УСТРОЙСТВО ГИДРОПРИВОДНОЕ ДЛЯ НАВОРОТА КРАНА ШАРОВОГО НА УСТЬЕ ФОНТАНИРУЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ УГНКШ
HYDRAULICALLY ACTUATED DEVICE FOR SCREWING-ON OF BALL VALVE ON GUSHER WELLHEAD (HADSBVGWH)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для наворота крана шарового на бурильную трубу при проведении работ по ликвидации открытого фонтанирования газовой скважины, в том числе на сероводородосодержащих месторождениях.
«Согласно ранее применяемым технологиям ликвидационных работ, при горящем газовом фонтане во всех случаях предусматривалось тушение горящей струи. Однако применение традиционных технологий ликвидации открытых фонтанов на сероводородосодержащих месторождениях в ряде случаев оказывается неприемлемым по причине неприемлемости уровней опасностей, обусловленных высокой токсичностью сероводорода и сопутствующих вредных веществ» (1, с.35).
«… как показали результаты экспериментальных исследований, неуправляемые выбросы из скважин на сероводородосодержащих месторождениях представляют серьезную опасность для персонала, населения и окружающей природной среды» (1, с.45).
Установлено, что эффективным методом защиты персонала, населения и окружающей природной среды является зажигание выброса и поддержание его устойчивого горения на весь период аварийных работ, обеспечивающее снижение приземных концентраций вредных веществ вследствие их конвекционного подъема и рассеивания в атмосфере.
Известна конструкция «Установка для наведения шарового крана на устье фонтанирующей скважины» (2), состоящая из основания в виде несущей рамы с закрепленным на ней узлом крепления установки к муфте в виде хомута с цапфами, которые, в свою очередь, шарнирно связаны с рамой. На раме установлены узел совмещения оси шарового крана с осью бурильной колонны и механизм вращения и осевого перемещения шарового крана. Узел совмещения осей шарового крана с бурильной колонной содержит систему соединенных между собой шарниров, параллельно установленных рычагов и тяг для связи хомута с рамой. Рычаги и тяги связаны с рамой с помощью соответствующих осей. Гидроприводы (2 шт.) размещены между рычагами и одним концом связаны с шарнирами, а другим - с хомутом через свои оси. Оси гидроприводов расположены выше осей рычагов. Механизм вращения и перемещения шарового крана включает соединенный с рамой кожух с крышкой. В кожухе установлен во втулке шпиндель, жестко связанный резьбой с шаровым краном. На наружной поверхности шпинделя имеется резьба, ответная внутренней резьбе втулки и имеющая шаг, равный шагу резьбы муфты бурильной трубы и шарового крана. Над втулкой установлен амортизатор. Привод через червячный редуктор и водило приводит во вращение шпиндель. Втулка установлена в крышке с гарантированным зазором.
Вышеописанная установка имеет следующие недостатки:
- габариты и масса установки не позволяют, при отсутствии электроснабжения на буровой в условиях фонтанирования, производить ее доставку на рабочую площадку и производить монтаж на муфту замкового соединения без применения дополнительных грузоподъемных механизмов, размещение которых, в условиях ее ограниченного пространства, нередко оказывается затруднительным, вследствие чего работы по монтажу и демонтажу установки требуют неоправданно значительных затрат времени, а также присутствия на рабочей площадке, как правило, трех и более непосредственных исполнителей;
- в условиях фонтанирования скважины с содержанием сероводорода принудительное воспламенение фонтанирующей среды обуславливает повышенную степень опасности для жизни непосредственных исполнителей из оперативного персонала при проведении работ по монтажу устройства на бурильной колонне.
Целью настоящего изобретения является обеспечение безопасности оперативного персонала при производстве работ по ликвидации фонтанирования из бурильной колонны скважинной среды с содержанием сероводорода после зажигания выброса и поддержания его устойчивого горения на весь период выполнения аварийных работ.
