Запорная арматура и устройство для ее принудительного наведения на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины

 

Изобретение относится к устройствам принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины и предназначено для эффективного перекрытия или тушения пожаров буровых скважин любой сложности на заданной глубине. Устройство содержит стойку с опорной площадкой, которая снабжена подвижными телескопическими стрелами горизонтального перемещения и грузоподъемной стрелой вертикального перемещения с мехнизмом ее удержания. Стрела горизонтального перемещения выполнена с возможностью осевого перемещения вдоль стойки и имеет механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации, регулирующий противовес и узел автоматической ориентации. Он расположен в последнем звене телескопической стрелы, ближнем к устьевому оборудованию, и выполнен с механизмом управления и блокировки. Стрела вертикального перемещения имеет механизм выдвижения, вдвижения и фиксации. Одним концом она шарнирно связана со стрелой горизонтального перемещения, а другим концом посредством тягового механизма с механизмом ее удержания и с запорным органом. Последний содержит подвижные запорные элементы, связанные с исполнительным механизмом, внутри которого расположены направляющие штанги, соединенные между собой в верхней части для связи с тяговым механизмом и нижней части с опорным основанием. Устройство имеет неподвижный и подвижный трубопроводы, на последнем из которых установлено расчетное количество запорных элементов и перекрывающий орган под ними. Исполнительный механизм с системой автоматической фиксации и дистанционного управления выполнен в виде подвижного корпуса с камерами. Одна из них заполнена сжатым воздухом, имеет управляющий ниппель со штоком и гидравлически связана с полостью подвижного трубопровода, вводимого внутрь устьевого оборудования открыто фонтанирующей или горящей скважины для ее полного или частичного перекрытия с регулируемым расходом содержимого скважины. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к устройствам принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины и предназначено для эффективного тушения буровых скважин любой сложности на заданной глубине.

Известно устройство для принудительного наведения запорной арматуры на колонну открыто фонтанирующей скважины, содержащее стойку с опорной площадкой, опирающейся на грунт, тяговый механизм с направляющими роликами и тяговыми канатами, связанными с запорной арматурой [1] .

Недостатком известного изобретения является опасность работы вблизи буровой скважины и ненадежность срабатывания запорной арматуры.

Цель изобретения - безопасная работа вблизи горящей буровой скважины подвижным устройством принудительного наведения запорной арматуры, его мобильным перемещением, точным наведением и ориентированием, увеличение надежности срабатывания элементов запорной арматуры при помощи дистанционного управления системой автоматики.

Достигается это тем, что устройство для принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины выполнено компактным для мобильного перемещения и содержит в своей конструкции стойку с опорной площадкой, которая снабжена подвижными телескопическими стрелами горизонтального перемещения и грузоподъемной вертикального перемещения с механизмом ее удержания, причем стрела горизонтального перемещения выполнена с возможностью осевого перемещения вдоль стойки и имеет механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации, регулирующий противовес и узел автоматической ориентации, расположенный в последнем звене телескопической стрелы, ближнем к устьевому оборудованию и выполненный с механизмом управления и блокировки, где стрела вертикального перемещения имеет механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации, одним концом шарнирно связана со стрелой горизонтального перемещения, а другим концом посредством тягового механизма с механизмом ее удержания и с запорным органом, где запорная арматура, содержащая исполнительный механизм, внутри которого расположены направляющие штанги, соединенные между собой в верхней части для связи с тяговым механизмом и нижней части с опорным основанием, расположенными в нем неподвижным и подвижным трубопроводами, на последнем из которых установлено расчетное количество запорных элементов и перекрывающий орган под ними, причем исполнительный механизм с системой автоматической фиксации и системой дистанционного управления выполнен в виде подвижного корпуса с камерами, одна из которых заполнена сжатым воздухом, имеет управляющий ниппель со штоком и гидравлически связана с полостью подвижного трубопровода вводимого внутрь устьевого оборудования открыто фонтанирующей или горящей скважины для ее полного перекрытия или частичного с регулируемым расходом содержимого скважины.

На фиг. 1 изображен исполнительный механизм запорной арматуры; на фиг. 2 - опорное основание запорной арматуры; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2 подвижного и неподвижного трубопровода с запорными элементами; на фиг. 4 - разрез Б-Б запорных элементов, взаимодействующих с трубопроводом буровой скважины; на фиг. 5 изображен разрез В-В запорных элементов, расположенных внутри буровой скважины; на фиг. 6 - разрез Г-Г запорных элементов с перекрывающим органом; на фиг. 7 общий вид устройства принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины; на фиг. 8 - способ выдвижения телескопических стрел; на фиг. 9 - механизм блокировки выдвинутых звеньев телескопических стрел; на фиг. 10 - узел автоматической ориентации стрелы точного наведения; на фиг. 11 - лебедочный механизм.

