УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕННОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО СБРОСА ШАРОВ В ТРУБОПРОВОД

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, является элементом наземного оборудования скважины и предназначена для осуществления последовательного сброса шаров под высоким и сверхвысоким давлением в поток рабочей жидкости при проведении многостадийных операций без перекрытия потока рабочей жидкости, без сброса давления в трубопроводе. Устройство применяется при гидравлическом разрыве пласта (ГРП), а также при освоении, эксплуатации, ремонте нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин.
Из уровня техники известно устройство ввода шаров в трубопровод, содержащее корпус с каналом для перемещения шаров, механизм для ввода шаров, привод, механизм для ввода шаров выполнен в виде стакана со шнеком, соединенным с приводом и снабженным механизмом фиксации шнека от произвольных вращений, стакан установлен в полости корпуса с зазором, определяющим величину размера шаров, и закреплен в корпусе с возможностью фиксации от проворота, при этом стакан снабжен продольным направляющим пазом для установки шаров на витки шнека, продольный направляющий паз совмещен нижним концом со сквозным каналом, расположенным в нижней части корпуса и имеющим одну ось с проходным каналом трубопровода, при этом корпус оснащен каналом для соединения с оборудованием для стравливания воздуха и присоединительными элементами для монтажа сквозным каналом в трубопровод (см. RU 2633461 С1, опубл. 12.10.2017).
Недостатками известного аналога является долговременная и трудоемкая загрузка шарами, а также невозможность визуального определения настоящего положения шнека, наличия и очередности шаров для сброса в трубопровод, что может вызвать нештатную, аварийную ситуацию. В известном устройстве для загрузки шаров необходимо отсоединить привод, открутить гайку прижимную, извлечь из корпуса стакан со шнеком и только после этого загружать шары. Для извлечения стакана со шнеком из корпуса в полевых условиях приходится использовать грузоподъемные механизмы, что не всегда возможно.
Известно устройство ввода шаров в трубопровод, содержащее корпус, внутри которого установлен с возможностью фиксации от поворота и неконтролируемого ввода шаров в трубопровод механизм для ввода шаров, соединенный с приводом, при этом корпус выполнен с каналом для перемещения шаров и с присоединительными элементами для монтажа корпуса к трубопроводу, корпус выполнен из двух частей, имеющих ступенчатую сопрягаемую поверхность и соединенных между собой по периметру, при этом обе части корпуса выполнены с отверстием для ввода шаров, оснащенным съемной пробкой, и со сквозным отверстием, образующим проходной канал соосный и сопрягаемый с каналом трубопровода, при этом одна из частей корпуса выполнена с цилиндрической полостью для установки механизма ввода шаров, выполненного в виде жестко закрепленного на валу цилиндрического барабана с посадочными местами для размещения шаров в виде пазов, расположенных с равным интервалом на его боковой поверхности, при этом вал установлен концами в защищенных подшипниковых опорах, закрепленных на корпусе, один конец вала соединен с приводом, а другой - с индикатором для визуального контроля факта поворота барабана и порядкового номера введенного в трубопровод шара, а цилиндрическая поверхность полости выполнена с пазом в виде полуцилиндра, образующим при вращении барабана совместно с его посадочным местом отверстие для выхода шара в проходной канал (см. RU 2728302 С1, опубл. 29.07.2020).
Недостатками известного устройства являются долговременный и трудоемкий монтаж/демонтаж устройства на устьевое оборудование ввиду того, что рым-болт расположен на боковой поверхности устройства, обусловленное невозможностью его установки на другую поверхность. Также для монтажа устройства используется фланцевое соединение, что увеличивает время установки.
Известно наиболее близкое по технической сущности устройство для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод, содержащее цельный цилиндрический корпус предназначенный для высоких и сверх высоких давлений при проведении технологической операции гидроразрыва пласта (ГРП), внутри устройства вертикально одна над другой расположены полки с посадочными местами, на которых размещаются сбрасываемые шары, ширина полок позволяет применять шары различного диаметра, полки жестко закреплены в корпусе посредством цилиндрических шарниров защищенными уплотнениями, при этом, с одной стороны, один цилиндрический шарнир соединен с поворотным и прямолинейным механизмами, который приводится в движение приводами, на одной оси с приводами расположены индикаторы визуального положения полки, причем соединения корпуса позволяет стыковку нескольких одинаковых устройств вертикального сброса шаров, что позволяет увеличить количество стадий технологических операций (см. CN 210829213 U, опубл. 23.06.2020).
