ПРИЦЕП С МАНИФОЛЬДОМ С НЕСКОЛЬКИМИ ШАРНИРНЫМИ КОМПОНОВКАМИ ОТВОДОВ
TRAILER WITH MANIFOLD AND MULTIPLE ARTICULATED ARM ASSEMBLIES

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на создание прицепа с манифольдом для соединения множества насосных блоков с основной линией, в свою очередь соединяющейся с оборудованием устья скважины или т.п. Конкретнее, изобретение направлено на создание прицепа с манифольдом, который содержит множество компоновок шарнирно-сочлененных отводов, каждая из которых соединяется с основной линией и может выдвигаться для соединения с соответствующими насосными блоками.
Насосные блоки высокого давления для текущего и капитального ремонта скважин (ТКРС) обычно используются в нефтегазодобывающей промышленности для нагнетания различных текучих сред в нефтяные или газовые скважины во время конкретных работ ТКРС. Например, во время гидравлического разрыва пласта такие насосные блоки используют для нагнетания содержащей твердые частицы суспензии в скважину для гидроразрыва несущего углеводороды пласта и получения при этом каналов в пласте, через которые нефть или газ могут проходить.
Обычные гидравлические разрывы пласта требуют использования нескольких насосных блоков, работающих в унисон для нагнетания большого объема суспензии в скважину. Насосные блоки устанавливают на соответствующих грузовиках или прицепах, которые ставят вблизи друг от друга, и компоновка выпускного трубопровода каждого насосного блока соединяется с так называемой основной линией сборного манифольда, которая размещается на отдельном прицепе с манифольдом.
Соединение между каждым насосным блоком и основной линией обычно выполняют с использованием временной подающей линии, содержащей набор отдельных и предварительно собранных труб и вертлюжных звеньев, которые скрепляются вместе с помощью хомутов или соединительных устройств. Компоненты подающей линии загружаются на грузовик или прицеп в компактных конфигурациях, и когда грузовик или прицеп прибывает на площадку работ, компоненты должны быть распакованы и собраны для проведения подающей линии к основной линии. Естественно данная работа является затратной по времени, в особенности когда несколько насосных блоков должны соединяться с основной линией.
Также для создания адекватной поддержки подающей линии общепринятой является прокладка подающей линии от грузовика или прицепа по грунту и затем с грунта в сборный манифольд. Такая прокладка требует скрепления каждой подающей линии с помощью нескольких вертлюжных звеньев содержащих несколько вертлюжных соединений. Кроме того, части подающей линии, которые опираются на грунт, могут испытывать неприемлемый износ, сокращающий срок службы данных компонентов. Кроме того, многочисленные компоненты множества подающих линий создают стесненные условия и загромождают зону между насосными блоками и прицепом с манифольдом, что может нарушать технику безопасности для персонала, монтирующего подающие линии.
Кроме того, каждая подающая линия обычно соединяется с штуцером для создания перепада давления в текучей среде, проходящей через подающую линию и уменьшения пульсаций давления в основной линии в результате работы насосных блоков. Штуцер обычно включает в себя штуцерную вставку с фиксированным проходным отверстием, которая установлена в штуцерном кожухе. Штуцерный кожух в нормальных условиях соединяется с изолирующим клапаном, который в свою очередь соединяется с основной линией. Таким образом, если штуцерная вставка требует замены, штуцерный кожух должен обычно отсоединяться как от подающей линии, так и от изолирующего клапана. Также создание требуемого перепада давления на одиночном штуцере обычно приводит к значительной эрозии в изолирующем клапане.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению проблемы указанных и других ограничений известной техники решаются созданием прицепа с манифольдом, который содержит по меньшей мере одну основную линию, имеющую некоторое количество выпускных соединительных патрубков и множество компоновок шарнирно-сочлененных отводов, каждая из которых соединяется с соответствующим выпускным соединительным патрубком. Каждая компоновка отводов содержит соединительный элемент, который включает в себя по меньшей мере впускное окно, выпускное окно и третье окно, которое располагается в общем противоположно выпускному окну и закрывается съемным пробковым элементом; компоновку шарнирно-сочлененного трубопровода, которая содержит первый конец, который соединяется с впускным окном; и вертлюг стойки, который соединяется с впускным окном. Во время развертывания компоновки отводов второй конец компоновки трубопровода соединяется с насосным блоком для гидравлического соединения насосного блока с основной линией.
