Устройство запорное гидроуправляемое для герметизации устья фонтанирующей скважины
SHUTOFF HYDRAULIC-CONTROLLED DEVICE FOR SEALING OF FLOW WELL MOUTH

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для герметизации устья скважины с фонтанирующей колонной диаметром более 273 мм при большом дебите и аномально высоком давлении скважинной среды более 35 МПа.
Для герметизации устья открыто фонтанирующей скважины и последующего прекращения истечения скважинной среды путем ее перекрытия с целью выполнения дальнейших аварийных работ по глушению скважины, в составе наводимой запорно-устьевой сборке (ЗУС) наиболее часто применяют, в качестве запорного органа, сдвоенный плашечный превентор.
Известен «Превентор плашечный гидравлический двойной с технологическим конусом» (1) предназначенный для герметизации устья скважины со спущенной колонной труб трубными плашками и для герметизации скважины без спущенной колонны труб глухими плашками.
Известный превентор обладает следующими недостатками:
- отсутствует дополнительный барьер безопасности, так как перекрытие канала для прекращения истечения скважинной среды осуществляется только одним комплектом плашек, тем сам снижается надежность превентора;
- плашки и уплотнительные элементы при большом дебите фонтанирующей струи и аномально высоком давлении устья скважины более 35 МПа могут быть повреждены и вырваны из посадочных мест, что приведет к выходу из строя превентора.
Известен «Кран устьевой двухшаровый» (2) предназначенный для перекрытия канала с целью прекращения фонтанирования потока рабочей среды из скважины.
Известный кран устьевой двухшаровый обладает следующими недостатками:
- конструкция крана чрезмерно сложна и трудоемка в изготовлении и сборке;
- не оснащен органами управления для возможности дистанционного закрытия шаровых затворов, что снижает уровень безопасности для оперативного состава.
Известна также трубная головка (3), которая может быть использована в составе ЗУС при герметизации устья фонтанирующей скважины.
Известная трубная головка обладает следующими недостатками:
- не оснащена органами управления для возможности дистанционного закрытия шарового затвора, что снижает уровень безопасности для оперативного состава;
- конструкция трубной головки чрезмерно сложна и трудоемка в изготовлении и сборке;
- отсутствует дополнительный барьер безопасности, так как перекрытие канала для прекращения истечения скважинной среды осуществляется только одним шаровым затвором, тем самым снижается надежность герметизации устья скважины.
Целью изобретения является выполнение надежной герметизации устья скважины, с фонтанирующей колонной диаметром более 273 мм при большом дебите и аномально высоком давлении скважинной среды более 35 МПа, посредством дистанционного, для обеспечения безопасности оперативного персонала, наведения на устье устройства запорного гидроуправляемого, обладающего минимальными массогабаритными характеристиками, и имеющего возможность дистанционно осуществить прекращение истечения скважинной среды путем ее перекрытия запорными органами устройства с целью выполнения дальнейших аварийных работ по глушению скважины.
Поставленная цель достигается устройством запорным гидроуправляемым для герметизации устья фонтанирующей скважины, включающим блок, состоящий из крестовины, адаптера, корпуса и крышки, оснащенный верхним и нижним присоединительными фланцами и вертикальным проходным каналом, с двумя боковыми отводами, оснащенными через угольники дистанционно управляемыми гидроприводными моноблочными задвижками с двумя запорными органами каждая, с размещенными внутри корпуса двух шаровых затворов, со сквозными осевыми рабочими каналами, поджатых к седлам подпружиненными опорами и оснащенных двумя поворотными, дистанционно управляемыми гидроприводными узлами, размещенными на корпусе, имеющим в крестовине проходной канал, с целью применения на скважинах с большим дебитом и аномально высоких давлениях скважинной среды, выполненный ступенчатым, а боковые отводы размещены в ее увеличенной части под углом к вертикальной оси и обеспечивают отвод части скважинной среды из крестовины через открытые моноблочные задвижки позволяя, тем самым, существенно снизить давление скважинной среды на шаровые затворы при их закрытии, а седла, размещенные в корпусе и крышке, включают в себя металлические и уплотнительные упруго-деформируемые вставки, кольцевые выступы которых размещены между металлическими втулками и контактируют с шаровыми затворами, а нижние торцы втулок выполнены со сферическими поверхностями, ответными наружным диаметрам шаровых затворов, причем на сферических поверхностях наружных металлических вставок выполнены радиальные и кольцевые каналы, обеспечивающие проникновение скважинной среды внутрь наружной металлической вставки, уменьшая, тем самым, площадь воздействия аномально высокого давления на шаровые затворы с соответственным снижением удельного давления в местах уплотнения, сохраняя при этом необходимую площадь контакта для равномерного распределения усилий, передаваемых шаровыми затворами на седла при закрытии проходного канала.
