Устройство для автоматического долива скважины жидкостью

 

Изобретение относится к циркуляционной системе буровой установки при проведении подъемных операций бурильных колонн из скважины для надежного поддержания уровня жидкости постоянным за счет снабжения каждого клапан независимым механизмом открытия-закрытия. Сущность изобретения: устройство снабжено дополнительным пневмоцилиндром с дополнительным поршнем и штоком, пневмоцилиндры выполнены двухступенчатыми и снабженными на их штоках поршнями меньшего диаметра, надпоршневые полости которых соединены с общей пневмолинией буровой установки, в полости двухступенчатых пневмоцилиндров между поршнями соединены с атмосферой, при этом тарелка сливного клапана установлена на штоке дополнительного пневмоцилиндра. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к механизмам, поддеpживающим постоянным уровень жидкости в скважине при подъеме труб, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для предупреждения аварий и осложнений.

Известно устройство для автоматического долива скважины жидкостью, включающее основную емкость и дозирующую емкость с поплавком, регулирующим ее объем, соединенные между собой и с устьем скважины системой трубопроводов, пневмоцилиндр, в котором размещены поршень со штоком, подключенные к пневмоцилиндру пневмолинии, впускной и сливной клапаны.

Недостатком устройства является сложность конструкции из-за многофункциональности ее элементов, в частности на штоке одновременно установлены тарелки впускного и сливного клапанов, что привело к необходимости применения удлиненного штока, что в свою очередь требует высокой точности центровки и соосности при сборке деталей, поскольку в противном случае надежность выполнения устройством своих функций из-за негерметичности клапанов существенно снизится. Устройство также усложнено наличием переключающего узла (ножного пульта управления на пневмомуфте), что усложняет работу обслуживающего пеpсонала, поскольку помимо основных приемов бурильщику или помбуру придется при очередном подъеме трубы (свечи) производить включение и выключение устройства. Кроме того, при проведении ремонтных работ, смены изношенных деталей придется разбирать устройство практически полностью.

Известно также устройство для автоматического долива скважины жидкостью, включающее основную емкость и наклонную дозирующую емкость с регулятором ее объема, соединенные между собой и с устьем скважины системой трубопроводов, основной пневмоцилиндр, в котором размещен поршень со штоком, подпоршневая полость которого соединена с пневмолинией, идущей к пневмомуфте буровой лебедки, впускной клапан, тарелка которого установлена на штоке основного пневмоцилиндра с возможностью перекрытия трубопровода, соединяющего основную и наклонную дозирующую емкости при отключении пневмомуфты буровой лебедки и сливной клапан, тарелка которого установлена с возможностью перекрытия трубопровода, соединяющего наклонную дозирующую емкость с устьем скважины при включении пневмомуфты буровой лебедки.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, вызванная многофункиональностью ее элементов, и связанную с этим невысокую надежность работы. Так, например, шток, снабженный двумя тарелками впускного и сливного клапанов также выполнен удлиненным, что при наклонном положении, помимо осложнений при изготовлении и сборке устройства в совмещении деталей, неизбежно приведет к перекосам и негерметичности перекрытия клапанов, как следствие к ускоренному размыву клапанов. В данном устройстве не используется дополнительное переключащающее устройство, поскольку к пневмоцилиндру подсоединяется пневмолиния, одновременно идущая и к шинно-пневматической муфте (ШПМ) буровой лебедки, поэтому не усложняется работа бурильщика, однако обратное движение поршня производится за счет возвратной пружины, надежность выполнения своих прямых функций которой при подклинках поршня в пневмоцилиндре и при длительной работе пружины существенно снижается. При проведении ремонтных работ какого-либо узла, например смены промытого клапана, устройство также придется практически полностью разбирать, что приводит к остановке основных технологических операций и увеличению объема работ.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для автоматического долива скважины жидкостью снабжено дополнительным пневмоцилиндром с дополнительным поршнем и штоком, пневмоцилиндры выполнены двухступенчатыми и снабжены установленными на их штоках поршнями меньшего диаметра, надпоршневые полости которых соединены с общей пневмолинией буровой установки, а полости двухступенчатых пневмоцилиндров между поршнями соединены с атмосферой, при этом тарелка сливного клапана установлена на штоке дополнительного пневмоцилиндра.

Технический результат выражается в упрощении конструкции и повышении надежности работы.

На фиг.1 показано положение элементов устройства при открытии впускного клапана и заполнении дозирующей емкости; на фиг.2 устройство при открытии сливного клапана и долива скважины.