Согласно одному варианту осуществления изобретения третье окно устанавливается по вертикали над впускным и выпускным окнами. В данном варианте осуществления третье окно может устанавливаться по вертикали над компоновкой трубопровода, когда второй конец соединяется с насосным блоком.
Согласно другому варианту осуществления изобретения каждая компоновка отводов также содержит штуцерную вставку, которая устанавливается в выпускное окно и может удаляться через третье окно. Штуцерная вставка может устанавливаться в раззенкованном отверстии, выполненном в выпускном окне. Альтернативно, штуцерная вставка может опираться на узел уплотнения, который устанавливается между соединительным элементом и вертлюгом стойки. В данном варианте осуществления узел уплотнения содержит вкладыш, который выступает радиально в выпускное окно и на который опирается штуцерная вставка.
Согласно другому варианту осуществления изобретения штуцерная вставка проходит через третье окно к пробковому элементу. Штуцерная вставка может включать в себя поперечный тяговый стержень, который расположен вблизи пробкового элемента. Альтернативно, штуцерная вставка может соединяться с пробковым элементом.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения штуцерная вставка может включать в себя по меньшей мере одно впускное отверстие, и компоновка отводов может содержать средство совмещения впускного отверстия с впускным окном. Совмещающее средство может содержать центровочный штифт, который размещается в противоположных отверстиях в пробковом элементе и соединительном элементе, когда впускное отверстие совмещается с впускным окном. Альтернативно, соединительный элемент может содержать четвертое окно, которое расположено в общем противоположно впускному окну, и совмещающее средство, может содержать центровочный штифт, который устанавливается в четвертом окне и который включает в себя аксиальный выступ, размещающийся в соответствующем отверстии в штуцерной вставке, когда впускное отверстие совмещается с впускным окном.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения пробковый элемент содержит глухую гайку, и штуцерная вставка содержит радиальный фланец, который захватывается между глухой гайкой и смежным участком соединительного элемента для закрепления при этом штуцерной вставки в соединительном элементе. В данном варианте осуществления компоновка отводов может содержать первое уплотнение, которое устанавливается между фланцем и глухой гайкой, и второе уплотнение, которое устанавливается между фланцем и смежным участком соединительного элемента. В альтернативном варианте осуществления пробковый элемент содержит глухую пробку, которая проходит в штуцерную вставку и скрепляется с соединительным элементом гайкой.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения соединительный элемент содержит четвертое окно, которое расположено в общем противоположно впускному окну и закрывается съемным пробковым элементом. В данном варианте осуществления соединительный элемент может быть выполнен в такой конфигурации, что каждое, впускное окно и четвертое окно соединяется с компоновкой трубопровода. В дополнение, компоновка отводов может содержать штуцерную вставку, которая устанавливается во впускном окне и может удаляться через четвертое окно.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения штуцерная вставка включает в себя проходное отверстие штуцера которое имеет диаметр выходного отверстия на конце проходного отверстия штуцера смежного с вертлюгом стойки; вертлюг стойки включает в себя вставную часть вертлюга, которая содержит канал вставной части вертлюга, и охватывающую часть вертлюга, которая содержит канал охватывающей части вертлюга; и диаметр по меньшей мере одного канала вставной части вертлюга и канала охватывающей части вертлюга увеличивается от первого диаметра, приблизительно равного диаметру выходного отверстия, до второго большего диаметра для создания в результате перепада давления в текучей среде, проходящей через вертлюг стойки.