Поставленная цель достигается устройством гидроприводным для наворота крана шарового на устье фонтанирующей скважины УГНКШ, содержащим хомут разъемный для фиксации устройства на муфте фонтанирующей трубы, связанную с ним траверсу с гидроцилиндром, гидромотор с узлом ввода в зацепление приводной шестерни, механизм вращения, винт с навернутым на него краном шаровым и установленной отводной трубой, отличающимся тем, что с целью обеспечения безопасности работающего персонала за счет отвода зоны горения скважинной среды на время выполнения монтажных работ по приведению устройства в рабочее состояние оно снабжено механизмом наведения на фонтанирующую струю отводной трубы, выполненным в виде хомута разъемного с сухарями, охватывающими наружный диаметр бурильной колонны, к которому посредством пальцев закреплена траверса с гидроцилиндром, имеющая возможность перемещаться из горизонтального положения в вертикальное за счет поворота вокруг оси крепления к корпусу хомута, причем на траверсе установлена отводная труба, имеющая возможность перемещаться вдоль нее, за счет выполненных в узлах крепления трубы пазов, с целью регулирования величины расстояния ее торца до наружной поверхности муфты бурильной колонны для установления, по закрепленному на траверсе нониусу, величины радиуса поворота, обеспечивающей беззазорное совмещение торцов муфты бурильной колонны и отводной трубы после принятия последней вертикального положения.
Существенным фактором повышения безопасности персонала является сокращение времени их пребывания в зоне проведения работ в экстремальных условиях. С этой целью конструкция устройства выполнена в виде отдельных модулей, что позволяет производить монтажные работы по его сборке и приведению в рабочее состояние в минимальные сроки.
На фиг. 1 показан вид устройства в сборе перед заворотом крана шарового в муфту; на фиг. 2 - механизм наведения отводной трубы на торец муфты бурильной колонны; на фиг. 3 - хомут разъемный; на фиг. 4 -траверса с гидроцилиндром; на фиг. 5 - гидромотор с узлом ввода в зацепление приводной шестерни; на фиг. 6 - механизм вращения; на фиг. 7 - винт с навернутым на него краном шаровым и установленной отводной трубой.
Устройство гидроприводное для наворота крана шарового на устье фонтанирующей скважины УГНКШ (фиг.1) содержит хомут разъемный 1 (фиг. 3) с двумя откидными болтами 2 с гайками 3 и оснащенный сухарями, охватывающими по наружному диаметру муфту бурильной трубы. К хомуту посредством пальцев 4 крепится траверса 5 (фиг. 4), в которую интегрирован узел крепления гидромотора 6. Узел крепления гидромотора имеет возможность регулировки зацепления шестерен. Между траверсой и хомутом закреплен гидроцилиндр 7, корпус которого подвижно закреплен к хомуту болтами 8, а шток к траверсе болтом 9. На траверсе установлен механизм вращения 10, в который ввернут винт 11, на который навернут кран шаровой 12 и закреплена отводная труба 13 длиной L, обеспечивающей отвод зоны воспламенения фонтанирующей струи на безопасное расстояние при ее вертикальном положении.
Механизм наведения отводной трубы на торец муфты бурильной колонны (фиг. 2) состоит из аналогичных по конструкции по фиг. 1 хомута разъемного 14 с сухарями, охватывающими наружный диаметр бурильной колонны, и траверсы 15 с гидроцилиндром 16. К траверсе посредством двух кронштейнов 17 болтами 18 крепится отводная труба 19 длиной L1, обеспечивающей отвод зоны воспламенения фонтанирующей струи на безопасное расстояние при ее вертикальном положении. Труба имеет возможность перемещаться вдоль траверсы за счет пазов в узлах крепления 20 с целью регулирования по нониусу А расстояния h для установления величины радиуса поворота R, обеспечивающей совмещение торцов муфты бурильной колонны и отводной трубы после принятия последней вертикального положения.
Траверса (фиг. 4) имеет кронштейн 21 для крепления на ней механизма вращения 10 (фиг. 6), который фиксируется на ней дополнительно двумя болтами 22. К кронштейну 23 болтами 24 посредством планки 25 (фиг. 5) крепится гидромотор 6, с ведущей шестерней 26 которого находится постоянно в зацеплении шестерня 27. После крепления гидромотора к траверсе имеется возможность его вертикального перемещения вдоль боковых направляющих кронштейна 23 посредством винта 28 до ввода в зацепление шестерни 27 с валом зубчатым механизма вращения.