Подвижный корпус исполнительного механизма запорной арматуры 1 (фиг. 1) снабжен отверстиями, в которых размещены направляющая штанга 2 и направляющая штанга 3, которые соединены между собой в верхней части в виде грузоподъемного хомута для взаимодействия с крюком 4. Подпружиненный хомут управления 5 с кулачковым основанием 6 расположен в канале 7 для взаимодействия с направляющим выступом 8 подпружиненного запора 9, связанного с проточкой штанги 3. Кулачковое основание 10 подпружиненного хомута управления 5 расположено в канале 11 для взаимодействия с направляющим выступом 12 подпружиненного запора 13, связанного с проточкой штанги 2 в ждущем режиме. Внутри расчетной массы подвижного корпуса исполнительного механизма 1 расположена камера сжатого воздуха 14, имеющая предохранительный ниппель избыточного давления 15, и управляющий шток ниппеля 16, гидравлически связанного с полостью подвижного трубопровода 17. Подпружиненный блокировочный запор 18, взаимодействующий в ждущем режиме наведения с проточкой штанги, расположен в цилиндре 19 и содержит подпружиненный фиксатор положения 20, имеющего ответное отверстие 21. Блокировочный запор 18 связан с исполнительным штоком 22, в основании которого закреплен трос управления 23. Штанга 2 с амортизатором 24 и штанга 3 с амортизатором 25 связаны с опорным основанием 26, (фиг. 2), имеющего контактные площадки 27, отражатели 28 и неподвижный трубопровод 29 с асбестовой пробкой 30. Внутри неподвижного трубопровода расположен подвижный трубопровод 17, на внешнем основании которого установлены запорные элементы 31 с промежуточными втулками 32 и перекрывающим органом 33 (фиг. 3), которые защищены теплоизоляционной прокладкой 34. Взаимодействие расчетного количества эластичных запорных элементов 31 с трубопроводом буровой скважины 35 (фиг. 4) происходит от наполнения запорных элементов сжатым воздухом, инертного состава, через независимые капилляры 36 и проходные ниппеля 37. Для тушения пожаров или перекрытия скважины со средним давлением один запорный элемент (фиг. 5) может быть выполнен в виде подвижных шарниров 38, связанных между собой тягами 39, которые взаимодействуют с неподвижными шарнирами 40, основания которых закреплены на подвижном трубопроводе 17, перекрывающем органе 33, и покрытых эластичной оболочкой 31, раскрытие которого осуществляется от избыточного давления, создаваемого капилляром 36 через ниппель 37, перемещающего подпружиненный поршень 41, расположенный в перекрывающем органе 33, который освобождает подпружиненные запорные планки 42, расположенные в шлицевых прорезях подвижного трубопровода 17. При тушении пожаров в скважинах, имеющих большое давление, применяется запорная арматура, которая частично перекрывает трубопровод буровой скважины (фиг. 6), осуществляя регулируемый расход ее содержимого через подвижный трубопровод 17, выполненный с радиально расположенными капиллярами 43, предохранительными ниппелями 44 для сообщения его внутренней полости с пространством внутри запорных элементов и между ними, расчетным количеством отверстий 45 различного диаметра для взаимодействия с направляющими выступами тяг 46, освобождение которых от зацепления с подвижным трубопроводом 17 производится перекрывающим органом 33, выполненным как неподвижным в виде штыря извлекаемого из подвижного трубопровода или подвижным в виде автоматической пробки, работа которой осуществляется с задержкой по времени от механизма торможения 47, взаимодействующего через шток поршня 48, реагирующего на избыточное давление внутри скважины, под действием которого происходит освобождение запорных планок 42, расположенных в шлицевых прорезях подвижного трубопровода 17.