Согласно другому варианту осуществления изобретения штуцерная вставка включает в себя проходное отверстие штуцера, которое имеет диаметр выходного отверстия на конце проходного отверстия штуцера смежного с вертлюгом стойки; вертлюг стойки включает в себя вставную часть вертлюга, которая содержит канал вставной части вертлюга, и охватывающую часть вертлюга, которая содержит канал охватывающей части вертлюга; охватывающая часть вертлюга расположена смежно с штуцерной вставкой; диаметр канала охватывающей части вертлюга увеличивается от первого диаметра, приблизительно равного диаметру выходного отверстия до второго большего диаметра; и диаметр канала вставной части вертлюга приблизительно равен второму диаметру.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, штуцерная вставка включает в себя проходное отверстие штуцера которое имеет диаметр выходного отверстия на конце проходного отверстия штуцера смежного с вертлюгом стойки; вертлюг стойки включает в себя вставную часть вертлюга, которая содержит канал вставной части вертлюга, и охватывающую часть вертлюга, которая содержит канал охватывающей части вертлюга; охватывающая часть вертлюга расположена смежно с штуцерной вставкой; диаметр канала охватывающей части вертлюга приблизительно равный диаметру выходного отверстия; и диаметр канала вставной части вертлюга увеличивается от первого диаметра, приблизительно равного диаметру выходного отверстия до второго большего диаметра.
Согласно другому варианту осуществления изобретения вертлюг стойки соединяется с изолирующим клапаном, который в свою очередь соединяется с выпускным соединительным патрубком. В дополнение, штуцерная вставка включает в себя проходное отверстие штуцера которое имеет диаметр выходного отверстия на конце проходного отверстия штуцера смежного с вертлюгом стойки; вертлюг стойки включает в себя вставную часть вертлюга, которая содержит канал вставной части вертлюга, и охватывающую часть вертлюга, которая содержит канал охватывающей части вертлюга; диаметр канала вставной части вертлюга приблизительно равный диаметру выходного отверстия; диаметр канала охватывающей части вертлюга приблизительно равный диаметру выходного отверстия; и изолирующий клапан включает в себя канал клапана, который имеет диаметр, увеличивающийся от первого диаметра, приблизительно равного диаметру выходного отверстия до второго большего диаметра.
Согласно другому варианту осуществления изобретения штуцерная вставка включает в себя проходное отверстие штуцера, которое имеет диаметр выходного отверстия на конце проходного отверстия штуцера смежного с вертлюгом стойки; изолирующий клапан включает в себя канал клапана и закрывающий элемент, который устанавливается поперек канала клапана; канал клапана имеет диаметр, который больше диаметра выходного отверстия; и закрывающий элемент включает в себя канал закрывающего элемента, который содержит проходное отверстие, имеющее диаметр, который приблизительно равен диаметру выходного отверстия.
Настоящее изобретение описано со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах одинаковые позиции ссылки можно использовать для указания аналогичных компонентов в различных вариантах осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1A показан вид сбоку примера варианта осуществления прицепа с манифольдом настоящего изобретения;
На Фиг.1B показан вид сверху прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.2 показан изометрический вид одного варианта осуществления компоновки шарнирно-сочлененных отводов, подходящей для использования, как часть прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.3 показано сечение компоновки шарнирно-сочлененных отводов Фиг.2, установленного на T-образный соединитель;
На Фиг.3A показан с увеличением фрагмент сечения варианта осуществления компонента узла уплотнения компоновки шарнирно-сочлененных отводов Фиг.3;
Фиг.4 показано сечение варианта осуществления устройства уплотнения вертлюга стойки, подходящего для использования в компоновке шарнирно-сочлененных отводов Фиг.3;
На Фиг.5 показано сечение другого варианта осуществления устройства уплотнения вертлюга стойки, подходящего для использования в компоновке шарнирно-сочлененных отводов Фиг.3;
Фиг.6 показано сечение второго варианта осуществления компоновки шарнирно-сочлененных отводов, подходящего для использования как части прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.7 показано сечение третьего варианта осуществления компоновки шарнирно-сочлененных отводов, подходящего для использования, как части прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.7A показан с увеличением фрагмент сечения варианта осуществления компонента узла уплотнения компоновки шарнирно-cочлененных отводов Фиг.7;
На Фиг.8 показано сечение другого варианта осуществления компоновки шарнирно-сочлененных отводов, подходящего для использования как части прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.9 показано сечение еще одного варианта осуществления компоновки шарнирно-сочлененных отводов, подходящего для использования, как часть прицепа с манифольдом Фиг.1;
На Фиг.10-18 показаны сечения крестообразного компонента соединителя компоновки шарнирно-сочлененных отводов настоящего изобретения для альтернативных вариантов осуществления для установки и ориентирования компонента штуцерной вставки изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Прицеп с манифольдом согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения показан на Фиг.1A и 1B. Прицеп с манифольдом, в целом показанный позицией 10, можно использовать в нефтегазодобывающей промышленности для выполнения работ ТКРС. Например, в гидравлическом разрыве пласта в скважине прицеп 10 с манифольдом можно использовать для нагнетания суспензии в ствол скважины для гидроразрыва несущего углеводороды пласта и при этом получения каналов, через которые нефть или газ могут проходить. При таких работах прицеп 10 с манифольдом соединяет источник суспензии с некоторым числом насосных блоков высокого давления и соединяет насосные блоки высокого давления с оборудованием устья скважины, установленным сверху ствола скважины. Таким образом, прицеп с манифольдом исключает необходимость создания отдельных соединений между источником суспензии и каждым насосным блоком высокого давления и между каждым насосным блоком высокого давления и оборудованием устья скважины.