Механизм вращения 10 (фиг. 6) состоит из корпуса 29, в котором размещены: вал зубчатый 30 с внутренними шпоночными пазами, центратор 31, гайка 32 с внутренними шпоночными пазами, демпфером 33 и гайкой 34. Для предотвращения проворачивания гайки 32, между ней и гайкой 34 установлена шпонка (на фиг. 6 не показана). Гайка 34 законтрена в корпусе 29 винтом 35. Вал зубчатый 30 приводится во вращение от шестерни 26, установленной на гидромоторе 6, через паразитную шестерню 27. Регулировка зацепления шестерен (межосевое расстояние) обеспечивается винтом 28. Шаг резьбы гайки 32 равен шагу замковой резьбы в муфте бурильной трубы.
Винт 11 (фиг. 7) имеет замковую резьбу Б, сопрягаемую с резьбой крана шарового, и наружную цилиндрическую резьбу В, диаметром и шагом сопрягаемыми с резьбой гайки 32. К свободному торцу винта крепится отводная труба длиной L.
Работа с устройством гидроприводным для наворота крана шарового на устье фонтанирующей скважины УГНКШ производится в следующем порядке.
На бурильную колонну монтируется механизм наведения отводной трубы (фиг. 2): с упором в нижний торец муфты устанавливается хомут 14, затем на него крепится траверса 15 с гидроцилиндром, после чего на нее устанавливается отводная труба 19. По нониусу А трубу располагают и крепят на необходимое (в зависимости от размеров муфты бурильной колонны) расстояние h, к гидроцилиндру от гидравлической насосной станции подсоединяют напорные рукава и подачей под давлением рабочей жидкости в штоковую полость переводят траверсу из горизонтального положения в вертикальное (фиг. 1). Убедившись в отсутствии перетоков скважинной среды через стык отводной трубы и муфты, переходят к сборке устройства.
На муфту бурильной колонны (фиг. 1), вровень с ее верхним торцом, устанавливают хомут 1 (фиг. 3), затем последовательно траверсу 5 с гидроцилиндром 7 (фиг. 4), гидромотор 6 (фиг. 5) и механизм вращения 10 (фиг. 6). Со стороны гайки 34 вводят винт 11 (фиг. 7) с предварительно навинченным на него краном шаровым 12 и установленными шпонками 35 до контакта резьб на винте 11 с гайкой 32, таким образом, чтобы шпонки 35 прошли через ее шпоночные пазы и вошли в шпоночные пазы вала зубчатого 30, после чего вворачивают винт И в гайку 32 на два-три оборота. Затем, устанавив и закрепив отводную трубу 13, винтом 28 (фиг. 5) вводят в зацепление шестерню 27 с валом зубчатым 30.
Подачей рабочего давления в штоковую полость гидроцилиндра 16 механизма наведения отводной трубы (фиг. 2) осуществляют ее возврат в начальное (горизонтальное) положение, после чего подачей рабочего давления в поршневую полость гидроцилиндра 7 (фиг. 1) осуществляют наведение устройства в створ фонтанирующего устья. Далее подав рабочее давление в гидромотор, приводят во вращение и поступательное движение винт специальный с краном шаровым. После полного наворота крана шарового в муфту бурильной трубы рабочее давление с гидромотора сбрасывается, а кран шаровой докрепляется к муфте буровым ключом. Реверсным вращением вала гидромотора выворачивают винт специальный из крана шарового, подачей рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра возвращают траверсу в начальное горизонтальное положение и приступают к разборке устройства.
Источники информации
1. Яковенко Н.А. «Разработка методов обеспечения промышленной безопасности при профилактике и ликвидации открытых газовых фонтанов», ВАК РФ 05.26.04, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 2000 г.
2. Авторское свидетельство Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР №1618864, 15.08.1988.