Устройство для принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины (фиг. 7), содержит стойку 49 с опорной площадкой 50, опирающейся на грунт 51, снабженной подвижной телескопической стрелой горизонтального перемещения 52, выполненной с возможностью кругового и осевого перемещения вдоль стойки при помощи механизма управления и фиксации 53. Механизм выдвижения и фиксации 54, вдвижения и фиксации 55 расчетного количества выдвижных секций размещен на неподвижном звене 56 стрелы горизонтального перемещения, имеющей регулировочный противовес 57. Узел автоматической ориентации 58, расположенный в последнем, подвижном звене телескопической стрелы 52 ближнем к устьевому оборудованию горящей скважины 59 содержит механизм управления и блокировки 60. Грузоподъемная телескопическая стрела вертикального перемещения 61 снабжена механизмом выдвижения и фиксации 62, вдвижения и фиксации 63 одним шарнирным концом 64 связана с неподвижным звеном стрелы горизонтального перемещения 56, а другим концом посредством направляющих роликов 65, каната 66 с тяговым механизмом управления и фиксации стрелы 67. Запорная арматура с исполнительным механизмом 1 посредством крюка 4, тягового каната 68 и направляющих роликов 65 связана с механизмом удержания запорного органа 69, где в зависимости от степени сложности перекрытия открыто фонтанирующей или горящей скважины применяют расчетную длину направляющих штанг 70 и расчетную длину подвижного и неподвижного трубопроводов с запорными элементами 71.

Каждое звено телескопической стрелы горизонтального и вертикального перемещения (фиг. 8) содержит в основании перегородку 72 с размещенной в ней заглушкой 73, которая связывает перегородку с внутренним основанием звена, механизмом блокировки, причем заглушки 73 связаны между собой тяговым тросом 74, одно основание которого закреплено на механизме выдвижения и фиксации, а другим основанием тяговый трос огибает опорный ролик 75, расположенный на дополнительной перегородке 76 последнего подвижного звена телескопической стрелы и через проходные каналы 77 перегородок 72 связан с механизмом вдвижения и фиксации, расположенного на внешней стороне основания неподвижного звена, при этом внутренняя поверхность смежных звеньев стрел содержит проточку 78, а наружная поверхность смежных звеньев стрел, имеющих любую конфигурацию профиля, содержит направляющий выступ 79.

Механизм выдвижения телескопических стрел, производящий перемещение тяговым тросом 74 заглушек 73, производит их блокировку (фиг. 9), которая осуществляется после контакта подпружиненной запорной планки 80 с проточкой 81 заглушки 73 и подпружиненной запорной планки 82 с проточкой 83 звена телескопических стрел 52, 61. При работе механизма вдвижения телескопической стрелы производится их автоматическая разблокировка: когда стержень 84 подпружиненного фигурного кулачка 85, расположенного в цилиндре 86, касается предыдущего основания перегородки 72 для взаимодействия через выступ 87 на подпружиненную запорную планку 80, выводя ее из зацепления проточки 81 заглушки 73, а через выступ 88 - на подпружиненную запорную планку 82, выводя ее из зацепления проточки 83 звена телескопических стрел 52, 61, причем диаметры заглушек 73 уменьшаются в зависимости от количества звеньев, где каждая заглушка дополнительно содержит направляющий скос 89 и опорный выступ 90, соответствующий диаметру основания перегородки 72. Узел точного наведения и автоматической ориентации 58, связанный с механизмом управления и блокировки 60 (фиг. 7), выполнен в виде профильного упора 91, (фиг. 10), с устройством торможения 92, размещенного вы проточке 93 телескопической стрелы горизонтального перемещения 52. Внутри профильного упора 91 в канале 94 размещен подпружиненный фигурный кулачок 95, взаимодействующий с выступом 96 подпружиненного блокировочного устройства 97, расположенного в цилиндре 98 для блокировочного зацепления с зубчатой рейкой 99 и выступом 100 подпружиненного блокировочного устройства 101, расположенного в цилиндре 102 для блокировочного зацепления с зубчатой рейкой 103. Фигурный кулачок через гибкий трос, огибающий промежуточный ролик, связан с подпружиненным зацепом 104, выполненным шарнирным на скользящей втулке 105, размещенной на штоке 106, имеющем проточку, которая взаимодействует с основанием зацепа 104, который посредством тягового троса 107 через опорный ролик 108, проходной канал 109 связан с механизмом управления и блокировки 60.

Механизм выдвижения и фиксации подвижных секций 62 (фиг. 11) содержит рукоятку выдвижения 110, связанную с шестерней 111 для взаимодействия с шестерней 112, на оси которой закреплена катушка 113 для укладки троса 74, и рукоятку фиксации и торможения 114, связанную с червячной шестерней 115, на которой расположены подпружиненные тормозные башмаки 116. Механизм вдвижения и укладки подвижных секций содержит рукоятку возвратной укладки 117, связанную с шестерней 118 для взаимодействия с шестерней 119, на оси которой закреплена катушка 120 для укладки троса 74, несущего на себе опорные заглушки 73, каждая из которых имеет свои посадочные гнезда и рукоятку фиксации-торможения 121, связанную с червячной шестерней 122, на которой расположены подпружиненные тормозные башмаки 123.