Как показано на Фиг.1A и 1B, прицеп 10 с манифольдом содержит раму 12, которая опирается на несколько колес 14, обеспечивающих перевозку тягачом прицепа с манифольдом между различными площадками. Впускная компоновка 16 манифольда опирается на раму 12 и включает в себя одну или несколько (например, две показанных на Фиг.1B) проходящих продольно впускных трубы 18, которые гидравлически соединяются на своих смежных концах поперечными концевыми трубами 20. Каждая концевая труба 20 включает в себя множество впускных соединительных патрубков 22, которые соединяются с источником суспензии, таким как смесительная установка или емкость хранения (не показано), соответствующими трубопроводами (не показано). В дополнение, каждая впускная труба 18 включает в себя множество всасывающих соединительных патрубков 24, каждый из которых соединяется со стороной всасывания соответствующего насосного блока высокого давления (не показано) соответствующим трубопроводом. Таким образом, впускная компоновка 16 манифольда соединяет источник суспензии с каждым из насосных блоков высокого давления.
Как показано на Фиг.1A и 1B, прицеп 10 с манифольдом также включает в себя одну или несколько (например, две показаны на Фиг.1B) проходящих продольно основных труб или линий 26. Один конец каждой основной линии 26 закрыт крышкой или пробкой 28, а другой конец снабжен одним или несколькими нагнетательными соединительными патрубками 30, каждый из которых соединяется с соответствующим оборудованием устья скважины (не показано) соответствующим трубопроводом (не показано). Каждая основная линия 26 содержит множество прямых трубных секций и если необходимо колен (не показано), которые соединяются вместе соединительными тройниками 32. Ветвь каждого соединительного тройника 32 образует выпускной соединительный патрубок 34, который соединяется с напорной стороной соответствующего насосного блока высокого давления средством, которое описано ниже. В являющемся примером варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1, каждая основная линия 26 содержит пять соединительных тройников 32 и следовательно пять выпускных соединительных патрубков 34. В результате, каждая основная линия 26 выполнена с возможностью соединения до пяти насосных блоков высокого давления с соответствующим оборудованием устья скважины.
Согласно настоящему изобретению несколько или все из выпускных соединительных патрубков 34 соединяются с соответствующими насосными блоками высокого давления соответствующими компоновками 36 шарнирно-сочлененных отводов. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.1A и 1B, в котором каждая из двух основных линий 26 снабжена пятью выпускными соединительными патрубками 34, прицеп 10 с манифольдом может содержать десять компоновок 36 отводов, каждая из которых соединяет соответствующий выпускной соединительный патрубок с напорной стороной соответствующего насосного блока высокого давления.
Как показано на Фиг.2 и 3, каждая компоновка 36 отводов включает в себя вертлюг 38 стойки, который соединяется с изолирующим клапаном 40, который в свою очередь соединяется с соединительными тройником 32, соединительный элемент, такой как соединительная крестовина 42 с четырьмя окнами, которая соединяется с верхом вертлюга стойки, и компоновка шарнирно-сочлененного трубопровода, которая соединяется с соединительной крестовиной. Компоновка трубопровода включает в себя в общем горизонтальный внутренний отвод 44 который соединяется с соединительной крестовиной, первое вертлюжное звено 46, которое соединяется с дальним концом внутреннего отвода, наружный отвод 48, который соединяется с дальним концом первого вертлюжного звена, второе вертлюжное звено 50, которое соединяется с дальним концом наружного отвода, и концевое соединительное устройство 52, которое соединяется с дальним концом второго вертлюжного звена.
