Превентор колтюбинговый

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин. Превентор содержит корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб, симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия две горизонтальные полости со срезными глухими и трубными удерживающими плашками, гидроприводы перемещения плашек, каналы для подачи под давлением жидкости управления плашками, клапаны обратные, ручные приводы плашек и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек. Достигается повышение надежности и безопасности работы превентора. 10 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин в процессе спуска и подъема длинномерных безмуфтовых (колтюбинговых) труб при проведении работ по строительству, освоению, исследованию и ремонту скважин с целью обеспечения безопасности, предупреждения и ликвидации нефтегазоводопроявлений, охраны недр и окружающей среды.

Известен «Превентор» (Патент ПМ №48354, E21B 33/06, опубликовано 10.10.2005, бюл. №28), содержащий:

- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой четыре горизонтальные полости,

- в которых установлены с возможностью перемещения трубные, удерживающие, отрезные и глухие плашки,

- гидроприводы перемещения плашек,

- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,

- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,

- ручные приводы глухих и трубных плашек, содержащие толкатели со штурвалами,

- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами глухой и трубной плашек.

Недостатком известного превентора является его значительный высотный габарит, обусловленный необходимостью размещения в корпусе нескольких видов плашек для обеспечения расширенных эксплуатационных возможностей превентора, что требует повышенных трудозатрат при его обслуживании, а также при монтаже оборудования, устанавливаемого на верхний фланец известного превентора.

Кроме того, у известного превентора после захвата спущенной трубы и ее отрезания в случае отказа гидропривода невозможно открыть отрезные и удерживающие плашки, поскольку ручной привод предназначен только для их закрытия и фиксации. Это снижает надежность применения известного превентора, так как временные затраты на восстановление работы гидропривода могут быть значительными, а связанная с этим невозможность расхаживания в скважине спущенных труб может привести к их прихвату с неизбежными временными затратами на ликвидацию аварийных последствий.

Конструкция обратных клапанов известного превентора предполагает взаимодействие затворов при их перемещении от посадочного места с отжимом упругих элементов и образованием кольцевых зазоров для протекания жидкости. При этом после открытия положение затворов относительно посадочных мест не фиксируется и зависит от усилия упругих элементов. В связи с этим величина смещения затворов может быть различной, например, из-за неодинаковых по величине усилий упругих элементов или погрешностей их изготовления, даже в пределах допусков. Это приведет к тому, что площади кольцевых зазоров для протекания жидкости у различных затворов могут быть неодинаковы, что является недостатком известного превентора, так как вследствие нефиксированного положения затворов и вероятности уменьшения площади кольцевого сечения вокруг одного из затворов, может возникнуть ситуация, при которой циркулирующая жидкость, преодолевая сопротивление упругого элемента, переместит затвор на посадочное место и перекроет канал управления гидроприводом. В этом случае превентор становится неуправляемым от гидропривода и при возникновении аварийной ситуации не сможет обеспечить оперативную герметизацию устья скважины, поскольку переход на ручное управление в связи с особенностями конструкции известного превентора требует значительных затрат времени.

Последнее объясняется тем, что для ручного закрытия плашек необходимо предварительно расфиксировать подвижную скобу, переместить ее до совмещения отверстия меньшего диаметра с кольцевым пазом толкателя и зафиксировать в этом положении. Тем самым будет обеспечена неподвижность толкателя в продольном направлении и кинематическое взаимодействие винтовой пары толкателя и вала для возврата плашек. Затем вращением толкателя, вывинчивая его из вала, перемещают последний вместе с поршнем и плашкой для закрытия превентора. Аналогичную процедуру необходимо произвести и для ручного открытия плашек при отказе гидропривода.

Столь значительные затраты времени вначале на попытку закрытия превентора от гидравлического пульта управления, а затем на выявление неисправности последнего и переход на ручной привод не обеспечивают оперативности, надежности и безопасности работ по предотвращению или ликвидации нефтегазопроявлений, в результате чего может возникнуть открытый газонефтяной фонтан, ликвидация которого потребует значительных затрат.