Устройство работает следующем образом.

При возникновении пожара на буровой скважине к ее устью транспортируют устройство для принудительного наведения и ориентирования запорной арматуры. Строго вертикально устанавливают стойку 49 с опорным основанием 50 на безопасном расстоянии в зоне работы выдвижных телескопических стрел 52, 61 и производят выдвижения телескопической стрелы горизонтального перемещения 52 механизмом выдвижения и фиксации подвижных звеньев 54, ориентируя ее в горизонтальной плоскости противовесом 57. Вертикальное положение стрелы горизонтального перемещения к устью буровой скважины устанавливают механизмом управления и фиксации 53. Производят плавный поворот и подведение телескопической стрелы горизонтального перемещения 52 к устью буровой скважины 59 так, чтобы ее касание не препятствовало дальнейшему перемещению узла автоматической ориентации 58. Механизмом управления и блокировки 60 узла автоматической ориентации 58 производят перемещение профильного упора 91 до контакта с трубопроводом скважины 59, при этом местонахождение профильного упора 91 блокируется блокировочными устройствами 97 и 101, тем самым образуя две жесткости, которые точно сориентированы на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины 59. После точного ориентирования стрелы горизонтального перемещения 52 она разворачивается на 180^о от горящей буровой скважины и на безопасном расстоянии производят работы по установке грузоподъемной телескопической стрелы 61 механизмом выдвижения и фиксации 62, и тяговым механизмом управления и фиксации стрелы 67. Далее на крюке 4, связанном через тяговый канат 68 с механизмом удержания запорного органа 69, укрепляют запорную арматуру с исполнительным механизмом 1, жестко связанным с подвижным трубопроводом 17, на нижнем основании которого установлено расчетное количество запорных элементов 31, помещенных в неподвижный трубопровод 29, верхняя часть которого жестко связана с опорным основанием 26, имеющим направляющие штанги 2,3 для свободного перемещения исполнительного механизма 1. Неподвижный трубопровод 29 фиксируют между двух образовавшихся жесткостей стрелы горизонтального перемещения 52 и профильным упором 91 узла автоматического ориентирования 58, сориентированных на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины 59, при этом необходимо заранее рассчитать вес исполнительного механизма 1, высоту направляющих штанг 70 с подвижным трубопроводом и количеством запорного элементов, высоту неподвижного трубопровода 71 и глубину погружения запорной арматуры. После точной установки запорной арматуры устройство для ее принудительного наведения на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины готово к работе. Плавным поворотом стрелы горизонтального перемещения 52 ее подводят к горящей скважине 59 и при помощи механизма удержания запорного органа 69 начинают опускать запорное устройство в устье горящей скважины, где после достижения заданной глубины погружения подвижный трубопровод 17 с запорными элементами 31 выходит из неподвижного трубопровода 29 и при контакте управляющего штока 16 исполнительного механизма 1 из камеры сжатого воздуха 14 начинает поступать сжатый воздух через подвижный трубопровод 17, независимые капилляры 36, через проходные ниппеля 37 внутрь запорных элементов 31, перекрывая выход содержимого скважины с низким давлением и прекращая процесс ее горения или фонтанирования. Для перекрытия или тушения открыто фонтанирующей скважины, имеющей большое внутреннее давление, применяется запорная арматура, которая частично перекрывает трубопровод буровой скважины 59 (фиг. 6), осуществляя в режиме частичного перекрытия скважины ее регулируемый расход содержимого через подвижный трубопровод 17 и исполнительный механизм 1 после удаления перекрывающего органа 33. Регулировка давления внутри запорных элементов 31 и между ними происходит от давления содержимого в скважине 59 через капилляры 36, 43, где падение давления внутри каждого последующего запорного элемента и между ними должно составлять от 10 до 50 кг, в зависимости от типа эластичного уплотнителя 31 и регулироваться сложным процессом физического взаимодействия расхода содержимого скважины, поступающего через капилляры 36, 43 и отходящих через отверстия 45, имеющих различные диаметры, которые рассчитываются в зависимости от количества запорных элементов, давления скважины, диаметра скважины, диаметра подвижного трубопровода.