Недостатками наиболее близкого аналога являются низкая надежность проведения технологии подачи шаров в трубопровод, обусловленная тем, что данный механизм имеет четыре рабочих положения, а именно: механизм открыт, полка расположена вертикально вверх; механизм закрыт, полка расположена вертикально вверх; механизм закрыт, полка расположена вертикально вниз; механизм открыт, полка расположена вертикально вниз. Такое устройство работы может вызвать аварийную, нештатную ситуацию, так как индикатор визуального положения полки показывает только направление расположения полки и является ручным управлением сброса шара.
Недостатком наиболее близкого аналога также является долговременный и трудоемкий монтаж/демонтаж на устьевое оборудование, обусловленный тем, что данные операции производятся посредством фланцевого соединения.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в облегчении надежного монтажа, в том числе демонтажа, установки для удаленного вертикального ввода шаров в трубопровод и в увеличении возможного количества сбрасываемых шаров без их перезарядки.
Технический результат достигается тем, что устройство для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод содержит цельный цилиндрический корпус, предназначенный для высоких и сверхвысоких давлений, внутри которого вертикально одна над другой расположены поворотные полки с посадочными местами для размещения на них сбрасываемых шаров, при этом поворотные полки выполнены с возможностью размещения на них сбрасываемых шаров разных диаметров и закреплены в цельном цилиндрическом корпусе посредством цилиндрических шарниров с уплотнениями, один цилиндрический шарнир каждой поворотной полки соединен с независимым сервоприводом для ее поворота, на одной оси с независимым сервоприводом расположен индикатор визуального положения поворотной полки, являющийся рукояткой ручного управления сброса шара, цельный цилиндрический корпус снабжен в нижней части быстросъемным резьбовым соединением (БРС) для монтажа на трубопроводе и возможности стыковки нескольких цельных цилиндрических корпусов разных устройств удаленного вертикального сброса шаров между собой, а в верхней части - резьбой.
Каждый указанный признак необходим, а вместе они достаточны для достижения указанного технического результата.
Существенные признаки, характеризующие цельный цилиндрический корпус, внутри которого вертикально одна над другой расположены поворотные полки с посадочными местами для размещения на них сбрасываемых шаров, при этом поворотные полки выполнены с возможностью размещения на них сбрасываемых шаров разных диаметров и закреплены в цельном цилиндрическом корпусе посредством цилиндрических шарниров с уплотнениями, один цилиндрический шарнир каждой поворотной полки соединен с независимым сервоприводом для ее поворота, на одной оси с независимым сервоприводом расположен индикатор визуального положения поворотной полки, являющийся рукояткой ручного управления сброса шара необходимы для реализации назначения заявленного устройства. Без указанных признаков реализация устройства для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод невозможна.
Существенные признаки, характеризующие выполнение цельного цилиндрического корпуса в нижней части с быстросъемным резьбовым соединением (БРС) для монтажа на трубопроводе и возможности стыковки нескольких цельных цилиндрических корпусов разных устройств удаленного вертикального сброса шаров между собой, а в верхней части - резьбой, в совокупности с указанными существенными признаками ограничительной части, обеспечивают облегчение монтажа/демонтажа установки для удаленного вертикального ввода шаров в трубопровод и увеличение возможного количества сбрасываемых шаров без их перезарядки.
Конструктивная реализации БРС, содержащего основание цельного цилиндрического корпуса, гайку, разрезную втулку, расположенную между основанием цельного цилиндрического корпуса и гайкой, стопорное кольцо, ограничивающее подвижность гайки по разрезной втулке, а также торцевое уплотнение обеспечивает надежный и прочный монтаж на трубопроводе и стыковку нескольких цельных цилиндрических корпусов разных устройств удаленного вертикального сброса шаров между собой.