Совокупность перечисленных обстоятельств снижает надежность работы и удобство обслуживания известного превентора.

Известен «Превентор» (Патент ПМ №51659, Е21В 33/06, опубликовано 27.02.2006), содержащий:

- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой две горизонтальные полости,

- в которых установлены с возможностью перемещения срезные глухие и удерживающие трубные плашки, снабженные полукольцевыми уплотнителями,

- причем одна из срезных глухих и удерживающие трубные плашки оснащены П-образными уплотнителями,

- гидроприводы перемещения плашек,

- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,

- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,

- ручные приводы плашек, содержащие толкатели со штурвалами,

- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек.

Известный превентор снабжен гидроприводами с ручными приводами, кинематической связью между ними и клапанами для перекрытия каналов, идентичными по конструкции аналогу, и вследствие этого обладает аналогичными недостатками.

Кроме того, известный превентор характеризуется низкой надежностью при работе, обусловленной возможной потерей герметичности между срезными глухими плашками после отрезания трубы и перекрытия устья скважины. Это объясняется особенностями работы превентора, его конструкцией, взаимным расположением узлов и деталей и заключается в следующем:

- после отрезания длинномерной трубы кромки ее торца вследствие деформации и вытягивания металла имеют рваную неровную поверхность с различной степенью приближения образовавшихся кромок к отрезающей плашке. Вследствие этого герметизирующий выступ перемычки П-образной части уплотнения плашки, перемещаясь непосредственно над поверхностью кромок торца отрезанной трубы, может быть деформирован ими до разрушения и не обеспечит герметичность перекрытия вертикального проходного отверстия после смыкания плашек;

- обязательным условием герметизации устья скважины известным превентором является соосное расположение срезных глухих плашек при их смыкании. При этом сомкнутые плашки для обеспечения герметичности должны быть прижаты к посадочному месту верхней части камеры корпуса. Однако вертикальное проходное отверстие, выполненное в корпусе превентора, не обеспечивает необходимой опоры для сомкнутых плашек, в связи с чем при возрастании скважинного давления верхняя часть сомкнутых торцов плашек может вытесняться вверх в вертикальное проходное отверстие, что приведет к несоосности взаимного положения плашек. При этом герметизирующий выступ П-образной перемычки уплотнителя будет отходить от посадочного места, в результате чего произойдет разгерметизация стыка;

- сборная конструкция уплотнителей плашек не обеспечивает надежной герметизации, так как в месте примыкания полукольцевых и П-образных уплотнителей имеются стыки, в которых возможны пропуски.

Низкая надежность работы известного превентора может быть обусловлена также и возможностью падения в ствол скважины ножа, находящегося в нижнем положении после отрезания трубы. Это объясняется тем, что этот нож, взаимодействуя с торцом отрезанной трубы, может быть зажат с усилием, превышающим усилие удержания ножа в плашке. Поэтому при открытии превентора и перемещении плашки нож, зажатый усилием взаимодействия с торцом отрезанной трубы, будет оставаться неподвижным, что приведет к его рассоединению с плашкой, в связи с чем нож может упасть в скважину, создав аварийную ситуацию.

Совокупность перечисленных обстоятельств значительно снижает надежность и безопасность работы известного превентора.

Задачей изобретения является создание технического решения превентора, обеспечивающего повышение надежности и безопасности работы.