Как лучше всего показано на Фиг.3, изолирующий клапан 40 может представлять собой стандартный пробковый клапан, который включает в себя корпус 54 клапана, через который проходит проходное отверстие 56 клапана, закрывающий элемент в форме пробкового элемента 58, который включает в себя проходное отверстие 60 пробки, которое совмещается проходным отверстием клапана, когда изолирующий клапан находится в открытом положении, вращающийся шпиндель 62, который соединяется с пробковым элементом, и исполнительный механизм 64, который соединяется с корпусом клапана поверх шпинделя. Альтернативно, ручной маховик или другое устройство ручного управления (не показано) может соединяться со шпинделем вместо исполнительного механизма 64. В работе исполнительный механизм 64 вращает шпиндель 62, при этом перемещая пробковый элемент 58 между открытым положением, показанным на Фиг.3, и закрытым положением в котором проходное отверстие 60 пробки смещено от проходного отверстия 56 клапана. Подходящим изолирующим клапаном 40 для использования в настоящем изобретении является пробковый клапан Model 3 inch 15 kULT производства FMC Technologies, Inc., Houston, Texas.
Как также показано на Фиг.3, вертлюг 38 стойки содержит вставную часть 66 вертлюга, через которую проходит канал 68 вставной части, и охватывающую часть 70 вертлюга через которую проходит канал 72 охватывающей части. Вставная часть 66 вертлюга размещается в охватывающей части 70 вертлюга и соединяется с ней обычным способом, обеспечивающим вращение, например, с помощью множества шариков 74. По меньшей мере один основной уплотнительный элемент 76 устанавливается между вставной частью 66 вертлюга и охватывающей частью 70 вертлюга для создания непрерывного герметичного пути потока между каналом 68 вставной части вертлюга и каналом 72 охватывающей части вертлюга.
Как также показано на Фиг.4, основной уплотнительный элемент 76, установленный в кольцевом пазу 78 уплотнения, выполненном в охватывающей части 70 вертлюга, может представлять собой кольцевое уплотнение 80 с плоскими поверхностями, имеющее в общем прямоугольное или слегка трапецеидальное сечение, и кольцо 82 противовыдавливания, которое устанавливается в углу кольцевого уплотнения. Кольцевое уплотнение 80 и кольцо 82 противовыдавливания можно выполнять из любых подходящих материалов, таких как нитриловый эластомер и латунь, соответственно. Примером основного уплотнительного элемента 76, подходящего для использования в вертлюге 38 стойки, является уплотнение Triple Step Instream производства FMC Technologies, Inc.
Как также показано на Фиг.4, в дополнение к первому основному уплотнительному элементу 76 вертлюг 38 стойки может снабжаться вторым основным уплотнительным элементом 84. Второй основной уплотнительный элемент 84, который может иметь конструкцию аналогичную первому основному уплотнительному элементу 76, устанавливается между вставной частью 66 вертлюга и охватывающей частью 70 вертлюга ниже по потоку от первого основного уплотнительного элемента (где термин "ниже по потоку" соответствует пути возможной протечки из каналов 68, 72 вставной и охватывающей частей вертлюга 38 стойки наружу). Как показано на Фиг.4, второй основной уплотнительный элемент 84 может располагаться в кольцевом пазу 86 уплотнения, который выполнен в охватывающей части 70 вертлюга. Альтернативно, второй основной уплотнительный элемент 84 может, как показано на Фиг.5 устанавливаться в кольцевом пазу 86’ уплотнения который выполнен во вставной части 66 вертлюга.
