ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЯ СКВАЖИНЫ И ВСТАВКА ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ТРУБЫ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ

Полезная модель относится к устьевому оборудованию, которое используется при проведении работ на нефтяных и газовых скважинах. Конкретно заявляемая полезная модель относится к конструкции герметизатора и вставки, используемых для герметизации ведущей трубы квадратного сечения при фрезеровании с использованием механического ротора.
Известен герметизатор устья скважины, содержащий полый цилиндрический корпус со сквозным каналом для пропуска труб, с уплотнительным элементом (SU 1810485, 1993 г.). Известное устройство не обеспечивает возможность герметизации; ведущей трубы квадратного сечения при ее вращении механическим ротором.
Ближайшим аналогом к заявляемой группе полезных моделей является герметизатор устья скважины, содержащий основание со сквозным осевым каналом, снабженным верхним и нижним фланцами, вставку для герметизации ведущей трубы квадратного сечения, установленную в осевом канале основания, ползуны для фиксации вставки в основании, расположенные с возможностью перемещения в радиальных каналах, выполненных в корпусе основания, и средства перемещения ползунов в радиальных каналах. Вставка содержит корпус, выполненный по форме тела вращения и имеющий на наружной боковой поверхности кольцевую канавку для захода ползунов при фиксации вставки в основании, центральный ствол со сквозным осевым каналом для прохода трубы, установленный внутри корпуса с возможностью вращения относительно корпуса, уплотнительную манжету с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, заглубленную в ствол со стороны его верхнего торца и опирающуюся на верхний торец ствола, и шайбу с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, установленную со стороны верхнего торца вставки и закрепленную на стволе при
помощи разъемного соединения. Центральный ствол имеет верхний фланец, опирающийся на торец корпуса вставки. Шайба выполнена разъемной в диаметральной плоскости, проходящей через вершины квадрата квадратного отверстия, с образованием двух половин и крепится к верхнему фланцу ствола через зажатый между ними фланец уплотнительной манжеты (RU 2142552 С1, 1999 г.). В известном устройстве центральный ствол вставки установлен с возможностью вращения внутри неподвижного корпуса и взаимодействие между этими элементами происходит по типу подшипника скольжения, что приводит к преждевременному износу трущихся поверхностей корпуса и ствола и в конечном итоге снижает срок службы вставки в частности и герметизатора в целом. Верхний фланец вращающегося ствола и взаимодействующий с ним торец неподвижного корпуса образуют еще одну пару трущихся поверхностей, что также сокращает срок службы устройства. Крепление шайбы, имеющей центральное квадратное отверстие, к фланцу ствола через зажатый между ними фланец уплотнительной манжеты, влечет за собой нарушение целостности манжеты, через которую проходят крепежные элементы, что отрицательно сказывается на надежности конструкции вставки. Выполнение шайбы из двух отдельных половин, не связанных между собой, создает неудобства при обслуживании устройства, особенно при установке шайбы на трубу и при: последующем проведении монтажно-сборочных работ.
Технический результат, который достигается при использовании предлагаемой группы полезных моделей, заключается в повышении надежности и срока службы герметизатора и вставки, в упрощении обслуживания заявляемого объекта, в упрощений монтажных работ, связанных с совмещением вставки с ведущей трубой и с установкой вставки в канале основания и, как следствие, в повышении производительности труда при герметизации ведущей трубы квадратного сечения.
Для достижения указанного технического результата предлагается герметизатор устья скважины, который содержит основание со сквозным осевым каналом, снабженное верхним и нижним фланцами, вставку для герметизации
ведущей трубы квадратного сечения, установленную в осевом канале основания, ползуны для фиксации вставки в основании, расположенные с возможностью перемещения в радиальных каналах, выполненных в верхнем фланце основания, и средства перемещения ползунов в радиальных каналах. Вставка содержит корпус, выполненный по форме тела вращения и имеющий на наружной боковой поверхности кольцевую канавку для захода ползунов при фиксации вставки в основании, центральный ствол со сквозным осевым каналом для прохода трубы, установленный внутри корпуса посредством охватывающего ствол по наружной боковой поверхности подшипника качения с возможностью вращения относительно корпуса, гайку, навинченную на ствол со стороны его верхнего торца, уплотнительную манжету с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, заглубленную в ствол со стороны его верхнего торца и опирающуюся на верхний торец ствола и гайку, и шайбу с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, установленную со стороны верхнего торца вставки и закрепленную на гайке при помощи разъемного соединения. Шайба выполнена разъемной в диаметральной плоскости, проходящей через вершины квадрата квадратного отверстия, с образованием двух половин, соединенных между собой шарнирным узлом, включающим серьгу, расположенную в пределах окружности шайбы, образующей ее наружный контур, и со стороны одного из концов линии диаметрального разъема шайбы и закрепленную на шайбе двумя болтами, расположенными по разные стороны от упомянутой плоскости разъема, с возможностью поворота относительно этих болтов.
