Устройство ввода шаров в трубопровод

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, является элементом наземного оборудования скважины и предназначено для осуществления последовательного ввода шаров в поток рабочей жидкости, прокачиваемой по нагнетательному трубопроводу без остановки потока рабочей жидкости, сброса давления и перекрытия потока жидкости в трубопроводе. Устройство может быть применено при гидравлическом разрыве пластов, а также при освоении, эксплуатации, ремонте нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.

Известно устройство ввода шаров в трубопровод, содержащее корпус с каналом для перемещения шаров, механизм для ввода шаров, привод (см. описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №629325 «Устройство для очистки труб от парафиновых отложений» МПК Е21В43/00, опубл. 25.10.1978 г.).

Известное устройство устанавливают во внутренней колонне скважины, при этом размеры устройства ограничены габаритами внутреннего канала колонны скважины, а размеры диаметров используемых шаров не соответствуют размерам шаров, применяемым при гидравлическом разрыве пластов.

Механизмы для удержания шара известного устройства размещены непосредственно во внутренней полости оборудования, включённого в состав колонны НКТ, тем самым, значительно уменьшается проходной канал колонны НКТ для потока рабочих сред, что уменьшает результативность и продуктивность проводимых работ.

В известном устройстве для освобождения шара необходимо произвести манипуляции с изменением режима закачки рабочей жидкости (изменение давления, расхода). В большинстве случаев это невозможно без временного прекращения основных видов проводимых работ на устье скважины, так как является нарушением технологии проводимых работ. Кроме того, в известном устройстве существует возможность размыва внутренних деталей устройства вследствие больших потоков, что приведёт к не контролируемому сбросу шара и, следовательно, к аварийной ситуации.

Известно устройство ввода шаров в трубопровод, принятое в качестве прототипа, содержащее помещённый в корпус механизм для ввода шаров, соединенный с приводом с возможностью фиксации от самопроизвольного проворота, где корпус выполнен с каналом для перемещения шаров и с присоединительными элементами для его монтажа в трубопровод, (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации на изобретение №2633461, Е21В 23/08, опубл. 12.10.2017 г.).

Загрузка шарами известного устройства трудоёмка и долговременна. В известном устройстве для загрузки шаров необходимо отсоединить привод, открутить гайку прижимную, извлечь из корпуса стакан со шнеком и только после этого загружать шары. Для извлечения стакана со шнеком из корпуса в полевых условиях приходится использовать грузоподъёмные механизмы, что не всегда возможно.

В известном устройстве нижний конец вала шнека находится непосредственно возле проходного канала, по которому проходит поток рабочей жидкости, в результате чего возможен размыв нижнего крепления вала, приводящий к неработоспособности устройства и последующей аварии.

В известном устройстве подшипник, обеспечивающий вращение механизм для ввода шаров, расположен во внутренней полости устройства и ничем не защищен от попадания прокачиваемой рабочей жидкости. В незащищённый подшипник попадет прокачиваемая жидкость, приводящая подшипник к преждевременному износу и к его выходу из строя.

Технической задачей и техническим результатом создания предлагаемого устройства является повышение надежности работы, срока службы и удобства пользования за счет простоты при эксплуатации, обслуживании и ремонте.

Технический результат достигается тем, что устройство ввода шаров в трубопровод содержит корпус, внутри которого установлен с возможностью фиксации от поворота и неконтролируемого ввода шаров в трубопровод механизм для ввода шаров, соединенный с приводом, при этом корпус выполнен с каналом для перемещения шаров и с присоединительными элементами для монтажа корпуса к трубопроводу, при этом корпус выполнен из двух частей, имеющих ступенчатую сопрягаемую поверхность и соединенных между собой по периметру, при этом обе части корпуса выполнены с отверстием для ввода шаров, оснащенным съёмной пробкой, и со сквозным отверстием, образующим проходной канал соосный и сопрягаемый с каналом трубопровода, при этом одна из частей корпуса выполнена с цилиндрической полостью для установки механизма ввода шаров, выполненного в виде жестко закрепленного на валу цилиндрического барабана с посадочными местами для размещения шаров в виде пазов, расположенных с равным интервалом на его боковой поверхности, при этом вал установлен концами в защищенных подшипниковых опорах, закрепленных на корпусе, один конец вала соединён с приводом, а другой – с индикатором для визуального контроля факта поворота барабана и порядкового номера введённого в трубопровод шара, а цилиндрическая поверхность полости выполнена с пазом в виде полуцилиндра, образующим при вращении барабана совместно с его посадочным местом отверстие для выхода шара в проходной канал.

В предлагаемом устройстве загрузку шаров осуществляют без разборки устройства, сохраняя, тем самым, его герметичность. Для загрузки шаров необходимо только выкрутить съёмную пробку и через открывшееся отверстие произвести загрузку шаров. Для удобства эксплуатации загрузочные отверстия выполнены с двух противоположных сторон устройства, что позволяет оператору выбирать сторону для загрузки шаров.

Вал барабана предлагаемого устройства расположен на значительном расстоянии от потока жидкости, что исключает его размыв и повышает надёжность работы устройства.

Подшипниковые узлы вала механизма ввода шаров предлагаемого устройства вынесены на наружную поверхность корпуса устройства и не имеют контакта с прокачиваемой по трубопроводу жидкостью, что исключает их загрязнение и размыв, и повышает надёжность работы устройства в целом. Конструкция подшипниковых опор обеспечивает защиту подшипников от атмосферных воздействий.

