на торце плунжера в сферической выемке крышки,

- планшайбу, расположенную между корпусом и крышкой,

- гидравлические каналы для связи кольцевой расточки корпуса с гидроприводом.

Недостатком известного превентора являются его ограниченные эксплуатационные возможности, исключающие возможность его применения при бурении с герметизированным устьем. Это обусловлено конструкцией превентора, в которой отсутствуют опоры качения, обеспечивающие возможность вращения уплотнителя совместно с бурильной колонной. Поэтому при необходимости ликвидации аварийной ситуации, например прихвата бурильной колонны, загерметизированная на устье бурильная труба, будучи обжата неподвижным относительно корпуса уплотнителем, может вращаться в нем только в режиме проворота с минимальными оборотами. При этом в контакте наружная поверхность трубы - внутренняя поверхность уплотнителя будет возникать трение скольжения, усилием от которого внутренняя поверхность уплотнителя будет подвергаться интенсивному абразивному износу, что сокращает срок службы уплотнителя и требует повышенных эксплуатационных затрат на его замену. Кроме того, повышенный износ уплотнителя снижает надежность работы известного устройства, т.к. неконтролируемый износ уплотнителя может привести к негерметичности зоны его контакта с герметизируемой трубой и, следовательно, к выбросу скважинной среды с возникновением аварийной ситуации.

Известен вращающийся универсальный гидравлический превентор (патент РФ №2208126, МПК E21B 33/06, опубликовано 10.07.2003), содержащий:

- корпус с центральным проходным отверстием и кольцевой расточкой,

- крышку с центральным проходным отверстием,

- гильзу, вращающуюся в подшипниках качения, размещенных в корпусе и крышке, и имеющую сферическую выемку,

- поршень, подвижно установленный в кольцевой расточке корпуса,

- уплотнительный элемент, расположенный на торцевой поверхности поршня и взаимодействующий со сферической выемкой гильзы,

- планшайбу, выполненную в виде втулки, размещенную между поршнем и гильзой,

- гидравлические каналы для связи полостей крышки и корпуса с гидроприводом.

Недостатком известного превентора являются повышенные эксплуатационные трудозатраты при его техническом обслуживании или ремонте, обусловленные особенностями конструкции, которая требует для замены уплотнительного элемента демонтажа крышки и гильзы, установленной на подшипниках качения. Обратная сборка гильзы предполагает операцию установки подшипников качения с регулировкой натягов и центрирования, что в полевых условиях выполнить невозможно. Поэтому для разборки известное устройство необходимо транспортировать в цех по ремонту оборудования, что увеличивает время простоя буровой установки.

Недостатком известного превентора также является низкая надежность и безопасность работы в процессе эксплуатации. Это обусловлено тем, что поршень после закрытия уплотнительного элемента на загерметизированной трубе будет вращаться совместно с гильзой и при этом в контакте его внутренней поверхности и уплотнений с расточкой корпуса возникает трение скольжения. В результате будет происходить абразивный износ уплотнений с потерей их герметичности и пропуски жидкости от гидропривода при ее подаче на перемещение поршня для закрытия уплотнительного элемента, вследствие чего усилие поджатия уплотнительного элемента к герметизируемой трубе может быть недостаточным для противодействия давлению скважины на ее устье. Это обстоятельство приведет к пропускам скважинной жидкости в зоне контакта уплотнительного элемента с герметизируемой трубой, которые ввиду содержания твердой фазы и шлама в скважинной жидкости могут вызвать абразивный износ уплотнительного элемента и, в конечном счете, к выбросу скважинной среды с возникновением аварийной ситуации.

Совокупность перечисленных обстоятельств увеличивает трудоемкость и эксплуатационные затраты на обслуживание известного превентора, сокращает межремонтный период, снижает надежность и безопасность его работы.

Задачей изобретения является создание технического решения превентора, не обладающего перечисленными недостатками.

