Результат интеллектуальной деятельности: ПРЕВЕНТОР ПЛАШЕЧНЫЙ

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

Известен превентор плашечный типа ППМ-156x21 с ручным приводом конструкции ОАО «Завод «Сибнефтегазмаш» (Абубакиров В.Ф. и др. Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое: Справ, пособ.: В 2 т. Т. 1. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. - с. 488, рис. 8.15.), содержащий:

- корпус с вертикальным проходным отверстием и горизонтальной полостью,

- плашки, размещенные в корпусах плашек, установленных с возможностью перемещения в горизонтальной полости корпуса,

- механизмы перемещения корпусов плашек.

Известный превентор является одинарным по конструкции и к его недостаткам следует отнести дополнительные трудозатраты при эксплуатации, обусловленные либо необходимостью замены глухих плашек на трубные при использовании в схемах противовыбросового оборудования (ПО), допускающих использование одинарного превентора, либо необходимостью монтажа на его верхний фланец еще одного превентора при установке в схемах ПО, допускающих использование только сдвоенного превентора. При этом дополнительно к повышенным трудозатратам при монтаже и обслуживании двух превенторов компоновка устьевого противовыбросового оборудования будет иметь значительные высотные характеристики, что влечет за собой повышение трудозатрат при монтаже буровой установки.

Совокупность перечисленных обстоятельств повышает трудоемкость при эксплуатации известного превентора.

Известен «Превентор» (Патент №2237795, Е21В 33/06, опубл. 10.10.2004.), содержащий:

- корпус с вертикальным осевым каналом и симметрично расположенными относительно него боковыми горизонтальными каналами с круглым поперечным сечением, причем продольная ось горизонтальных каналов расположена перпендикулярно оси вертикального канала,

- установленные в горизонтальных каналах с возможностью продольного перемещения плашечные блоки цилиндрической формы, в каждом из которых размещены верхняя трубная плашка с радиальной выемкой под герметизируемую трубу и нижняя глухая плашка, снабженные эластичными уплотнителями, взаимодействующими друг с другом боковыми и горизонтальной поверхностями, причем плашечные блоки установлены в горизонтальных каналах с зазорами,

- и ручные приводы управления плашками, включающие приводные штоки верхних и нижних плашек, имеющие резьбовые соединения для взаимодействия с гайкой, соединенной с корпусом,

- причем плашечные блоки связаны с горизонтальными каналами корпуса шпоночным соединением, выполненным, например, в виде шпонки, неподвижно установленной по образующей в нижней части горизонтального канала, и взаимодействующей со шпоночным пазом, выполненным по образующей в нижней части плашечного блока.

К недостаткам известного превентора следует отнести повышенные трудозатраты при обслуживании и эксплуатации, что обусловлено формой горизонтальных каналов, поперечное сечение которых выполнено круглым, и цилиндрической формой плашечных блоков. Поэтому для предотвращения проворота блоков от приводных штоков при вращении штурвалов в процессе их перемещения в горизонтальных каналах необходима фиксация блоков от проворота в виде шпоночного соединения, выполненного, например, в виде шпонки, неподвижно установленной по образующей в нижней части горизонтального канала, и взаимодействующей со шпоночным пазом, выполненным по образующей в нижней части плашечного блока, вследствие чего при циркуляции бурового раствора полость направляющих пазов может заполняться твердой фазой и шламом, выпадающим в осадок из бурового раствора, который ввиду трения будет создавать сопротивление перемещению плашечных блоков и увеличивать усилия перемещения плашечных блоков. Это обстоятельство будет также затруднять разборку известного превентора, осуществляемую для смены типоразмера уплотнителя или технического обслуживания.

Недостатком известного устройства также является низкая надежность герметизации нижними глухими плашками вертикального осевого канала корпуса превентора без спущенной бурильной трубы. Это обусловлено тем, что объем уплотнительного материала выступающих эластичных уплотнителей глухих плашек, обеспечивающий герметичность, будет перемещаться вследствие текучести под воздействием скважинного давления в открытую радиальную выемку для трубы, поскольку в данном случае эластичные уплотнители не охвачены полностью металлическими поверхностями корпуса плашечного блока.