Второй основной уплотнительный элемент 84 в идеале имеет одинаковое или аналогичное расчетное давление с первым основным уплотнительным элементом 76. Соответственно, второй основной уплотнительный элемент 84 должен обеспечивать вертлюгу 38 стойки сохранение рабочего состояния в условиях нормальной эксплуатации, даже если в первом основном уплотнительном элементе 76 развивается протечка. В данном случае оператор может осуществлять мониторинг герметичности первого основного уплотнительного элемента 76 и, если обнаруживается протечка, продолжать эксплуатацию компоновки 36 отводов до обнаружения протечки во втором основном уплотнительном элементе 84. Таким образом, при использовании первого основного уплотнения 76 и второго основного уплотнения 84 их показатели работы лучше, чем у используемых в известной технике основного уплотнения и вспомогательного или резервного уплотнения, поскольку в последнем устройстве вспомогательное уплотнение в нормальных условиях выполнено с возможностью удерживать давление только временно до получения возможности вывода из эксплуатации вертлюга стойки, если обнаруживается протечка в основном уплотнении.
Мониторинг герметичности первого основного уплотнительного элемента 76 можно осуществлять через первое окно 88 обнаружения протечки, которое проходит к точке между первым и вторым основными уплотнительными элементами 76, 84. Аналогично, мониторинг герметичности второго основного уплотнительного элемента 84 можно осуществлять через второе окно 90 обнаружения протечки, которое проходит к точке между вторым основным уплотнительным элементом 84 и шариками 74. Второе окно 90 обнаружения протечки можно также использовать для нагнетания ингибитора коррозии на второй основной уплотнительный элемент 84. Также на Фиг.4 показано некоторое количество обычных компонентов вертлюга, включающих в себя окно 94 инжектирования смазки, которое закрывается винтом с головкой под ключ 96, верхнее уплотнение 98 консистентной смазки, нижнее уплотнение 100 консистентной смазки и окно 102 установки шариков.
Как также показано на Фиг.3, соединительная крестовина 42 может соединяться с внутренним отводом 44, и внутренний отвод может соединяться с первым вертлюжным звеном 46 подходящими первыми соединительными устройствами 104. Также первое вертлюжное звено 46 может соединяться с наружным отводом 48, и наружный отвод может соединяться со вторым вертлюжным звеном 50 подходящими вторыми соединительными устройствами 106. В дополнение, соединительная крестовина 42 может соединяться с охватывающей частью 70 вертлюга третьим соединительным устройством 108, вставная часть 66 вертлюга может соединяться с изолирующим клапаном 40 четвертым соединительным устройством 110, и изолирующий клапан может соединяться с выпускным соединительным патрубком 34 (который в данном варианте образуется ветвью соединительного тройника 32) пятым соединительным устройством 112. Каждое из соединительных устройств 104 и 108-112 может представлять собой, например, обычный хомутовый соединитель, а вторые соединительные устройства 106 могут представлять собой, например, быстроразъемные соединения (БРС).
Как также показано на Фиг.3, внутренний отвод 44 уплотняется к соединительной крестовине 42 первым узлом 114 уплотнения, соединительная крестовина уплотняется к охватывающей части 70 вертлюга вторым узлом 116 уплотнения, вставная часть 66 вертлюга уплотняется к изолирующему клапану 40 третьим узлом 118 уплотнения, и изолирующий клапан уплотняется к выпускному соединительному патрубку 34 (т.е. ветви соединительного тройника 32) четвертым узлом 120 уплотнения. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.3, узлы 114-120 и 148 уплотнения на местах хомутов являются идентичными. Поэтому, данные узлы уплотнения можно описать со ссылкой на Фиг.3A, на которой показан с увеличением второй узел 116 уплотнения. Как показано на Фиг.3A, второй узел 116 уплотнения содержит вкладыш 122, имеющий в общем прямоугольное сечение, первое кольцевое уплотнение 124, которое устанавливается между вкладышем и углубленным пазом 126 уплотнения, который выполнен в соединительной крестовине 42, и второе кольцевое уплотнение 128, которое устанавливается между вкладышем и углубленным пазом 130 уплотнения, который выполнен в охватывающей части 70 вертлюга. Первое и второе кольцевые уплотнения 124, 28 могут представлять собой кольцевые уплотнения с плоскими поверхностями аналогичные уплотнительному элементу 76, описанному выше. Вкладыш 122 может быть выполнен из любого подходящего материала, такого как стальной сплав.