Конструкция устройства ввода шаров в трубопровод поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид; на фиг. 2 изображен общий вид с установкой барабана в полукорпусе; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б - Б на фиг.3; на фиг. 5 – сечение В - В на фиг.3; на фиг. 6 - полость для установки барабана; на фиг. 7 - барабан, общий вид.

Устройство ввода шаров в трубопровод содержит корпус, выполненный из двух частей: полукорпуса 1 и полукорпуса 2, имеющих ступенчатую сопрягаемую поверхность и соединенных между собой по периметру болтовым соединением 3.

Каждая часть корпуса 1 и 2 выполнена со сквозным отверстием 4 и 5 соответственно, которые образуют при монтаже устройства проходной соосный и сопрягаемый с трубопроводом канал, через который вводятся шары в трубопровод.

На полукорпусах 1 и 2 выполнены резьбовые отверстия 6 для монтажа предлагаемого устройства в трубопровод. Герметичность соединения обеспечивается прокладкой, устанавливаемой в канавку 7, выполненную вокруг отверстий 4 и 5 проходного канала (прокладка на чертеже не показана).

Полукорпус 2 имеет выступ 8 с канавкой по торцу контура под уплотнительную манжету 9, которая обеспечивает герметичность внутренней полости, образуемой при соединении полукорпусов 1 и 2.

Одна из частей корпуса, например, полукорпус 2 имеет цилиндрическую полость 10 с днищем для установки механизма ввода шаров, выполненного в виде барабана 11. Цилиндрическая поверхность полости 10 имеет в своей нижней части паз (выемку) 12 в виде полуцилиндра, образованный при выполнении сквозного отверстия 5.

Для обеспечения загрузки шаров в барабан 11 в полукорпусе 1 и полукорпусе 2 соосно выполнены загрузочные отверстия (отверстия на чертеже не показаны). Отверстия после загрузки шаров и при эксплуатации устройства герметично закрыты съёмными пробками 13 и 14.

Барабан 11 выполнен цилиндрической формы с центральным сквозным отверстием для установки на вал 15 и жестко соединён с валом 15 (центральное отверстие на чертеже не показано). По боковой поверхности барабана 11 с равным интервалом выполнены посадочные места 16 в виде пазов в форме полуцилиндра для размещения шаров (шары на чертеже не показаны). Количество посадочных мест 16 может меняться в зависимости от вида проводимых работ, для чего барабан 11 может быть выполнен сменным. Барабан 11 закреплён с возможностью фиксации от проворота стопором 17. Вал 15 выступает концами за полукорпуса 1 и 2 с обеих сторон. С наружных сторон полукорпусов 1 и 2 установлены подшипниковые узлы 18 в обоймах 19 для установки в них вала 15. На один конец вала 15 установлен привод устройства, а на другой – устройство индикации, обеспечивающее визуальный контроль факта проворота барабана и порядкового номера вброшенного шара (привод на чертеже не показан).

Вращение вала 15, и соответственно барабана 11 может быть осуществлено: вручную, приводом механизированным гидравлическим, приводом пневматическим, приводом электрическим или другим известным приводом. Привод обеспечивает поворот вала на определенный угол, обусловленный угловым шагом расположения посадочных мест шаров 16 на барабане 11.

На валу 15 установлены уплотнительные манжеты 20, обеспечивающие герметичность сопряжения вала 15 с полукорпусами 1 и 2.

Устройство индикации для визуального контроля факта поворота барабана и порядкового номера вброшенного шара может быть выполнено, например, в виде стрелки 21, жестко закрепленной на валу 15, и цифр, нанесенных на поверхности полукорпуса 1 вокруг вала 15. Цифры на корпусе расположены с тем же шагом, что и посадочные места 16 в барабане 11, при этом, количество цифр равно количеству посадочных мест 16 в барабане 11 минус одно место.

Рым болт 22 закреплен на корпусе для строповки устройства при погрузочных и разгрузочных работах.

Устройство ввода шаров работает следующим образом.

Монтаж предварительно собранного устройства в трубопровод, производят с использованием резьбовых отверстий 6 для монтажа, выполненных на полукорпусах 1 и 2, при этом проходной канал устройства становится составной частью канала трубопровода (внутренний диаметр проходного канала устройства равен внутреннему диаметру трубопровода).

Затем, с удобной стороны, выкручивается пробка 13 или 14 и через загрузочное отверстие в корпусе поштучно загружаются шары, поворачивая барабан 11 и обеспечивая возможность попадания шара на посадочное место 16.

При этом одно посадочное место 16 в барабане 11 оставляют всегда пустым, и при загрузке максимально возможного количества шаров в барабан, пустое посадочное место в исходном состоянии (после загрузки) находится в месте выхода шаров в трубопровод. Это обеспечивает отсутствие возможности нахождения шара в месте выхода в трубопровод в исходном положении барабана и бесконтрольного сброса шара в трубопровод.

После загрузки шаров и при эксплуатации загрузочные отверстия герметично закрываются пробками 13 или 14

При вращении барабана 11 на валу 15 на определённый угол происходит совмещение паза 12 с посадочным местом 16 в барабане11 с образованием цилиндрического отверстия, совпадающего со сквозным каналом, образованным отверстиями 4 и 5, а так же с каналом трубопровода. В этот момент и происходит сброс шара во внутренний канал трубопровода. С помощью устройства индикации, производится визуальный контроль факта поворота барабана 11 и порядкового номера сброшенного шара.