Для обеспечения этого технического результата в известном превенторе, содержащем

- корпус с центральным проходным отверстием и кольцевой расточкой,

- крышку с центральным резьбовым отверстием,

- поршень, подвижно установленный в кольцевой расточке корпуса,

- полую гильзу, размещенную в корпусе и крышке с возможностью вращения на опорах качения,

- сферическую выемку, расположенную под крышкой,

- уплотнительный элемент, расположенный над торцевой поверхностью поршня и взаимодействующий со сферической выемкой,

- планшайбу, размещенную между поршнем и корпусом,

- гидравлические каналы для связи надпоршневой и подпоршневой полостей кольцевой расточки корпуса с гидроприводом,

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

- дополнительно снабжен фланцем, выполненным с центральным проходным отверстием и герметично соединенным с крышкой,

- радиальным стопором гильзы, установленным в крышке,

- опорой верхней с центральным проходным отверстием, герметично соединенной с верхней частью полости гильзы и содержащей сферическую выемку,

- опорой нижней с центральным проходным отверстием, герметично установленной на торце поршня с возможностью вращения на опорах качения и скольжения и герметично взаимодействующей с нижней частью гильзы,

- при этом уплотнительный элемент расположен между верхней и нижней опорами и взаимодействует с ними.

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 изображен общий вид превентора в разрезе, уплотнительный элемент открыт;

- на фиг.2 - общий вид превентора в разрезе, уплотнительный элемент закрыт на спущенной в скважину трубе;

- на фиг.3 - общий вид превентора в разрезе, верхние детали демонтированы с целью замены уплотнительного элемента.

Заявляемый превентор кольцевой сферический роторный содержит корпус 1 (фиг.1) с расположенными в нижней части центральным проходным отверстием 2 для пропуска труб 3 и кольцевой расточкой 4, в которой размещен поршень 5 и установленная между поршнем 5 и корпусом 1 планшайба 6. В стенке кольцевой расточки 4 выполнены гидравлические каналы 7 и 8, связывающие ее полости с гидроприводом (не показан) для подачи или сброса гидравлического давления.

На корпусе 1 сверху закреплена шпильками 9 и гайками 10 крышка 11 с установленным в ней стопором 12 и размещенным в ее центральном резьбовом отверстии 13 фланцем 14 с центральным проходным отверстием 15. В корпусе 1 установлена гильза 16, размещенная с возможностью вращения в опорах качения 17 и 18. В гильзе 16 выполнена полость 19, в которой посредством резьбового соединения закреплена опора верхняя 20, под которой расположена опора нижняя 21. Опора верхняя 20 имеет центральное отверстие 22 и сферическую выемку 23, взаимодействующую с верхней частью уплотнительного элемента 24. Опора нижняя 21 установлена на торце 25 поршня 5 с возможностью вращения на опорах качения 26 и скольжения 27. Нижней частью уплотнительный элемент 24 взаимодействует с торцевой поверхностью 28 опоры нижней 21. Для определения положения уплотнительного элемента 24 и оценки его износа превентор снабжен указателем 29. Герметичность поршня 5 и планшайбы 6 относительно корпуса 1 достигается уплотняющими манжетами 30, а крышка 11, фланец 14, опора верхняя 20 и опора нижняя 21 герметизируются уплотняющими манжетами 31.

Заявляемый превентор кольцевой сферический роторный работает следующим образом.

Превентор устанавливают и закрепляют на устье скважины (посадочный фланец нижестоящего оборудования не показан).

При проведении спускоподъемных операций (фиг.1) колонну труб 3 опускают через центральное отверстие 15 фланца 14, уплотнительный элемент 24 и центральное проходное отверстие 2 корпуса 1. Превентор при этом открыт, т.е. уплотнительный элемент 24 не сомкнут на трубе 3, т.к. не поджат поршнем 5.

