Устройство для герметизации устья скважины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.80„„! 2442

А1 (51) 4 E 21 В 33/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3711394/22-03 (22) 16. 03. 84 (46) 15. 07. 86. Бюл. Р 26 (71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт по добыче и переработке сероводородсодержащих газов (72) О.К. Колыхалов, Г.Л. Гендель, Г.Н. Бабиев и А.В. Налетова (53) 622. 245.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 346472, кл. E 21 В 33/06, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Ф 11 13513, кл. E 21 В 33/06, 1983. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ, содержащее основной кожух с зубчатым венцом на его внутренней поверхности, установленный в основном кожухе с возможностью вращения, корпус с кольцевым выступом и соплами, ступенчатые уплотнительные плашки, герметизирующие бурильную колонну и выступ корпуса, механизм привода плашек, выполненный в виде самоцентрирующегося токарного патрона, связанный с корпусом контактный элемент, взаимодействующий с бурильной колонной, кинематически связанную с венцом электромагнитную реверсивную муфту, датчики контроля. изменения диаметра бурильной колонны и ограничения хода плашек, связанные с электрической частью электромагнитной реверсивной муфтой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности герметизации устья скважины в процессе спускоподъемных операций путем предотвращения износа уплотнительных пл"шек, оно снабжено дополнительным кожухом с установленным на нем электромагнитным стопором, установленным на внутренней поверхности основного кожуха и жестко связанным с ним дополнительным зубчатым венцом с электромагнитной муфтой сцепления, связанной с контактным элементом, при этом основной кожух установлен с возможностью вращения или стопорения в дополнительном кожухе соответственно в процессе спускоподъемных операций или бурения.

1 244? 86 Х

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности,, в частности к конструкциям превенторов, предназначенных для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при бурении.

Целью изобретения является повы1 шение надежности герметизации устья скважины в процессе спускоподъемных операций путем предотвращения износа уплотнительных плашек.

На фиг.1 изображено устройство для герметизации устья скважины: на фиг.2 — вид А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4сечение .В-В на фиг.1 (электромагнитный стопор); на фиг.5 — схема управления механизмом перемещения плашек.

Устройство состоит из корпуса .1, самоцентрирующегося патрона 2, содержащего ведомую шестерню 3 и ведущую шестерню 4, реечный кулачок

5 и разгрузочную втулку 6. На реечный кулачок 5 насажена ступенчатая плашка 7, футерованная уплотнителем

8. В корпусе 1 расположен вал 9, который одним концом вставляется в ведущую шестерню 4, а другим концом выведен наружу для насадки на него привода, кинематически связанного с ведомым валом 10, например, электромагнитной реверсивной муфты 11, жестко закрепленной на корпусе 1.

Ведущий вал 12 реверсивной муфты 11 кинематически связан с зубчатым венцом 13, жестко закрепленным на внутренней поверхности основного кожуха 14.

Корпус 1 вращается внутри основного кожуха 14 на подшипниках 15.

Основной кожух 14, в свою очередь, вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17. Гермети- . зация пространства между корпусом

1 и основным кожухом 16 достигается за счет уплотнительных элементов 18. Корпус 1 выполнен с кольцевым выступом 19 и соплами 20 для охлаждения и омывания уплотнителей 8.

Корпус 1 закрыт крышкой 21 с закрепленной на ней опорой 22. На опоре 22 установлен контактный элемент

23, кинематически связанный посредством вала 24, конической шестерни ,25, установленной на валу 24, и промежуточной конической шестерни 26 с

5

30 дополнительным зубчатым венцом 27, установленным на внутренней поверхности крышки 28 основного кожуха 14.

Кинематическая Связь контактного элемента 23 с зубчатым венцом 27 осуществляется, например, через электромагнитную муфту 29 сцепления, установленную на валу 24. Промежуточная коническая шестерня 26 установлена на крышке 21 с возможностью вращения, опора 22 установлена с воэможностью вращения относительно оси промежуточной конической шестерни 26, Контактный элемент 23 прижимается к поверхности бурильной колонны

30 при помощи пружин 31. Контактный элемент.23 может быть выполнен, например, в виде ролика, армированного резиновым ободом с профилированной поверхностью, которая обеспечивает высокую площадь контакта и высокий коэффициент трения скольжения с цилиндрической поверхностью бурильной колонны 30 при ее вращении. Вместе с колонной 30 вращается контактный элемент 23 вокруг ее оси вместе с опорой 22, на которой он установлен.

Так как опора 22 закреплена на крышке 21 корпуса 1, то она вращает корпус 1 вместе с бурильной колонной 30.