На боковой поверхности корпуса вставки на участке между нижним торцом вставки и кольцевой канавкой для захода ползунов выполнен кольцевой паз, в котором расположен кольцевой уплотнительный элемент.
Между нижним торцом верхней гайки и верхним торцом корпуса вставки расположено уплотнительное кольцо.
Наружная боковая поверхность ствола выполнена ступенчатой, при этом между одной из ступеней, расположенной под нижним торцом гайки, и между этим торцом расположено опорное кольцо.
На внутренней поверхности корпуса вставки со стороны его верхнего торца выполнена кольцевая канавка, в которой расположен опорный кольцевой элемент, выступающий внутрь корпуса и взаимодействующий с наружным торцом верхнего кольца подшипника качения, при этом нижнее кольцо подшипника опирается на верхнюю поверхность второй ступени ствола.
Со стороны нижнего торца корпуса вставки установлена нижняя гайка, при этом на внутренней поверхности корпуса выполнена резьба под нижнюю гайку, а между внутренней поверхностью корпуса, наружной поверхностью ствола и нижней гайкой расположен уплотнительный элемент, выполненный в виде втулки с фланцем.
Стенка каждого радиального канала, выполненного в верхнем фланце основания, со стороны боковой поверхности этого фланца имеет резьбовой участок, а каждое средство перемещения ползунов в радиальных каналах содержит рукоятку, установленную в обечайке, а также соосно расположенные втулку, размещенную в радиальном канале со стороны боковой поверхности верхнего фланца и имеющую резьбовой участок на своей наружной поверхности, взаимодействующий с резьбовым участком стенки радиального канала, и резьбовой участок на своей внутренней поверхности, и обойму, имеющую форму стакана, посаженного со стороны своего открытого торца на хвостовую часть ползуна и имеющего на своей наружной поверхности резьбу, взаимодействующую с резьбовым участком на внутренней поверхности втулки, причем на наружной стороне донной части стакана выполнен хвостовик, на котором посредством разъемного соединения зафиксирована обойма рукоятки.
На торцевых поверхностях верхнего и нижнего фланцев выполнены кольцевые канавки, служащие для размещения уплотнительного кольца.
Рукоятки средства перемещения ползунов закреплена на хвостовике стакана посредством винта, установленного в боковой стенке обечайки.
Ползун имеет цилиндрическую форму, при этом диаметр основной части ползуна, к которой примыкает его хвостовая часть, больше диаметра хвостовой части, причем стакан выполнен с возможностью воздействия своим
открытым торцом при своем перемещении на торец основной части ползуна, образованный на участке перепада диаметров частей ползуна.
На наружной поверхности основной части ползуна имеется паз, в который входит ограничитель, расположенный в отверстии, выполненном в верхнем фланце, и позволяющий исключить проворачивание ползуна в радиальном канале при поступательном перемещении.
На наружной поверхности основной части ползуна выполнена кольцевая канавка, в которой расположено уплотнительное кольцо.
В качестве второго объекта группы полезных моделей предлагается вставка для герметизации ведущей трубы квадратного сечения, которая содержит корпус, выполненный по форме тела вращения и имеющий на наружной боковой поверхности кольцевую канавку для захода ползунов при фиксации вставки в основании, центральный ствол со сквозным осевым каналом для прохода трубы, установленный внутри корпуса посредством охватывающего ствол по наружной боковой поверхности подшипника качения с возможностью вращения относительно корпуса, гайку, навинченную на ствол со стороны его верхнего торца, уплотнительную манжету с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, заглубленную в ствол со стороны его верхнего торца и опирающуюся на верхний торец ствола и гайку, и шайбу с центральным отверстием квадратной формы по форме трубы, установленную со стороны верхнего торца вставки и закрепленную на гайке при помощи разъемного соединения. Шайба выполнена разъемной в диаметральной плоскости, проходящей через вершины квадрата квадратного отверстия, с образованием двух половин, соединенных между собой шарнирным узлом, включающим серьгу, расположенную в пределах окружности шайбы, образующей ее наружный контур, и со стороны одного из концов линии диаметрального разъема шайбы и закрепленную на шайбе двумя болтами, расположенными по разные стороны от упомянутой плоскости разъема, с возможностью поворота относительно этих болтов.
