Устьевой герметизатор

 

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья скважины при проведении ремонтных работ. Устьевой герметизатор содержит корпус, металлический каркас в виде разрезного кольца. Металлический каркас связан с уплотнителем, поджимаемым сверху крышкой. Уплотнитель опирается на кольцевой выступ в осевом канале корпуса и в нижней части содержит ласт, охватывающий кольцевой выступ корпуса и втулку. Уплотнитель выполнен в виде верхнего и нижнего кольцевых воротников. Металлический каркас установлен между верхним и нижним кольцевыми воротниками. В крышке, кольцевых воротниках, разрезном кольце и кольцевом выступе корпуса выполнены отверстия. В отверстия пропущены шпильки с кольцевыми головками в средней части, входящими в ответные расточки отверстий, выполненных в разрезном кольце. Увеличивается срок службы устройства. 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья скважины при проведении ремонтных работ.

Известен универсальный превентор (см. а.с. № 1730427, Е 21 В 33/06, опубл. 30.04.92, Бюл. № 46).

Недостатком конструкции устройства является сложность в изготовлении, заключающаяся во введении и размещении в кольцевой камере закладных сегментов; заделка верхнего конца верхней секции уплотнителя в корпусе с применением закладной детали, что при работе устройства в режиме пропуска муфт лифтовой колонны труб в скважину приводит к возникновению растягивающих напряжений в месте заделки резины верхней секции уплотнителя, эти напряжения могут достигать достаточно больших значений, сравнимых с предельными значениями.

Подача под избыточным давлением газа в кольцевую камеру, образованную верхней и нижней секциями уплотнителя, для деформации уплотнителя к оси устройства с полным и герметичным перекрытием осевого канала более чем проблематично, поскольку за счет внутреннего давления возможно какое-то уменьшение осевого сечения при создании растягивающих напряжений в резине, но невозможно получение герметичного контакта при смыкании.

Известен универсальный превентор (см. Технология проведения ремонтных работ в скважинах при низком пластовом давлении / С.В. Долгов, В.В. Зиновьев, И.В. Зиновьев - М.; Недра, 1999. - С. 123-125), состоящий из корпуса, в котором установлен кольцевой уплотнительный элемент, включающий верхнюю, центральную и нижнюю секции, образующие внутреннюю полость.

Уплотнительный элемент закреплен в корпусе крышкой. Полость между верхней и нижней секциями герметизирована уплотнительными кольцами относительно корпуса и связана каналами через вентиль с полостью скважины.

В кольцевой уплотнительный элемент снаружи вставлено распорное кольцо, состоящее из отдельных сегментов.

При выполнении спускоподъемных операций без давления уплотнительный элемент свободно пропускает колонну труб - диаметр проходного отверстия в уплотнителе больше диаметра муфтовых соединений.

При предварительной герметизации во внутреннюю полость подается газ от внешнего источника, что приводит к обжатию уплотнительным элементом трубы.

При достижении давления во внутренней полости, сравнимого с давлением в скважине, открывают гидродинамическую связь с полостью скважины, нижняя секция уплотнительного элемента разгружается и играет роль разделителя.

При повышении давления в скважине возрастает усилие, запирающее уплотнительный элемент до упора сегментов друг в друга, что надежно запирает превентор при отсутствии в нем труб. Это способствует, по мнению авторов, повышению срока службы уплотнительного элемента, автоматическому самоуплотнению инструмента.

Известен устьевой герметизатор (см. Вскрытие продуктивных нефтегазовых пластов с аномальными давлениями/ К.М. Тагиров, А.Н. Гноевых, А.Н. Лобкин. М.: Недра, - 1996. - С. 129-130).

Устройство состоит из корпуса, в котором установлен уплотнитель с закладным элементом, переходящим в металлический каркас, поджимаемый сверху контргайкой. Уплотнитель выполнен полым, со ступенчатым осевым каналом.

Устройство устанавливается на устье скважины и предназначено для пропуска в последнюю труб лифтовой колонны и герметичной изоляцией полости скважины от наземной поверхности в процессе спуска.

Недостатком конструкции является необходимость установки в резиновом уплотнителе закладной детали при его формировании, что оказывает негативное влияние на работоспособность при спуске лифтовой колоны труб в скважине, поскольку при взаимодействии муфты с резиновым уплотнителем в материале последнего возникают растягивающие напряжения. В этом случае в месте расположения закладной детали резина изнашивается в большей степени, что снижает долговечность работы устройства в целом.

Кроме того, восприятие избыточного давления всей площадью уплотнителя приводит к созданию высоких напряжений в шпильках, снижению контактных напряжений на уплотнительном кольце и возможному пропуску пластового флюида.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающая вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам научно-технической и патентной литературы.

Не выявлены технические решения, обеспечивающие надежную герметизацию корпуса и уплотняемых элементов лифтовой колонны труб, при одновременном повышении надежности работы уплотнителя.

Предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем.

На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе.

На фиг.2 - общий вид устройства в положении монтажа внутри корпуса.