При спускоподъемных операциях, когда вращение бурильной колонны 30 отсутствует, контактный элемент 23, взаимодействуя с бурильной колонной 30, вращается на валу 24. Вращение контактного элемента 23 за счет кинематических связей вала 24, включенной электромагнитной муфты сцепления 29, конической шестерни

25, промежуточной конической шестерни 26 и дополнительного зубчатого венца 27, установленного на крышке

28 корпуса 1, обеспечивает вращение основного кожуха 14 относительно неподвижных корпуса 1 и дополнительного кожуха 16. Кинематическая связь между контактным элементом 23 и дополнительным зубчатым венцом 27 обеспечивает различные направления вращения основного кожуха

14 при спуске и подъеме бурильной колонны 30. Причем направление вра55 щения основного кожуха 14 при спуске бурильной колонны 30 осуществляется в противоположном направлении относительно вращения бурильной колонны

1244286 4

30 в процессе бурения, а при подъеме совпадает с направлением вращения бурильной колонны 30 в процессе бурения.

Электромагнитный стопор выполнен например, в виде, храпового стопорного механизма с электромагнитным приводом, установленного на дополнительном кожухе 16. Он содержит цилиндрический зубчатый венец 32 с круговыми вырезами, жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности основного кожуха 14. В круговой вырез зубчатого венца.32 вставлен палец 33 с возможностью его периодического вхождения в другие круговые вырезы при вращении

l цилиндрического зубчатого венца 32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16. Палец

33 связан с якорем 34, установленным с возможностью качения и подпружиненным пружиной 35. Якорь 33 притягивается к сердечнику электромагнита 36 при прохождении тока через его катушку, обеспечивая тем самым стопорение зубчатого венца

32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16.

Со стороны проходного отверстия разгрузочной втулки 6 корпуса 1 и кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики 37 и

38 контроля изменения диаметра бурильной колонны 30. С внутренней стороны корпуса 1 и с внешней стороны кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики

39 и 40 ограничения хода плашек.

Датчики 37-40 управляют электромагнитной реверсивной муфтой 11. Питание электромагнитной реверсивной муфты 11 и электромагнитной муфты

29 сцепления осуществляется через щеточные контакты 41 и 42.

Схема управления механизмом перемещения йлашек содержит конечные выключатели ВК1-ВК4, работающие как датчики, соответственно 37-40, переключатели ПК1 и ПК2 (на чертеже не показан) кнопку управления КУ1 ("Рабочее положение"), которая шунтирует

ВК2, и кнопку управления КУ2 ("Открыто"), которая шунтирует ВК1.

Для получения нужного направления вращения ведомого вала 10 электромагнитной реверсивной муфты 11 при неизменном направлении вращеПеред проведением спуска бурильной колонны 30, когда вращение ее отсутствует, ПК1 переводится в положение Т . При этом подается напряжение на ПЗ и обесточивается П4, что соответствует включению элек30 тромагнитной муфты 29 сцепления при выключенном электромагнитном стопоре. ПК2.также переводится в положение I.

При спуске бурильная колонна 30

З5 взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение.

Вращение контактного элемента 23 передается посредством вала 24 через включенную муфту сцепления 29

40 конической шестерне 25. Вращение конической шестерни 25 передается .на промежуточную коническую шестерню 26, которая. посредством кинематической связи с дополнительным .

45 зубчатым венцом 27 обеспечивает вращение крышки 28 с основным кожухом 14. Основной кожух 14 вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17, при этом корпус

50 1 неподвижен.

При нажатии вынесенной кнопки

"Рабочее положение" (КУ1) подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту 11 на прямое вра55 щение ведомого вала 10. Вращение ведущего вала 12 реверсивной муфты

11 осуществляется за счет кинематических связей от зубчатого венца

5

20 ния ведущего вала 12 включается один из пускателей П1 или П2.

Включение электромагнитной муфты сцепления 29 обеспечивается включением пускателя ПЗ, а включение электромагнитного стопорного устройства — пускателем П4. Причем при включении ПЗ выключаетс П4, что соответствует I положению ПК1, и наоборот, при включении П4 выключается

ПЗ, что соответствует II положению

IIK1. Перед проведением спуска бурильной колонны 30 и перед процессом бурения ПК2 переводится в положение I, а перед ее подъемом — в положение II.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в комплекте противовыбросового оборудования устанавливают на устье скважины, при этом допопнительный кожух 16 закреплен неподвижно.

1 244286

13. Вращение ведомого вала 10 ревер- сивной муфты 11 передается за счет кинематических связей валу 9. Вращение вала 9 передается на ведущую шестерню 4, которая вращает ведомую шестерню 3 и перемещает реечный кулачок 5 со ступенчатыми плашками

7 и уплотнителями 8, герметизирующими затрубное пространство в месте соприкосновения уплотнителя 8 с кольцевым выступом 19 корпуса 1 и бурильной колонной 30. Одновременно происходит нажатие ВК4 (датчик 40) который обесточивает П2, муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.

После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны

30 нажимает ВК2 (датчик 38), который посредством П2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 к буровой. колонне 30, герметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК4 (датчик 40), который, обесточивая П2, выключает реверсивную муфту 11, переводя ее в нейтральное положение.