На фиг. 1 показано устройство в сборе; на фиг. 2 - то же, вид по разрезу А-А фиг. 1; на фиг. 3 - то же, вид сверху Б фиг. 1; на фиг. 4 - уплотнения шаровых затворов вид по выноске В фиг. 2.
Устройство (фиг. 1) включает блок 1, состоящий из крестовины 1.1, адаптера 1.2, корпуса 1.3 и крышки 1.4. Проходной канал в крестовине выполнен ступенчатым - увеличенного диаметра в нижней ее части и уменьшенного в верхней. Боковые отводы крестовины 1.1 выполнены в ее проходном канале увеличенного диаметра, расположены под углом к вертикальной оси и обеспечивают отвод части скважинной среды из увеличенного проходного канала крестовины, а ее канал уменьшенного диаметра уменьшает выталкивающую силу скважинной среды, действующую на шаровые затворы. При этом уменьшенный диаметр в проходном канале крестовины обеспечивает уменьшенные массогабаритные характеристики устройства за счет уменьшения диаметра шаровых затворов и соответственно наружного диаметра корпуса. Присоединительные фланцы боковых отводов оборудованы, через угольники 2, гидроуправляемыми моноблочными задвижками 3 с двумя запорными органами на каждом. На наружной боковой поверхности корпуса 1.3, вдоль вертикальной оси, диаметрально размещены два поворотных гидроприводных узла 4, состоящих из кронштейнов 4.1, гидроцилиндров 4.2 и механизмов регулировки 4.3. Гидроцилиндры 4.2 обеспечивают поворот шаровых затворов 9 (фиг. 2) на угол 90°, с помощью рычагов 6 (фиг. 1), соединенных со штоками гидроцилиндров 4.2 пальцами 5 и шпинделями 7, размещенными в радиальных каналах корпуса и сочлененными прямоугольными выступами с ответными прямоугольными выборками шаровых затворов. На рычагах 6 выполнены риски «О» и «З», указывающие «открытые» и «закрытые» положения шаровых затворов при их совмещении с рисками нанесенными на корпусе. Соосность проходных каналов шаровых затворов с проходным каналом корпуса, обеспечивается регулировкой ходов штоков гидроцилиндров механизмами 4.3, оснащенными вилками с резьбовыми шпильками, размещенными в проушинах кронштейнов 4.1, и регулировочными гайками, опирающимися на проушины кронштейнов. Поршневые и штоковые полости гидроцилиндров 4.2 и моноблочных задвижек 3 оснащены быстроразъемными соединениями для подключения к ним гидравлических линий управления. В нижней и верхней расточках корпуса размещены, поджатые к седлам 10 опорами 11, с помощью пружин 13, размещенных в обойме 12, два шаровых затвора 9 (фиг. 2), со сквозными осевыми каналами, обеспечивающие перекрытие проходного канала с целью прекращения истечения фонтанирующей среды. Седла 10 (фиг. 2), для уплотнения шаровых затворов 9, состоят из наружных 10.1 и внутренних 10.2 металлических втулок (фиг. 5), опирающиеся верхними торцами на уплотнительные упруго деформируемые вставки 10.3, кольцевые выступы которых размещены между металлическими втулками и контактируют с шаровыми затворами, а нижние торцы втулок выполнены со сферическими поверхностями, ответными наружным диаметрам шаровых затворов. При этом на сферических поверхностях наружных металлических вставок выполнены радиальные и кольцевые каналы, которые обеспечивают проникновение скважинной среды в зоны контактов наружных металлических вставок и шаровых затворов, ограниченных кольцевыми каналами, уменьшая, тем самым, площадь воздействия аномально высокого давления на шаровые затворы с соответственным снижением удельного давления в местах уплотнения, сохраняя при этом необходимую площадь контакта для равномерного распределения усилий, передаваемых шаровыми затворами на седла при закрытии проходного канала.