На боковой поверхности корпуса вставки на участке между нижним торцом вставки и кольцевой канавкой для захода ползунов выполнен кольцевой паз, в котором расположен кольцевой уплотнительный элемент.
Между нижним торцом верхней гайки и верхним торцом корпуса вставки расположено уплотнительное кольцо.
Наружная боковая поверхность ствола выполнена ступенчатой, при этом между одной из ступеней, расположенной под нижним торцом гайки, и между этим торцом расположено опорное кольцо.
На внутренней поверхности корпуса вставки со стороны его верхнего торца выполнена кольцевая канавка, в которой расположен опорный кольцевой элемент, выступающий внутрь корпуса и взаимодействующий с наружным торцом верхнего кольца подшипника качения, при этом нижнее кольцо подшипника опирается на верхнюю поверхность второй ступени ствола.
Со стороны нижнего торца корпуса вставки установлена нижняя гайка, при этом на внутренней поверхности корпуса выполнена резьба под нижнюю гайку, а между внутренней поверхностью корпуса, наружной поверхностью ствола и нижней гайкой расположен уплотнительный элемент, выполненный в виде втулки с фланцем.
Обеспечение взаимодействия в предлагаемой группе полезных моделей вращающегося центрального ствола и неподвижного корпуса через подшипник качения, охватывающий ствол по наружной боковой поверхности, позволяет устранить преждевременный износ указанных деталей и повысить тем самым срок службы герметизатора в целом и вставки. Крепление выполненной из двух половин шайбы осуществляется не непосредственно к стволу, а к навинчиваемой на ствол гайке, что позволяет максимально разгрузить вращающийся ствол от дополнительного влияния сил трения и повысить надежность и срок службы конструкции. Установка уплотнительной манжеты с опорой на верхний торец ствола и на гайку и вне зоны прохождения крепежных элементов позволяет избежать нарушения целостности уплотнительной манжеты и повысить срок ее службы. Соединение двух половин разъемной шайбы шарнирным узлом, включающим серьгу, закрепленную на шайбе
двумя болтами с возможностью поворота относительно этих болтов, позволяет осуществлять манипуляции с шайбой, в том числе при установке ее на трубу, без разъединения ее на отдельные половины, что значительно повышает удобство в обслуживании устройства при проведении монтажно-сборочных работ, а расположение серьги в пределах окружности шайбы позволяет беспрепятственно устанавливать вставку в осевом канале герметизатора.
Полезная модель поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображено основание герметизатора устья скважины, вид спереди с частичным разрезом; на фиг.2 - вставка для герметизации ведущей трубы квадратного сечения, вид спереди с частичным разрезом; на фиг.3 - вставка для герметизации ведущей трубы квадратного сечения, вид сверху; на фиг.4 - вставка для герметизации ведущей трубы квадратного сечения в компоновке с трубой.
Герметизатор устья скважины содержит основание 1 со сквозным осевым каналом 2 и вставку 3 для герметизации ведущей трубы квадратного сечения. Преимущественно корпус 4 основания 1 выполнен цилиндрическим. Канал 2 в основании 1 может быть выполнен цилиндрическим по всей своей длине или коническим, по меньшей мере, на части своей длины, как показано на фиг.1. При выполнении канала 2 коническим большее основание 5 конуса обращено наружу со стороны верхнего фланца.
Основание 1 имеет нижний фланец 6 и верхний фланец 7. В верхнем фланце 7 выполнены сквозные радиальные каналы 8. Стенка каждого радиального канала 8 со стороны боковой поверхности 9 верхнего фланца 7 имеет резьбовой участок 10.
В сквозном осевом канале 2 основания 1 установлена вставка 3 для герметизации ведущей трубы квадратного сечения. Вставка 3 содержит корпус 11, выполненный по форме тела вращения. На наружной боковой поверхности корпуса 11 выполнена кольцевая канавка 12 для захода ползунов 13 при фиксации вставки 3 в основании 1.
Внутри корпуса 11 установлен с возможностью вращения центральный ствол 14. Ствол 14 имеет сквозной осевой канал 15 для прохода трубы квадратного
сечения. Ствол 14 взаимодействует с корпусом 11 посредством охватывающего ствол по наружной боковой поверхности подшипника качения 16.
На ствол 14 со стороны его верхнего торца навинчена гайка 17. В осевой канал ствола заглублена уплотнительная манжета 18, которая опирается своим фланцем частично на верхний торец ствола 14 и частично на гайку 17. Уплотнительная манжета имеет центральное отверстие 19 квадратной формы по форме герметизируемой трубы.