Кроме того, недостатком известного превентора является низкая безопасность при эксплуатации, обусловленная необходимостью последовательного закрытия вначале верхних, затем нижних плашек, увеличивающей продолжительность времени закрытия превентора при отсутствии в скважине бурильной трубы или НКТ. А поскольку при возникновении аварийной ситуации счет времени действий оператора для закрытия превентора идет на минуты и даже на секунды, последствием неоперативности в этом случае может стать открытый газонефтяной фонтан, ликвидация которого потребует значительных затрат.

И, наконец, известный превентор обладает ограниченными эксплуатационными возможностями, которые не позволяют использовать его при проведении аварийных работ на скважине. Это обусловлено соосным расположением штоков верхних и нижних плашек, что исключает возможность присоединения к ним одновременно двух удлинителей со штурвалами для дистанционного управления превентором обслуживающим персоналом, находящимся за защитным экраном на некотором удалении от устья, вследствие чего возникает необходимость приближения обслуживающего персонала непосредственно к превентору для его открытия-закрытия, т.е. к устью скважины, находящейся под давлением, что небезопасно.

Совокупность перечисленных недостатков известного превентора значительно снижает надежность и безопасность его применения, повышает трудоемкость при эксплуатации, а также ограничивает его эксплуатационные возможности.

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

Техническим результатом решения этой задачи является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности и безопасности, снижение трудоемкости при эксплуатации и обслуживании.

Для обеспечения этого технического результата в известном превенторе, содержащем

- корпус с вертикальным осевым каналом и симметрично расположенными относительно него боковыми горизонтальными каналами, продольная ось которых расположена перпендикулярно оси вертикального канала,

- установленные в горизонтальных каналах с возможностью продольного перемещения плашечные блоки, в каждом из которых размещены трубная и глухая плашки, снабженные эластичными уплотнителями,

- и ручные приводы управления плашками, включающие приводные штоки верхних и нижних плашек, имеющие резьбовые соединения для взаимодействия с крышкой, соединенной с корпусом,

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

- полости боковых горизонтальных каналов и корпуса плашечных блоков в поперечном сечении имеют прямоугольную форму,

- нижние глухие плашки непосредственно перекрывают вертикальный осевой канал корпуса, причем их корпуса являются корпусами плашечных блоков,

- корпуса верхних трубных плашек в поперечном сечении имеют прямоугольную форму и размещены в прямоугольных выемках корпусов нижних плашек с возможностью перемещения,

- при этом эластичные уплотнители размещены в фигурных пазах, выполненных в корпусах плашек,

- а продольные оси приводных штоков плашек разнесены относительно друг друга в вертикальной диаметральной плоскости и взаимодействуют с двумя резьбовыми отверстиями крышки.

Изобретение поясняется чертежами, где изображены:

на фиг. 1 - продольный разрез превентора, все плашки открыты;

на фиг. 2 - вид А с фиг. 1;

на фиг. 3 - эластичные уплотнитель 12;

на фиг. 4 - эластичные уплотнитель 18;

на фиг. 5 - продольный разрез превентора, трубные плашки закрыты на спущенной трубе;

на фиг. 6 - разрез Б-Б с фиг. 5;

на фиг. 7 - продольный разрез превентора, глухие плашки закрыты;

на фиг. 8 - разрез В-В с фиг. 7;

на фиг. 9 - продольный разрез превентора, трубные плашки закрыты, глухие плашки закрыты до упора в спущенную трубу.

на фиг. 10 - разрез Г-Г с фиг. 9.

Превентор включает корпус 1 (фиг. 1) с вертикальным осевым каналом 2, через который спускают в скважину колонну труб 3, и боковыми горизонтальными каналами 4, симметрично расположенными относительно вертикального канала 2, причем их продольная ось расположена перпендикулярно оси последнего. Полость каждого из каналов 4 имеет в поперечном сечении прямоугольную форму и содержит горизонтальную рабочую поверхность для герметизации 5 и вертикальные ограничительные поверхности 6 и 7 (фиг. 2).