После перекрытия буровой скважины 59 запорным устройством расход содержимого скважины продолжается через подвижный трубопровод 17 и исполнительный механизм 1, где ремонтно-восстановительные работы в устье скважины необходимо производить без ее полного перекрытия, так как процесс перекрытия или тушения может быть сосредоточен в исполнительном механизме 1, через каналы которого внутрь отводящего трубопровода могут закачиваться добавочные жидкости против воспламенения или для гашения скважины. К дополнительным средствам автоматики следует отнести предохранительные ниппеля 44, которые предохраняют эластичные оболочки запорных элементов от разрушения при избыточном давлении в их полости или большом перепаде давления.

После перекрытия устьевого оборудования открыто фонтанирующей скважины или ее гашения и производства ремонтно-восстановительных работ по установке стационарной запорной арматуры запорная арматура подвижного трубопровода извлекается из скважины, предварительно сбросив давление в мягких эластичных оболочках 31 через исполнительный механизм 1, а при извлечении запорной арматуры (фиг. 6), необходимо просто перекрыть трубопровод 17 перекрывающим органом 33. После проведения работ по извлечению подвижной запорной арматуры устройство для принудительного наведения собирается в обратном порядке и в компактном состоянии транспортируется для хранения. (56) Авторское свидетельство N 962587, кл. В 21 В 35/00, 1982.

Формула изобретения

1. Запорная арматура, содержащая подвижные запорные элементы, связанные с исполнительным механизмом, отличающаяся тем, что она снабжена направляющими штангами, соединенными между собой в верхней части, опорным основанием и расположенными в нем перекрывающим органом и неподвижным и подвижным трубопроводами, на последнем из которых установлены запорные элементы и перекрывающий орган под ним, причем исполнительный механизм выполнен в виде подвижного корпуса с камерами, одна из которых заполнена сжатым воздухом, имеет управляющий ниппель со штоком и гидравлически связана с полостью подвижного трубопровода, и систем фиксации и дистанционного управления.

2. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что опорное основание снабжено отражателями.

3. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что каждый запорный элемент выполнен с капилляром, оборудованным проходным ниппелем, а между запорными элементами установлены промежуточные втулки.

4. Арматура по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что один из запорных элементов выполнен в виде шарнирно связанных между собой тяг с направляющими выступами, покрытых эластичной оболочкой.

5. Арматура по пп. 1, 3 и 4, отличающаяся тем, что подвижный трубопровод выполнен с радиально расположенными капиллярами для сообщения его внутренней полости с пространством внутри запорных элементов и между ними, предохранительными ниппелями и отверстиями для размещения в них направляющих выступов тяг.

6. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что перекрывающий орган выполнен подвижным или неподвижным.

7. Устройство для принудительного наведения запорной арматуры на устьевое оборудование открыто фонтанирующей скважины, содержащее стойку с опорной площадкой, опирающейся на грунт, тяговый механизм с напраляющими роликами и тяговыми канатами, связанными с запорной арматурой, отличающееся тем, что оно снабжено подвижными телескопическими стрелами горизонтального перемещения и грузоподъемной вертикального перемещения с механизмом ее удержания, причем стрела горизонтального перемещения выполнена с возможностью осевого и кругового перемещения вдоль стойки и имеет механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации, регулирующий противовес и узел автоматической ориентации, расположенный в последнем звене телескопической стрелы, ближнем к устьевому оборудованию, и выполненный с механизмом управления и блокировки, а стрела вертикального перемещения имеет механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации, одним концом шарнирно связана со стрелой горизонтального перемещения, а другим концом посредством тягового механизма - с механизмом ее удержания и с запорным органом.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждое звено телескопических стрел выполнено в основании с перегородкой, размещенной в ней заглушкой и механизмом блокировки и каналом для прохождения троса, причем последние не связанные между собой звенья стрел снабжены опорными роликами с тяговыми канатами, связывающими последовательно заглушки, при этом внутренняя и наружная поверхности смежных звеньев стрел выполнены соответственно с проточками и направляющими выступами.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что узел автоматической ориентации выполнен в виде профильного упора, размещенного в нем элемента блокировки и узлов фиксации и торможения.

10. Устройство по пп. 7 и 8, отличающееся тем, что механизмы выдвижения, вдвижения и фиксации телескопических стрел выполнены в виде лебедок, одна из которых имеет посадочные гнезда под заглушки.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что тяговый канат, связывающий грузоподъемную стрелу с запорной арматурой, выполнен с жаропрочной оболочкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11