На фиг.3 - взаимное положение элементов конструкции устройства при взаимодействии с муфтовым соединением лифтовой колонны труб.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого устройства, сводится к следующему: возможность поддержания высоких контактных напряжений уплотнителя на внутренней поверхности корпуса; снижение растягивающих напряжений на шпильках, соединяющих корпус устройства с другим оборудованием; отсутствие закладных деталей, пригумированных к резиновому уплотнителю, приводит к увеличению срока службы резины и устройства в целом; возможность компенсации износа резины за счет дополнительного сжатия периферийных участков.

Технический результат достигается с помощью известного устьевого герметизатора, содержащего корпус с уплотнителем, снабженным металлическим каркасом, выполненным в виде разрезного кольца, установленного в средней части уплотнителя, который опирается на выступ корпуса, с резьбовыми отверстиями. Отверстия в металлическом каркасе совпадают с отверстиями в теле крышки, разрезанного кольца и уплотнителя, в которые пропущены шпильки, содержащие в средней части кольцевые головки, входящие в расточки отверстий разрезного кольца. Уплотнитель содержит ласт, охватывающий кольцевой выступ в осевом канале корпуса, и втулку.

Устьевой герметизатор состоит из корпуса 1, в осевом канале которого установлен уплотнитель 2, с верхним 3 и нижним 4 кольцевыми воротниками, между которыми установлено разрезное кольцо 5.

В осевом канале корпуса 1 расположен кольцевой выступ 6, в котором по периметру выполнены резьбовые отверстия 7.

Уплотнитель 2 в нижней части снабжен втулкой 8, переходящей в ласт 9, охватывающий кольцевой выступ 6 корпуса 1.

Сверху уплотнитель 2 поджимается крышкой 10, с внутренней - конусной воронкой. В крышке 10, верхнем 3 и нижнем 4 кольцевых воротниках уплотнителя 2, разрезном кольце 5 и кольцевом выступе 6 корпуса 1 выполнены отверстия, через которые пропущены шпильки 11 с резьбовой верхней частью 12 и резьбовой нижней частью 13.

В средней части каждой шпильки 11 выполнены кольцевые головки 14, которые входят в ответные расточки в отверстиях разрезного кольца 5. Верхний конец каждой шпильки 11 выполнен под ключ. На резьбовой верхней части 12 шпилек 11 установлены гайки 15. Корпус 1 устьевого герметизатора снабжен присоединительными фланцами 16 и 17.

Монтаж устьевого оборудования

В средней части уплотнителя 2, между верхним 3 и нижним 4 кольцевыми воротниками, устанавливается разрезное кольцо 5. В таком виде уплотнитель 2 вводится внутрь осевого канала корпуса 1 с охватом кольцевого выступа 6 ластом 9.

В этом положении совмещают отверстия в уплотнителе 2, разрезном кольце 5 с резьбовыми отверстиями 7, в кольцевом выступе 6 корпуса 1, устанавливают крышку 10 и вводят последовательно в каждое отверстие 7 шпильки 11. За верхний конец осуществляют закручивание последних в резьбовые отверстия 7 кольцевого выступа 6 до контакта головками 14 с телом разрезного кольца 5 и с обеспечением необходимых контактных напряжений между нижним кольцевым воротником 4, внутренней поверхностью корпуса 1 и кольцевым выступом 6. Затем устанавливают крышку 10 на уплотнитель 2 и на верхние резьбовые концы шпилек 11, наворачивают гайки 15 и последовательным их закручиванием создают необходимые контактные напряжения между верхним 3 кольцевым воротником уплотнителя 2, корпусом 1 и разрезным кольцом 5.

Устьевой герметизатор подготовлен к работе.

Устьевой герметизатор в сборе нижним фланцем 17 устанавливается и закрепляется на пьедестал катушки арматуры. На верхний фланец 16 устанавливают превентор или другое оборудование.

Работа устройства

После монтажа устройства на устье скважины в последнюю осуществляют спуск лифтовой колонны труб. При этом внутренний диаметр осевого канала втулки 8 сравним с наружным диаметром трубы лифтовой колонны. При подходе муфты последняя свободно проходит в конусную воронку крышки 10 и вводится в осевой канал втулки 8. При взаимодействии муфты с материалом уплотнителя 2 втулка 8 деформируется к ласту 9 с охватом трубы и созданием необходимых контактных напряжений на поверхности муфты.

В случае повышения давления в скважине втулка 8 прижимается к стенке трубы с обеспечением герметизации зазора.

Избыточное давление воспринимается уплотнителем 2 по площади сечения ласта 9 и втулки 8 и передается на шпильки 11. При этом шпильки, которыми присоединяется к корпусу 1 вышележащее оборудование, оказываются разгруженными от действия давления.

Формула изобретения

Устьевой герметизатор, содержащий корпус, металлический каркас, связанный с уплотнителем, поджимаемым сверху крышкой и опирающимся на кольцевой выступ в осевом канале корпуса, отличающийся тем, что уплотнитель выполнен в виде верхнего и нижнего кольцевых воротников, металлический каркас выполнен в виде разрезного кольца, установленного в средней части уплотнителя между верхним и нижним кольцевыми воротниками, причем в крышке, кольцевых воротниках, разрезном кольце и кольцевом выступе корпуса выполнены отверстия, в которые пропущены шпильки с кольцевыми головками в средней части, входящими в ответные расточки отверстий, выполненных в разрезном кольце, а уплотнитель в нижней части содержит ласт, охватывающий выступ корпуса, и втулку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3