В полостях каналов 4 установлены плашечные блоки 8 (фиг. 1), корпуса которых имеют в поперечном сечении прямоугольную форму и являются одновременно корпусами 9 нижних глухих плашек 10, в которых выполнены фигурные пазы 11 с размещенными в них эластичными уплотнителями 12 с рабочими поверхностями 13 и 14 (на фиг. 3). При этом в рабочем положении поверхности 13 уплотнителей 12 взаимодействуют с поверхностями 5 полостей горизонтальных каналов 4, а поверхности 14 взаимодействуют между собой при сближении плашечных блоков 8 для полного перекрытия осевого канала 2 при отсутствии в нем трубы 3.

Верхние трубные плашки 15 содержат корпуса 16, имеющие в поперечном сечении прямоугольную форму и подвижно размещенные в прямоугольных выемках 17, выполненных в корпусах 9 нижних глухих плашек 10, и эластичные уплотнители 18 с рабочими поверхностями 19, 20 и 21 (на фиг. 4), размещенные в фигурных пазах 22, выполненных в корпусах 16. При этом в рабочем положении поверхности 19 уплотнителей 18 взаимодействуют с поверхностями 5 полостей каналов 4, поверхности 20 взаимодействуют между собой при сближении плашек 15 для перекрытия осевого канала 2 при наличии в нем трубы 3, а поверхности 21 взаимодействуют с трубой 3.

Ручные приводы содержат жестко соединенные с корпусом 1 крышки 23, образующие в вертикальной диаметральной плоскости резьбовые соединения 24 и 25 с приводными штоками 26 и 27, которые фигурными концами 28, выполненными, например, в форме шестигранника, взаимодействуют со штурвалами 29, снабженными удлинителями 30 с выполненными в них ответными фигурными отверстиями, взаимодействующими с фигурными концами 28 штоков 26 и 27. Для обеспечения необходимой герметизации между деталями превентор снабжен уплотнительными элементами 31 (фиг. 1).

Заявляемый превентор работает следующим образом.

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

При проведении спускоподъемных операций оборудование на колонне труб 3 перемещают через вертикальный осевой канал 2 корпуса 1 (фиг. 1).

Для герметизации устья скважины со спущенной колонной труб 3 вращают по направлению часовой стрелки штурвалы 29 с удлинителями 30 и приводные штоки 26. (фиг. 5). При этом приводные штоки 26, взаимодействуя с резьбовыми соединениями 24 крышек 23, перемещают трубные плашки 15 с эластичными уплотнителями 18 вдоль боковых ограничительных поверхностей 6 и 7 (на фиг. 2), и горизонтальных рабочих поверхностей 5 в сторону спущенной колонны труб 3. При перемещении трубных плашек 15 рабочие поверхности 19 эластичных уплотнителей 18 находятся под рабочими поверхностями для герметизации 5 полостей горизонтальных каналов 4 корпуса 1, рабочие поверхности 20 (фиг. 6) прижимаются к рабочим поверхностям 20 эластичных уплотнителей 18 противолежащих трубных плашек 15, а рабочие поверхности 21 - к спущенной колонне труб 3, плотно охватывают ее, тем самым герметизируя устье скважины. Рабочие поверхности 19 эластичных уплотнителей 18 образуют замкнутый контур. Возникающее под трубными плашками 15 (фиг. 5) давление скважинной среды прижимает этот контур к рабочим поверхностям 5 полостей горизонтальных каналов 4 корпуса 1. Уплотнительный материал эластичных уплотнителей 18, полностью охваченных металлическими поверхностями пазов 22 плашек 15, не перемещается под воздействием текучести и надежно герметизирует места контактов трубных плашек 15 с колонной спущенных труб 3. Положение трубных плашек 15 контролируют по положению штурвалов 29.

Для открытия превентора после сброса давления необходимо отвести трубные плашки 15 вращением штурвалов 29 против направления часовой стрелки в исходное положение до полного открытия вертикального осевого канала 2 корпуса 1 превентора (фиг. 1).