Как также показано на Фиг.3, соединительная крестовина 42 включает в себя впускное окно 132, которое гидравлически соединяется с внутренним отводом 44, выпускное окно 134, которое гидравлически соединяется с каналом 72 охватывающей части вертлюга, верхнее окно 136 и боковое окно 138. Верхнее окно 136 закрывается верхней пробкой 140, которая скрепляется с соединительной крестовиной 42, например, накидной крыльчатой гайкой 142 быстроразъемного соединения (БРС). Согласно настоящему изобретению верхнее окно 136 расположено по вертикали над впускным окном 132, внутренним отводом 44, первым вертлюжным звеном 46, наружным отводом 48 и вторым вертлюжным звеном 50. В результате, верхнее окно 136 обеспечивает самую высокую точку доступа к каналу подачи, проходящему через компоновку 36 отводов. Таким образом, когда в компоновке 36 отводов нагнетается давление, например, во время испытаний гидростатическим давлением, верхнюю пробку 140 можно открывать для стравливания любого воздуха, который может быть захвачен в компоновку отводов. В дополнение, верхнее окно 136 обеспечивает доступ для установки штуцерной вставки в выпускном окне 134, при этом не требуется отсоединять соединительную крестовину 42 от внутреннего отвода 44 или вертлюга 38 стойки.
Боковое окно 138 закрывается боковой пробкой 144, которая скрепляется с соединительной крестовиной 42, например, хомутовым соединительным устройством 146 и уплотняется к соединительной крестовине узлом 148 уплотнения бокового окна. Согласно настоящему изобретению боковое окно 138 может функционировать, например, как смотровое окно, окно заливки насоса, люк доступа для вставки горизонтального штуцера и/или камеры демпфирования потока.
Также в одном варианте осуществления изобретения соединительная крестовина 42 в идеале выполняется в такой конфигурации, что одинаковые или аналогичные соединительные устройства можно использовать для соединительных устройств 104, 146, и одинаковые или аналогичные узлы уплотнения можно использовать для узлов 114, 148 уплотнения. Указанное должно обеспечивать такое ориентирование соединительной крестовины 42, что впускное окно 132 или боковое окно 38 соединяется с внутренним отводом 44. В данном способе, в случае, если впускное окно 132 достигает своего предела эрозии, соединительную крестовину 42 можно переставить, соединения в боковое окно 138 с внутренним отводом 44 для продления по существу срока службы соединительной крестовины.
Второй вариант осуществления компоновки отводов настоящего изобретения показан на Фиг.6. Компоновка отводов данного варианта осуществления, в целом показанная позицией 150, является аналогичной во многих отношениях компоновке 36 отводов, описанной выше. Поэтому только признаки компоновки 150 отводов, которые отличаются от признаков компоновки 36 отводов, описаны ниже.
Как показано на Фиг.6, компоновка 150 отводов содержит штуцерную вставку 152 с фиксированным сечением проходного отверстия, которая устанавливается в раззенкованном отверстии 154, выполненном в выпускном окне 134 соединительной крестовины 42, и содержит проходное отверстие 156, которое сообщается с впускным отверстием 132. Штуцерная вставка 152 может удерживаться в нужном положении в раззенкованном отверстии 154 любым подходящим средством, таким как упорное кольцо 158, которое размещается в соответствующем пазу, выполненном в раззенкованном отверстии над штуцерной вставкой. Штуцерную вставку 152 можно снимать и заменять через верхнее окно 136 соединительной крестовины 42, просто сняв верхнюю пробку 140. Поэтому отсоединение соединительной крестовины 42 от вертлюга 38 стойки и/или внутреннего отвода 44 не требуется для замены штуцерной вставки 152.
Как известно в технике, штуцерная вставка 152 действует, уменьшая давление текучей среды, проходящей через компоновку 150 отводов, и демпфируя пульсации давления в основной линии 26. Вместе с тем реализация требуемого перепада давления на единственной штуцерной вставке 152 может давать в результате высокий уровень эрозии на участках компоновки 150 отводов, расположенных ниже по потоку от штуцерной вставки.