Нижняя часть крестовины представлена присоединительным фланцем для крепления к нему при герметизации устья фонтанирующей скважины, представленной устьевым фланцем, переходной катушки с нижним фланцем, соответствующим устьевому, либо при герметизации устья фонтанирующей скважины, представленной оголовком колонны, головкой в различных вариантах исполнения, например фланцем колонным неразъемным типа ФКН или ЗГТ (4, стр. 171…174), головкой колонной клиновой самоуплотняющейся (5). Верхние части крышки и моноблочных задвижек также представлены присоединительными фланцами для крепления к ним отводных труб.
При необходимости открытия шаровых затворов, находящихся под давлением скважинной среды, в корпусе имеются штуцеры 8, оснащенные быстроразъемными соединениями, для подключения гидравлических линий и подачи рабочей жидкости в надшаровые полости затворов для создания в них противодавления.
Работа с устройством при герметизации устья фонтанирующей скважины выполняется в следующем порядке.
Устройство встраивается в состав ЗУС, которая либо с помощью дистанционно-управляемого гидроприводного устройства наведения координатного типа, смонтированного на устье, либо с помощью самоходного дистанционно-управляемого роботизированного комплекса, дистанционно на безопасном расстоянии с пульта управления наводится на устье фонтанирующей скважины, представленное либо фланцем устьевого оборудования, либо оголовком колонны. Наведение осуществляется при открытых шаровых затворах и моноблочных задвижках, установленных на боковых отводах крестовины. При открытых моноблочных задвижках часть потока скважинного флюида направляется в боковые отводы крестовины, тем самым снижая поток скважинного флюида, проходящего через шаровые затворы.
После закрепления ЗУС на устье скважины подсоединяют к гидроприводным рабочим органам устройства напорные рукава высокого давления от гидростанции, размещенной вне опасной зоны. Подачей рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра узла поворота нижнего шарового затвора поворачивают его, закрывая проходной канал.
Под действием скважинного давления шаровой затвор прижимается к седлу, при этом металлические вставки вдавливаются в упругодеформируемую неметаллическую вставку, заставляя ее кольцевым выступом, размещенным между металлическими вставками, плотно охватить шаровой затвор и надежно герметизировать проходной канал корпуса. После чего поочередно закрываются верхний шаровой затвор и моноблочные задвижки боковых отводов, надежно герметизируя устье скважины.
При необходимости открытия шаровых затворов, находящихся под давлением скважинной среды, через штуцеры 8 (фиг. 1), оснащенные быстроразъемными соединениями, подается рабочая жидкость в надшаровые полости затворов для создания в них противодавления, равного скважинному давлению.
Устройство может быть использовано при герметизации фонтанирующей скважины с подводным расположением устья.
Источники информации
1. Патент на изобретение №167756. «Превентор плашечный гидравлический двойной с технологическим конусом» от 03.03.2016 г.
2. Патент на изобретение №2204073. «Кран устьевой двухшаровый» от 19.02.2001 г.
3. Патент на изобретение №2182218. «Трубная головка» от 07.06.2001 г.
4. Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов. Справочник. Москва, «Недра», 1966.
5. Патент на изобретение №2138614. «Головка колонная клиновая самоуплотняющаяся» от 27.09.1999 г.