При возникновении необходимости герметизации устья скважины без спущенного оборудования штурвалы 29 с удлинителями 30 переставляют на приводные штоки 27 (фиг. 7) корпусов 9 нижних глухих плашек 10, затем превентор закрывают вращением по направлению часовой стрелки штурвалов 29 с удлинителями 30 и приводных штоков 27. При этом приводные штоки 27, взаимодействуя с резьбовыми соединениями 25 крышек 23, перемещают плашечные блоки 8, включающие глухие плашки 10 с эластичными уплотнителями 12, вдоль боковых ограничительных поверхностей 6 и 7 и горизонтальных рабочих поверхностей 5 полостей горизонтальных каналов 4 (на фиг. 2) в сторону вертикального осевого канала 2 корпуса 1 (фиг. 7). При перемещении плашечных блоков 8, включающих глухие плашки 10, рабочие поверхности 13 эластичных уплотнителей 12 находятся под рабочими поверхностями для герметизации 5 полостей горизонтальных каналов 4 корпуса 1, а рабочие поверхности 14 (фиг. 8) прижимаются к рабочим поверхностям 14 эластичных уплотнителей 12 противолежащих глухих плашек 10, тем самым герметизируя устье скважины. Рабочие поверхности 13 эластичных уплотнителей 12 образуют замкнутый контур. Возникающее под плашечными блоками 8 с глухими плашками 10 (фиг. 7) давление скважинной среды прижимает этот контур к горизонтальным рабочим поверхностям 5 полостей каналов 4 корпуса 1. Уплотнительный материал эластичных уплотнителей 12, полностью охваченных металлическими поверхностями пазов 11 плашек 10, не «перетекает» и надежно герметизирует места стыков плашечных блоков 8, включающих глухие плашки 10. Положение плашечных блоков 8 с глухими плашками 10 контролируют по положению штурвалов 29.

Прямоугольная форма в поперечном сечении боковых горизонтальных каналов 4 и корпусов плашечных блоков 8 с фиксацией от проворота поверхностями 6 и 7 обеспечивает необходимые условия перемещения плашечных блоков 8, а отсутствие шпоночного паза, который может заполняться твердой фазой бурового раствора и шламом, не будет создавать условий для сопротивления перемещению плашечных блоков 8 и увеличению усилия их перемещения, благодаря чему обеспечивается снижение трудозатрат при эксплуатации заявляемого превентора.

Для открытия превентора, после сброса давления, необходимо отвести корпуса плашечных блоков 8 с глухими плашками 10 вращением штурвалов 29 против направления часовой стрелки в исходное положение до полного открытия вертикального осевого канала 2 корпуса 1 превентора (фиг. 1).

Проведение операций, необходимых для закрытия заявляемого превентора без спущенного оборудования, требует значительно меньших временных затрат по сравнению с прототипом, поскольку надежную герметизацию устья скважины в данной ситуации обеспечивает закрытие только нижних плашек, т.е. глухих плашек 10, необходимость закрытия трубных плашек 15 отсутствует. Таким образом, обеспечивается повышение безопасности при эксплуатации заявляемого превентора.

В случае необходимости подвешивания колонны труб 3 на закрытых трубных плашках 15 для увеличения опорной поверхности под ними корпуса плашечных блоков 8 перемещают вращением штурвалов 29 (фиг. 9) до упора глухих плашек 10 в спущенную трубу 3 (фиг. 10).

Для замены трубных плашек 15 (фиг. 1) и эластичного уплотнителя 18 при переходе на другой типоразмер трубы или их износе плашечные блоки 8 легко вынимаются из горизонтальных полостей каналов 4 корпуса 1, что значительно снижает трудоемкость при эксплуатации и обслуживании.

Для обеспечения безопасного дистанционного управления плашками 15 и 10 превентора штурвалы 29 и удлинители 30 демонтируют. К приводным штокам 26 и 27 присоединяют карданные валы с удлинительными трубами (не показано). Штурвалы 29 устанавливают на концах удлинительных труб в безопасной зоне. Благодаря этому существует возможность использования заявляемого превентора при проведении аварийных работ на скважине, чем обеспечивается расширение эксплуатационных возможностей заявляемого устройства.

Данное техническое решение превентора обеспечивает надежную герметизацию устья скважины, повышение безопасности, снижение трудозатрат при эксплуатации и техническом обслуживании и расширение эксплуатационных возможностей.