Манжета 18 фиксируется сверху шайбой 20, которая закреплена на гайке 17 при помощи болтов 21. Шайба 20 имеет центральное отверстие 22 квадратной формы по форме герметизируемой трубы. Через отверстия под болты 21 производится заливка машинного масла в полость вставки через канал 23 в гайке 17 и ступенчатую (лабиринтную) полость 24 и подача масла к подшипнику 16 и к трущимся поверхностям корпуса 11 и ствола 14.
Шайба 20 образована из двух половин 25 и 26 за счет выполнения ее разъемной в диаметральной плоскости 27, которая проходит через вершины 28 и 29 квадрата 30 отверстия 22. Половины 25 и 26 шайбы соединены между собой шарнирным узлом, состоящим из серьги 31 и двух болтов 32, на которые насажена серьга 31 и посредством которых она соединена с шайбой 20. Серьга 31 заглублена в пазах 33, выполненных в половинах 25 и 26 шайбы 20 симметрично относительно диаметральной плоскости 27 разъема шайбы и расположенных на одинаковом расстоянии от торцов 34 и 35 шайбы. Болты 32 расположены по разные стороны от диаметральной плоскости 27 разъема шайбы, при этом половины 25 и 26 серьги 31 установлены на болтах 32 свободно, что обеспечивает возможность относительного поворота половин шайбы и болтов. Серьга расположена в пределах окружности шайбы, образующей ее наружный контур, и со стороны конца 36 линии диаметрального разъема шайбы 20.
На боковой поверхности корпуса 11 вставки 3 выполнен кольцевой паз 37, который расположен между нижним торцом 38 вставки и кольцевой канавкой 12. В пазу 37 расположен кольцевой уплотнительный элемент 39.
Между нижним торцом гайки 17 и верхним торцом корпуса 11 расположено уплотнительное кольцо 40, являющееся сальниковым уплотнителем. Наружная боковая поверхность ствола 14 выполнена ступенчатой. Одна из ступеней, обозначенная позицией 41, расположена под нижним торцом 42 гайки 17, при этом между ступенью 41 и торцом 42 расположено опорное кольцо 43. На внутренней поверхности корпуса 11 на участке, расположенном вблизи верхнего торца корпуса, выполнена кольцевая канавка 44. В канавке 44 расположен опорный кольцевой элемент 45, служащий для фиксации подшипника от осевого перемещения, который взаимодействующий с наружным торцом верхнего кольца 46 подшипника качения 16. Опорное кольцо 43 и кольцевой элемент 45 выступают внутрь полости 24, формируя ее ступенчатую конфигурацию. Еще одна ступень на боковой поверхности ствола представляет собой кольцевой выступ 47. На верхнюю поверхность 48 кольцевого выступа 47 опирается нижнее кольцо 49 подшипника 16. Нижняя поверхность 50 выступа 47 опирается на втулку 51, охватывающую ствол 14 и расположенную внутри ступени 52, выполненной на внутренней поверхности корпуса 11.
Со стороны нижнего торца корпуса 11 установлена нижняя гайка 53, при этом на внутренней поверхности корпуса 11 выполнена резьба 54 под гайку 53. Гайка 53 охватывает нижнюю часть ствола 14, при этом в гайке и в нижней части ствола выполнены соосные, образующие общий канал отверстия 55 и 56, служащие для заворачивания технологической гайки для удержания ствола при заворачивании-отворачивании гайки 17. Между внутренней поверхностью корпуса 11, наружной поверхностью ствола 14 и гайкой 53 расположен уплотнительный элемент, выполненный в виде втулки 57 с фланцем 58. Гайка 53 имеет кольцевую ступенчатую полость 59, сообщающуюся с каналом, образованным отверстиями 55 и 56. Между наружной поверхностью гайки 53 и внутренней поверхностью корпуса 11 расположено уплотнительное кольцо 60. В нижней части боковой поверхности ствола 14 под гайкой 53 установлено кольцо 61, служит для предотвращения отворачивания гайки 53. Между стволом 14 и корпусом 11 на участке расположенном
над втулкой 57 установлена втулка 62, выполненная например из Бронзы Бр АЖа-4 ГОСТ 493-79, примыкающая к верхнему торцу фланца 58 втулки 57.
В каждом радиальном канале 8 верхнего фланца 7 расположен ползун 13, который при перемещении в направлении вертикальной оси основания 1 заходит в кольцевую канавку 12, выполненную на боковой поверхности корпуса 11 и фиксирует вставку 3 в основании 1. На наружной поверхности ползуна 13 выполнена кольцевая канавка 63, в которой расположено уплотнительное кольцо 64. Кроме того, на наружной поверхности основной части 65 ползуна 13 имеется паз 66, в который входит ограничитель 67, расположенный в отверстии, выполненном в верхнем фланце 7. Ограничитель 67 позволяет исключить проворачивание ползуна 13 в радиальном канале 8 при поступательном перемещении ползуна.