Заявленная полезная модель поясняется следующими фигурами. На фигуре 1 изображен общий вид устройства для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод, на фигуре 2 - два соединенных устройства для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод, на фигуре 3 - общий вид быстросъемного резьбового соединения (БРС), на фигуре 4 - разрез А-А быстросъемного резьбового соединения.
Устройство для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод содержит цельный цилиндрический корпус 1, предназначенный для высоких и сверхвысоких давлений, внутри которого вертикально одна над другой расположены поворотные полки 2 с посадочными местами для размещения на них сбрасываемых шаров. При этом поворотные полки выполнены с возможностью размещения на них сбрасываемых шаров разных диаметров и закреплены в цельном цилиндрическом корпусе посредством цилиндрических шарниров 3,4 с уплотнениями 5, 6. Например один цилиндрический шарнир 3 поворотной полки 2 соединен с независимым сервоприводом 7 для ее поворота. На одной оси с независимым сервоприводом расположен индикатор визуального положения поворотной полки 8, являющийся рукояткой ручного управления сброса шара. Цельный цилиндрический корпус снабжен в нижней части быстросъемным резьбовым соединением 9 (БРС) для монтажа на трубопроводе и возможности стыковки нескольких цельных цилиндрических корпусов разных устройств удаленного вертикального сброса шаров между собой, а в верхней части - резьбой. Заглушка 10 имеет петлю 11 закреплена в верхней части цельного цилиндрического корпуса посредством БРС для выполнения перезарядки сбрасываемых шаров. БРС содержит основание цельного цилиндрического корпуса, гайку, разрезную втулку, расположенную между основанием цельного цилиндрического корпуса и гайкой, торцевое уплотнение, а также стопорное кольцо, ограничивающее подвижность гайки по разрезной втулке. БРС содержит основание 12 цельного цилиндрического корпуса, верхний конец 13 цельного цилиндрического корпуса или трубопровода гайку 14, разрезную втулку 15, расположенную между основанием цельного цилиндрического корпуса и гайкой, стопорное кольцо 16, ограничивающее подвижность гайки по разрезной втулке, а также торцевое уплотнение 17.
Независимый сервопривод для поворота полки может быть выполнен как в виде пневмо/гидроустройства, так и в виде прямого электропривода.
Устройство для удаленного вертикального сброса шаров в трубопровод работает следующим образом.
Монтаж предварительно собранного заявленного устройства в трубопровод, производят с использованием БРС 9, при этом проходной канал заявленного устройства становится составной частью канала трубопровода.
Затем с верхней стороны цельного цилиндрического корпуса выкручивается заглушка 10 и через загрузочное отверстие в данном корпусе поштучно загружаются сбрасываемые шары. Путем поворота индикаторов визуального положения поворотных полок 8 в необходимой последовательности, обеспечивается попадание сбрасываемых шаров на посадочное место поворотных полок 2.
После загрузки сбрасываемых шаров и при эксплуатации загрузочное отверстие герметично закрывается заглушкой 10.
Для последующего сброса шаров в трубопровод, на независимые сервоприводы 7 в необходимой последовательности подаются сигналы с пульта управления (не показан), при этом поворотные полки 2 посредством цилиндрических шарниров 3 и 4 поворачиваются таким образом, чтобы шары сбрасывались в трубопровод, а поворотные полки уходили в цельный цилиндрический корпус 1, образуя, таким образом, общий проходной канал цельного цилиндрического корпуса и трубопровода.
С помощью индикатора визуального положения поворотной полки 8 производится визуальный контроль факта сброса шара в трубопровод.
Монтаж предварительно собранного заявленного устройства в трубопровод и между собой нескольких секций осуществляется следующим образом. Гайка 14 закреплена на основании 12 цельного цилиндрического корпуса заявленного устройства посредством разрезной втулки 15 и стопорного кольца 16, гайка соединяется с верхним концом цельного цилиндрического корпуса или трубопроводом 13 посредством резьбового соединения, для достижения герметичности соединение уплотняется торцевым уплотнением 17.