Для обеспечения этого технического результата в известном превенторе, содержащем:

- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой две горизонтальные полости,

- в которых установлены с возможностью перемещения срезные глухие плашки, снабженные полукольцевыми и П-образными уплотнителями, и трубные удерживающие плашки,

- гидроприводы перемещения плашек, содержащие гидроцилиндры с поршнями и штоками,

- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,

- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,

- ручные приводы плашек, содержащие толкатели со штурвалами,

- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек,

согласно изобретению:

- корпуса срезных глухих плашек снабжены треугольным выступом и треугольным ответным пазом, беззазорно взаимодействующими между собой при закрытии превентора,

- отрезные ножи установлены в пазах, выполненных на треугольном выступе и треугольном ответном пазе корпусов срезных глухих плашек, и зафиксированы шпонкой,

- взаимодействующие между собой герметизирующие поверхности уплотнителей расположены на треугольных поверхностях выступа и ответного паза корпусов срезных глухих плашек,

- полукольцевой и П-образный уплотнители выполнены в виде одного цельного элемента без стыковочной поверхности,

- между шаровыми затворами обратных клапанов установлены распорные втулки со щелевыми каналами,

- узел кинематической связи ручного привода с гидроприводом выполнен в виде резьбового стержня, проходящего через сквозное отверстие, выполненное в толкателе, соединяемого с резьбовым отверстием, выполненным в штоке, и фиксируемого с толкателем стопорным пальцем.

Изобретение поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - продольный разрез превентора, плашки открыты гидроприводом;

на фиг.2 - продольный разрез превентора, плашки закрыты гидроприводом;

на фиг.3 - выноска А с фиг.1, плашки открыты;

на фиг.4 - выноска Б с фиг.2, плашки открываются ручным приводом;

на фиг.5 - выноска В с фиг.1, клапаны открыты;

на фиг.6 - выноска В с фиг.1, клапаны закрыты;

на фиг.7 - вид Г с фиг.6 на распорные втулки;

на фиг.8 - вид Д на плашку 4 с фиг.3;

на фиг.9 - вид Е на плашку 5 с фиг.3;

на фиг.10 - уплотнитель 14 с П-образной перемычкой.

Превентор содержит корпус 1 (фиг.1, 2, 3) с возможностью пропуска трубы 2, плашки трубные удерживающие 3, плашки глухие отрезные 4 и 5 и гидроприводы 6 плашек.

Плашка глухая отрезная 4 состоит из корпуса 7 плашки с треугольным выступом 8, уплотнителя 9 и отрезного ножа 10. Отрезной нож 10 закреплен в корпусе 7 плашки 4 посредством шпонки 11, например, круглого сечения.

Плашка глухая отрезная 5 состоит из корпуса 12 плашки с треугольным пазом 13, ответным выступу 8 плашки 4, уплотнителя 14 и отрезного ножа 15. Отрезной нож 15 закреплен в корпусе 12 плашки 5 посредством шпонки 16, например, круглого сечения.

Гидроприводы 6 плашек состоят из гидроцилиндров 17 (фиг.1, 2) с поршнями 18, штоками 19, имеющими резьбовые отверстия 20, крышками 21 и ручных приводов 22 (на фиг.4), включающих в себя выполненные совместно с крышками 21 корпуса 23, и толкатели 24. В каждом толкателе 24 выполнено сквозное отверстие 25, в котором установлен резьбовой стержень 26 с шестигранной головкой и размещенными на нем опорой 27 с отверстием 28 и подшипником скольжения 29 с возможностью фиксации стопорным пальцем 30 за отверстия 31 и 32. На толкателях 24 установлены штурвалы 33, вместо которых могут быть присоединены карданные валы ручного дистанционного управления (не показаны).

Для подачи гидравлической жидкости через штуцера 34 (фиг.1, 5, 6, 7) к соответствующим рабочим полостям гидроцилиндров 17 в корпусе 1 и гидроцилиндрах 17 выполнены каналы 35 и 36 с расположенными в них клапанами 37, состоящими из шаровых затворов 38, размещенных в отверстиях 39, и пружин 40. Между шаровыми затворами 38 установлена распорная втулка 41 со щелевым каналом 42.

На треугольных поверхностях выступа 8 и ответного паза 13 корпусов 7 и 12 срезных глухих плашек 4 и 5 расположены взаимодействующие между собой герметизирующие наклонные поверхности 43 уплотнителей 9 и 14 и опорные поверхности 44 (фиг.3, 8, 9).