Имеется средство перемещения ползуна 13 в радиальном канале 8, которое содержит рукоятку 68, установленную в отверстиях 69 обечайки 70 перпендикулярно оси последней. Рукоятка 68 может перемещаться в отверстиях 69 относительно обечайки 70. Кроме того, средство перемещения ползуна 13 включает в себя соосно расположенные втулку 71 с фланцем и обойму 72.
Втулка 71 установлена в радиальном канале 8 со стороны боковой поверхности верхнего фланца 7. На наружной поверхности втулки 71 имеется резьбовой участок, который взаимодействует с резьбовым участком стенки радиального канала 8. На внутренней поверхности втулки 71 также предусмотрен резьбовой участок.
Обойма 72 имеет форму стакана, посаженного со стороны своего открытого торца на хвостовую часть 73 ползуна 13. Диаметр хвостовой части 73 меньше диаметра основной части 65 ползуна 13. На наружной поверхности стакана выполнена резьба 74, взаимодействующая с резьбовым участком на внутренней поверхности втулки 71. Донная часть стакана выступает за пределы его боковой поверхности, образуя бурт 75, который с одной стороны может упираться во фланец втулки 71, а с другой контактирует с торцем обечайки 70.
На наружной стороне донной части стакана выполнен хвостовик 76, на который устанавливается обечайка 70 до упора в бурт 75. Обечайка 70 зафиксирована на хвостовике 76 посредством винта 77.
В донной части и хвостовике стакана имеется дроссельное отверстие 78 для подачи смазки к резьбе 74 и резьбовому участку втулки 71 через пресс-масленку (тавотницу), вкрученную в донную часть хвостовика 76.
На торцевых поверхностях79 верхнего фланца 7 и нижнего фланца 6 выполнены кольцевые канавки 80, служащие для размещения уплотнительного кольца.
Перед началом работы необходимо смонтировать линию нагнетания от промывочного агрегата к вертлюгу с запорным органом, рассчитанным на рабочее давление 21 МПа.
На крестовину фонтанной арматуры устья скважины устанавливают превентор, основание 1 комплекса герметизирующего оборудования и монтируют механический ротор типа Р-200. Затем устанавливают вставку 3 на ведущую трубу 81 квадратного сечения. Для этого от ведущей трубы квадратного сечения отсоединяют нижний переводник 82. Устанавливают уплотнительную манжету 18 на ведущую трубу 81 снизу вверх на расстоянии одного метра от нижнего ее конца (сечение манжеты 18 должно соответствовать сечению ведущей трубы). К манжете 18 присоединяют вставку 3 и закрепляют ее на ведущей трубе 81 при помощи разрезной шайбы 20 и болтов 21. Доливают машинное масло в полость вставки 3, для чего вывинчивают два болта 21, наиболее удаленные от плоскости разъема шайбы 20, заливают необходимое количество масла через отверстия под болты 21 и устанавливают болты на место. На ведущую, трубу 81 устанавливают снизу опорную втулку 83 и присоединяют нижний переводник 82. Описанные выше этапы установки вставки 3 на ведущую трубу удобнее выполнять в горизонтальном положении трубы с консольно поднятым нижним концом на высоту не менее 200 мм. Заливку машинного масла следует выполнять при вертикальном положении ведущей трубы 81.
При дальнейшем монтаже соединяют нижний переводник с колонной бурильных труб; перемещают вставку 3 до упора в конусное отверстие основания 1, ориентируя при этом расположение бобышки 84 между ползунами 13 основания 1. Синхронно вращая две рукоятки ползунов 13 (на 7-9 оборотов по часовой стрелке), фиксируют вставку 3 в основании 1 выдвижными ползунами 13. Вставка 3 готова к работе.
При проведении фрезерования с одновременной промывкой раствором оптимальными параметрами следует считать частоту вращения ведущей трубы в пределах 1 оборот в секунду при давлении промывочного раствора на устье до 5 МПа. Вставка допускает и более высокие уровни давления вплоть до 21 МПа, но с более интенсивным и поэтому нежелательным износом уплотнительных элементов.
При нефтегазопроявлении необходимо прекратить вращение ведущей трубы и, не извлекая вставку 3 из основания 1, принять необходимые технологические меры по ликвидации выбросовых явлений. При этом никаких дополнительных герметизирующих средств не требуется, так как вставка 3 обеспечивает герметизацию устья скважины в статическом состоянии до величины 21 МПа.