Устройство для автоматического долива скважины жидкостью состоит из основной емкости 1 с наклонным выводом 2, в котором размещен поворотный шибер 3, а также наклонной дозирующей емкости 4 с торцовой крышкой 5, которой регулируют внутренний объем дозирующей емкости 4 путем заворота и отворота. Дозирующая емкость также снабжена регулятором ее объема поплавком 6 с посадочным седлом 7. Емкости 1 и 4 соединены между собой впускным клапаном 8 и трубопроводом 9, а дозирующая емкость 4 и устье скважины 10 сливным клапаном 11 и трубопроводом 12. К впускному клапану 8 подсоединен основной двухступенчатый пнвмоцилиндр 13, а к сливному клапану 11 крепится дополнительный двухступенчатый пневмоцилиндр 14. В каждом двухступенчатом пневмоцилиндре 13 и 14 размещены по два поршня большего и меньшего диаметра соответственно 15, 16 и 17, 18, которые соединены между собой соответствующими штоками 19 и 20, последние, в свою очередь, в торцовой части снабжены тарелкой 21 впускного 8 и тарелкой 22 сливного 11 клапанов. В торцовой части со стороны клапанов 8 и 11 стенки 23 и 24 основного 13 и дополнительного 14 пневмоцилиндров снабжены сальниковыми уплотнениями 25 и 26 штоков 19 и 20, а в перегородках 27 и 28 между ступенями пневмоцилиндров 13 и 14 выполнены перепускные отверстия 29 и 30, соединяющие внутренние полости 31 и 32 пневмоцилиндров 13 и 14 между поршнями 15, 16 и 17, 18 с атмосферой. Подпоршневые полости 33 и 34 двухступенчатых пневмоцилиндров 13 и 14 со стороны поршней 15 и 16 большого диаметра соединены с пневмолинией 35, одновременно идущей и к пневмомуфте буровой лебедки (не показана), а надпоршневые полости 36 и 37 со стороны поршней 17 и 18 меньшего диаметра с общей пневмолинией 38 буровой установки, в которой постоянно находится сжатый воздух. Для отключения пневмоилинии 35 в процессе спуска бурильной колонны (труб) в скважину на ней установлена задвижка 39. Для проведения ремонтных работ и дискретного отключения одного из двухступенчатых пневмоцилиндров 13 или 14 на пневмолинии 35 дополнительно установлены задвижки 40 и 41, а на пневмолинии 38 задвижки 42 и 43.

Устройство для автоматического долива скважины жидкостью работает следующим образом.

В процессе подъема бурильного инструмента (труб) из скважины при включении бурильщиком пневмомуфты (ШПМ-1090) буровой лебедки сжатый воздух одновременно через пневмолинию 35 поступает в подпоршневые полости 33 и 34. Поскольку давление сжатого воздуха в пневмолинии 35 и общей пневмолинии 38 одинаковое, а площади поршней 15 и 16 больше площади поршней 17 и 18, то условие со стороны больших поршней соответственно больше, поэтому штоки 19 и 20 смещаются в крайнее правое положение (фиг.1), при этом воздух вытесняется из полостей 31 и 32 через перепускные отверстия 29 и 30, впускной клапан 8 открывается, а сливной клапан 11 перекрывается тарелкой 22. В результате промывочная жидкость перетекает из основной емкости 1 в дозирующую емкость 4 через вывод 2, впускной клапан 8 и трубопровод 9. По окончании заполнения дозирующей емкости 4 поплавок 6 поднимается вверх к посадочному седлу 7 и перекрывает канал выпуска воздуха из дозирующей емкости 4.

После отключения пневмомуфты буровой лебедки воздух из нее и из пневмолини 35, подпоршневых полостей 33 и 34 стравливается через разрядник пневмомуфты буровой лебедки. Поскольку усилие со стороны больших поршней 15 и 16 становится равным нулю, под действием усилий со стороны малых поршней 17 и 18 штока 19 и 20 смещаются в крайнее левое положение (фиг.2), при этом воздух через перепускные отверстия 29 т 30 заполняет полости 31 и32, тарелкой 21 перекрывается впускной клапан 8, а сливной клапан 11 открывается. В результате промывочная жидкость по трубопроводу 12 перетекает в скважину 10 и поднимает в ней уровень жидкости. По мере слива жидкости из дозирующей емкости 4 поплавок 6 опускается и свободное пространство заполняется воздухом. После очередного включения пневмомуфты буровой лебедки процесс повторяется.

Предлагаемое устройство позволяет более надежно осуществлять долив скважины строго фиксированным объемом жидкости, который при необходимости можно изменять, без дополнительного введения новых технологических приемов обслуживающего персонала за счет высокой надежности срабатывания каждого клапана в отдельности своим механизмом открытия-закрытия. Надежность и длительность работы устройства заключается в удвоенной защищенности конструкции от полного выхода из строя. Так, например, при поломке одного двухступенчатого пневмоцилиндра с начинкой его отключают задвижками в положение открытого клапана и дискретно производят ремонт того или иного узла. Другой же узел в это время выполняет свои функции. В данном случае, конечно, в скважину будет поступать несколько больший, чем необходимо, объем жидкости, который все же меньше, чем при заклинивании устройства полностью в положении "открыто", как в известных устройствах, и небезопасно по сравнению с заклиниванием устройства в положении "закрыто" в тех же известных устройствах.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЛИВА СКВАЖИНЫ ЖИДКОСТЬЮ, включающее основную емкость и наклонную дозирующую емкость с регулятором ее объема, соединенные между собой и с устьем скважины системой трубопроводов, основной пневмоцилиндр, в котором размещен поршень со штоком, подпоршневая полость которого соединена с пневмолинией, идущей к пневмомуфте буровой лебедки, впускной клапан, тарелка которого установлена на штоке основного пневмоцилиндра с возможностью перекрытия трубопровода, соединяющего основную и наклонную дозирующую емкости при отключении пневмомуфты буровой лебедки и сливной клапан, тарелка которого установлена с возможностью перекрытия трубопровода, соединяющего наклонную дозирующую емкость с устьем скважины при включении пневмомуфты буровой лебедки, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным пневмоцилиндром с дополнительным поршнем и штоком, пневмоцилиндры выполнены двухступенчатыми и снабжены установленными на их штоках поршнями меньшего диаметра, надпоршневые полости которых соединены с общей пневмолинией буровой установки, а полости двухступенчатых пневмоцилиндров между поршнями соединены с атмосферой, при этом тарелка сливного клапана установлена на штоке дополнительного пневмоцилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2