Уплотнитель 14 (фиг.10) состоит из полукольцевой 45 и П-образной 46 перемычек, выполненных как одно целое изделие.

В конструкции превентора предусмотрена и не показана фиксация плашек 3, 4, 5 и гидроприводов 6 от вращения.

Заявляемый превентор колтюбинговый работает следующим образом.

Превентор устанавливают на устье скважины (не показано), его работа в гидравлическом режиме управления осуществляется следующим образом.

Через корпус превентора спускают технологическое оборудование на гибкой (длинномерной) трубе 2 (фиг.1). При возникновении аварийной ситуации для герметизации устья скважины заявляемым превентором вначале в соответствующие полости гидроцилиндров 17, управляющих трубными удерживающими плашками 3, через штуцера 34, каналы 35, отверстия 39, в которых расположены шаровые затворы 38, кольцевые зазоры вокруг шаровых затворов 38, щелевые каналы 42 в распорных втулках 41 и каналы 36 подают гидравлическую жидкость от гидростанции (не показана). При этом распорные втулки 41 (фиг.5), находящиеся между шаровыми затворами 38, не дают им переместиться на посадочные места и перекрыть каналы 35 и 36. Плашки 3 под действием поршней 18 и штоков 19 перемещаются до взаимодействия со спущенной трубой 2, захватывают и герметизируют ее наружную поверхность (фиг.2).

Затем в соответствующие полости гидроцилиндров 17, управляющих глухой отрезной плашкой 4 и глухой отрезной плашкой 5, аналогичным образом подают гидравлическую жидкость от гидростанции. Плашки 4 и 5 под действием поршней 18 и штоков 19 перемещаются до взаимного контакта и после перерезания спущенной трубы 2 ножами 10 и 15 герметизируют проходное отверстие корпуса 1 уплотнителями 9 и 14. При перерезании гибкой трубы 2 рабочие герметизирующие поверхности 43 уплотнителей 9 и 14 находятся над зоной расположения отрезанной поверхности, что обеспечивает сохранность уплотнителей 9 и 14 и надежность герметизации. Уплотнитель 14 (фиг.10), выполненный в виде одного цельного элемента полукольцевой 45 и П-образной 46 перемычек, не имеет стыковочной поверхности, что также обеспечивает надежную герметизацию. Треугольный выступ 8 корпуса 7 плашки 4 (фиг.2), входящий в треугольный ответный паз 13 корпуса 12 плашки 5 и взаимодействующий с его поверхностями, создает «замок», который обеспечивает соосную фиксацию корпусов 7 и 12 плашек 4 и 5 относительно друг друга и препятствует разгерметизации уплотнителей 9 и 14 в месте контакта при возрастающем давлении скважины, обеспечивая тем самым надежную герметизацию.

После закрытия превентора гидроприводами 6 плашки 3, 4 и 5 фиксируют в закрытом положении ручными приводами 22 (фиг.2, 4), для чего вращением штурвалов 33 толкатели 24 перемещают до контакта с торцами штоков 19. В этом положении даже при отказе гидроприводов 6, благодаря ручным приводам 22, плашки 3, 4 и 5 будут закрыты, обеспечивая герметизацию устья скважины, что предотвращает возникновение открытого фонтана и повышает безопасность работ на скважине.

Для открытия превентора гидроприводами 6 необходимо предварительно произвести расфиксацию плашек 3, 4 и 5 ручными приводами 22, для чего вращением штурвалов 33 отводят толкатели 24 от торцов штоков 19 в крайние выдвинутые положения и затем подают гидравлическую жидкость через штуцера 34 в открывающиеся полости гидроцилиндров 17 (фиг.1).