Для осуществления герметизации устья скважины подают гидравлическую жидкость в гидравлический канал 7 корпуса 1 превентора для создания давления под поршнем 5. Под действием давления жидкости поршень 5 (фиг.2) поднимается вверх и через опору 21 воздействует снизу на уплотнительный элемент 24, перемещая его вверх по сферической выемке 23 опоры верхней 20 превентора. Уплотнительный элемент 24, упруго деформируясь при взаимодействии со сферической выемкой 23, смыкается, охватывая спущенную трубу 3, и перекрывает центральное отверстие 22 опоры верхней 20, тем самым герметизируя устье скважины. Далее открывают нижестоящий плашечный превентор (не показан) и под уплотнительным элементом 24, опорой нижней 21 и поршнем 5 возникает давление скважинной среды, воздействующее на поршень 5 и опору нижнюю 21, что увеличивает запас герметизации и повышает надежность работы заявляемого превентора.

Для проведения бурильных работ начинают вращение спущенной колонны труб 3, которое от нее благодаря силам трения, возникающим в результате поджатия материала уплотнительного элемента 24 в зонах контактов к герметизируемой поверхности, передается опоре нижней 21 и опоре верхней 20, и, далее, гильзе 16, начинающей вращение в подшипниках качения 17 и 18. В результате взаимодействия герметизирующих поверхностей уплотняющих манжет 30 и 31 с соответствующими герметизируемыми поверхностями появляются силы трения, создающие момент сопротивления, препятствующий вращению. Момент сопротивления зависит от усилия прижатия герметизирующего материала, а усилие прижатия зависит от площади контакта в зоне герметизации. Площадь контакта уплотняющих манжет 30 больше, чем площадь контакта уплотняющих манжет 31, вследствие их большего диаметра и количества, поэтому момент сопротивления вращению поршня 5 будет больше, чем момент сопротивления вращению опоры нижней 21, вследствие чего поршень 5 будет неподвижен относительно корпуса 1, а опора нижняя 21 будет вращаться относительно поршня 5 совместно с уплотнительным элементом 24 и гильзой 16.

При необходимости открытия превентора гидравлическая жидкость подается в гидравлический канал 8 (фиг.1), поршень 5 под действием давления опускается вниз, уплотнительный элемент 24 под действием упругих свойств материала возвращается в исходное положение и освобождает колонну труб 3 для проведения необходимых работ.

Таким образом, при работе заявляемого превентора уплотняющие манжеты 30 поршня 5 не вращаются с трением по герметизируемой поверхности, следовательно, меньше изнашиваются, уменьшается вероятность выхода их из строя, как менее нагруженных, что увеличивает общий межремонтный период превентора, снижает эксплуатационные расходы и повышает безопасность эксплуатации.

Указатель положения 29 уплотнительного элемента 24 перемещается вместе с поршнем 5 и уплотнительным элементом 24, сигнализирует об увеличении хода поршня 5, возникающем при износе рабочей кромки уплотнительного элемента 24, и позволяет оценить степень его износа для определения необходимости замены.

При необходимости замены уплотнительного элемента 24 перекрывают внутренний канал спущенной колонны труб 3 шаровым краном (не показан) и закрывают на ней плашечный превентор (не показан). Для замены уплотнительного элемента 24 (фиг.3) демонтируют фланец 14 и опору верхнюю 20. Для фиксации гильзы 16 от вращения при вывинчивании опоры верхней 20 вворачивают в паз 32 гильзы 16 стопор 12. Демонтируют уплотнительный элемент 24, устанавливают сменный уплотнительный элемент, превентор собирают в обратной последовательности.

Ускоренная и не требующая разборки превентора замена уплотнительного элемента 24 на устье скважины снижает время простоя буровой установки и предохраняет узлы, и детали от дополнительного износа, повышая тем самым надежность.

Таким образом, использование заявляемого превентора обеспечивает увеличение общего межремонтного периода, повышение надежности и безопасности работы, а также снижение эксплуатационных расходов.