Вращением бурильной колонны 30 и ее перемещением по мере бурения вниз ПК1 переводится в положение

II что соответствует выключению электромагнитной муфты 29 сцепления и включению электромагнитного стопора.

При этом обеспечивается стопорение основного кожуха,14 относительно дополнительного кожуха 16, а корпус 1 посредством опоры 22 с установленным на ней контактным элементом 23, взаимодействующим с бурильной колонной 30, вращается вместе с бурильной колонной ЗО.Причем направление вращения ведущего вала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое за счет кинематических связей от зубчатого венца 13,совпадает с направлением вращения ведущего вала 12, осуществляемого при спуске бурильной колонны 30. Это обеспечивается тем, что при спуске бурильной колонны 30 основной кожух 14 вращается в противоположном направлении относительно вращения бурильной колонны 30 в процессе бу% рения.

Таким образом, схема управления механизмом перемещения плашек при прохождении замков бурильной колонны

30 в процессе бурения через уплотнительный узел работает так же, как и при спуске бурильной колонны

30, т.е. при прохождении уплотнительного узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК2 .(датчик 38), напряжение подается на П1, и реверсивная муфта 11 включается на обратное вращение ведомого вала 10, Вращение ведомого вала 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематических связей валу 9 механизма привода плашек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчики 29), при этом обесточивается П1, ревер сивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.

После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны нажимает ВК2 (датчик 38), который посредством П2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки .7 с уплотнителями 8 к бурильной колонне 30, герметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК4 (датчик 40), который, обесточивая П2, выключает муфту 11, переводя ее в нейтральное положение.

При необходимости временной разгерметизации затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения, нажимается вынесенная кнопка "Открыто" (КУ2). При этом подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту 11 на обратное

I вращение ведомого вала i0. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия

ВКЗ (датчик 39), после чего реверсивная муфта 11 переходит в нейтральное положение.

Дальнейшая герметизация затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения осуществляется нажатием вынесенной кнопки Рабочее положение" (КУ1).

1244286

После завершения процесса бурения, т.е. остановки вращения буриль. ной колонны 30 и перед началом ее подъема ПК1 переводится в положение I при этом подается напряжение на ПЗ и обесточивается П4, что соответствует включению электромагнитной муфты 29 сцепления при выключенном электромагнитном стопо— ре, а ПК2 переводится в положение TT.

При подъеме бурильная колонна 30 взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение.

Вращение контактного элемента 23 передается за счет кинематических связей валом 24 через включенную муфту сцепления 29 конической шестерне. 25. Вращение конической шестерни 25 передается на промежуточную коническую шестерню 26, которая посредством кинематической связи с дополнительным зубчатым венцом

27 обеспечивает вращение крышки

28 с основным кожухом 14. Основной кожух 14 вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17 при неподвижном корпусе 1. При этом направление вращения основного кожуха 14 внутри дополнительного 1 кожуха 16 противоположно по направлению вращению кожуха 14 при спуске бурильной колонны 30, так как при подъеме бурильной колонны 30 изменяется направление вращения контактного элемента 23. Следовательно, вращение ведущего вала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое за счет кинематических связей от зубчатого венца 13, также будет противоположно по направлению вращению ведущего вала 12 при спуске бурильной колонны 30 и в процессе бурения.

Таким образом, изменится и.схема управления механизмом перемещения плашек при прохождении через уплотнительный узел замков бурильной колонны 30 при ее подъеме.

При подходе к уплотнительному узлу снизу при загерметизированном затрубном пространстве замок бурильной колонны 30 нажимает на ВК2 (датчик 38), при этом подается напряжение на П2,. включающее реверсивную муфту 11 на обратное вращение ведомого вала 10. Вращение ведомого ва10 ла 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематических вязей валу 9 механизма привода пла, ек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от

t5 бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39),при этом обесточивается П2, реверсивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.

20 После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК1 (датчик 37), который посредством П1 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомо25 ro вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 к бурильной колонне

30, герметизируя затрубное пространство до нажатия ВК4 (датчик 40), козп торый, обесточивая П1, выклю .ает реверсивную муфту 11, переводя ее в нейтральное положение.

Перед разгерметизацией затрубного пространства при подъеме бурильной колонны 30 нажимается вынесенная кнопка "Рабочее положение" (КУ1).

При этом подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту

11 на обратное вращение ведомого

4б вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39) после чего реверсивная муфта 11 пе4 реходит в нейтральное положение °

Реверсивная муфта 11, датчики

37-40 управления реверсивной муфтой

11, муфта 29 сцепления и стопор могут нзготовляться с пневматическим или любым другим приводом.

1 24428б

1244286 и2

Зб

Составитель И. Кепке

Техред Н.Бонкало Корректор М. Шароши

Редактор Л. Веселовская

Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4431

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4