При работе в ручном режиме управления для закрытия превентора необходимо вращать штурвалы 33 по часовой стрелке. При этом толкатели 24, взаимодействуя с резьбами корпусов 23, переместят штоки 19 и плашки 3, 4 и 5 в крайние передние положения, а гидравлическая жидкость будет вытеснена поршнями 18 из полостей гидроцилиндров 17 в бак гидростанции.

Для открытия превентора в ручном режиме управления необходимо предварительно извлечь стопорные пальцы 30 (на фиг.4) из отверстий 28 и 31, ввернуть резьбовые стержни 26 в резьбовые отверстия 20 штоков 19 до совмещения отверстий 28 в опорах 27 и отверстий 32 в резьбовых стержнях 26, установить стопорные пальцы 30 в отверстия 28 и 32. Далее при вращении штурвалов 33 против часовой стрелки толкатели 24, взаимодействуя с резьбовыми поверхностями корпусов 23, будут перемещаться наружу и вытягивать резьбовыми стержнями 26 штоки 19 с плашками 3, 4, 5. При этом пары трения-скольжения в виде опор 27 и подшипников скольжения 29 будут предотвращать вращение резьбовых стержней 26. Гидравлическая жидкость вытеснится поршнями 18 из полостей гидроцилиндров 17 в бак гидростанции.

Для ручного дистанционного управления превентором к толкателям 24 вместо штурвалов 33 присоединяют карданные валы (не показаны), концы которых, оснащенные штурвалами, с целью соблюдения правил безопасности при эксплуатации превентора размещают за укрытием на некотором расстоянии от устья скважины, на котором смонтирован превентор. При необходимости фиксации ручными приводами 22 закрытого гидроприводами 6 превентора штурвалы 33 с карданными валами вращают по часовой стрелке, перемещая толкатели 24, которые взаимодействуют с торцами штоков 19 (фиг.2), фиксируя плашки 3, 4 и 5 в закрытом положении. При этом обслуживающему персоналу нет необходимости подходить к устью, находящемуся под давлением, для каких-либо манипуляций с гидро- или ручным приводом, что повышает безопасность работ при эксплуатации заявляемого превентора.

При необходимости демонтажа гидроприводов 6 с корпуса 1 превентора, например, для установки трубных удерживающих плашек 3 для трубы другого типоразмера или замены уплотнителей 9 и 14 каналы 35 в гидроприводах 6 (фиг.6) и каналы 36 в корпусе 1 перекрываются шаровыми затворами 38, перемещающимися под действием пружин 40 на посадочное место, для предотвращения вытекания гидравлической жидкости.

Совокупность перечисленных обстоятельств обеспечивает повышение надежности и безопасности работы заявляемого превентора по сравнению с аналогом и прототипом.

Превентор колтюбинговый, содержащий корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой две горизонтальные полости, в которых установлены с возможностью перемещения срезные глухие плашки, снабженные полукольцевыми и П-образными уплотнителями, и трубные удерживающие плашки, гидроприводы перемещения плашек, содержащие гидроцилиндры с поршнями и штоками, каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками, клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами, ручные приводы плашек, содержащие толкатели со штурвалами, и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек, отличающийся тем, что корпуса срезных глухих плашек снабжены треугольным выступом и треугольным ответным пазом, беззазорно взаимодействующими между собой при закрытии превентора, отрезные ножи установлены в пазах, выполненных на треугольном выступе и треугольном ответном пазе корпусов срезных глухих плашек, и зафиксированы шпонкой, взаимодействующие между собой герметизирующие поверхности уплотнителей расположены на треугольных поверхностях выступа и ответного паза корпусов срезных глухих плашек, полукольцевой и П-образный уплотнители выполнены в виде одного цельного элемента без стыковочной поверхности, между шаровыми затворами обратных клапанов установлены распорные втулки со щелевыми каналами, узел кинематической связи ручного привода с гидроприводом выполнен в виде резьбового стержня, проходящего через сквозное отверстие, выполненное в толкателе, соединяемого с резьбовым отверстием, выполненным в штоке, и фиксируемого с толкателем стопорным пальцем.