Согласно настоящему изобретению вертлюг 38 стойки выполнен с возможностью получения дополнительного перепада давления ниже по потоку от штуцерной вставки 152. В результате в данном устройстве можно использовать проходное отверстие увеличенного сечения штуцерной вставки 152, и эрозию, обусловленную значительным перепадом давления на одиночном штуцере, можно соответственно уменьшить. Как показано на Фиг.6, вертлюг 38 стойки выполнен с возможностью получения второго перепада давления с помощью уменьшения диаметра канала 72 охватывающей части вертлюга и затем постепенного увеличения диаметра канала 68 вставной части вертлюга до диаметра приблизительно одинакового с диаметром проходного отверстия 56 пробки. Например, диаметр канала 72 охватывающей части вертлюга может быть приблизительно равным диаметру проходного отверстия 156 на выходном конце штуцерной вставки 152, диаметр верхнего по потоку конца канала 68 вставной части вертлюга может быть приблизительно равным диаметру канала охватывающей части вертлюга, диаметр нижнего по потоку конца канала вставной части вертлюга может быть приблизительно равным диаметру проходного отверстия 56 клапана, и диаметр канала вставной части вертлюга может увеличиваться в общем линейно от его верхнего по потоку конца к его нижнему по потоку концу. При таком решении должен возникать требуемый перепад давления на штуцерной вставке 152 и в канале 68 вставной части вертлюга.
Третий вариант осуществления компоновки отводов настоящего изобретения показан на Фиг.7. Компоновка отводов данного варианта осуществления, в целом показанная позицией 160, содержит штуцерную вставку 162 с фиксированным сечением проходного отверстия, которая устанавливается в выпускное окно 134 соединительной крестовины 42 и включает в себя штуцерное проходное отверстие 164, которое сообщается с впускным окном 132 через несколько впускных отверстий 166. Штуцерная вставка 162 проходит приблизительно к верху верхнего окна 136 и является поэтому легко доступной при простом снятии пробки 140.
В данном варианте осуществления штуцерная вставка 162 опирается на узел 168 уплотнения, который устанавливается между соединительной крестовиной 42 и охватывающей частью 70 вертлюга и удерживается в нужном положении пробкой 140. Как показано на Фиг.7A, узел 168 уплотнения является аналогичным узлу 116 уплотнения, описанному выше, поскольку содержит вкладыш 170, первое кольцевое уплотнение 172, которое соединяется между соединительной крестовиной 42 и вкладышем, и второе кольцевое уплотнение 174, которое соединяется между охватывающей частью 70 вертлюга и вкладышем. Первое и второе кольцевые уплотнения 172, 174 могут являться аналогичными кольцевым уплотнениям 124, 128 узла 116 уплотнения, и вкладыш 170 может быть выполнен из материала одинакового с материалом вкладыша 122. В данном варианте осуществления вкладыш 170 содержит предпочтительно интегральное опорное кольцо 176, которое выступает радиально в выпускное окно 34 и при этом создает опору для низа штуцерной вставки 162.
Как и в предыдущем варианте осуществления вертлюг 38 стойки выполнен с возможностью получения второго перепада давления в текучей среде, проходящей через компоновку 160 отводов. Как показано на Фиг.7, вертлюг 38 стойки выполнен в конфигурации с уменьшением диаметра верхнего по потоку конца канала 72 охватывающей части вертлюга и затем с постепенным увеличением диаметра канала охватывающей части вертлюга до диаметра нижнего по потоку конца канала охватывающей части вертлюга, приблизительно одинакового с диаметром канала 68 вставной части вертлюга. Например, диаметр верхнего по потоку конца канала 72 охватывающей части вертлюга может быть приблизительно равным диаметру штуцерного проходного отверстия 164 на выходном конце штуцерной вставки 162, причем, диаметр нижнего по потоку конца канала 72 охватывающей части вертлюга может быть приблизительно равным диаметру канала 68 вставной части вертлюга, и диаметр канала охватывающей части вертлюга может увеличиваться в общем линейно от его верхнего по потоку конца к его нижнему по потоку концу. В данном способе требуемый перепад давления через компоновку 160 отводов должен возникать на штуцерной вставке 162 и в канале 72 охватывающей части вертлюга.
Четвертый вариант осуществления компоновки отводов настоящего изобретения показан на Фиг.8. Компоновка отводов данного варианта осуществления, в целом показанная позицией 178, содержит штуцерную вставку 180 с фиксированным сечением проходного отверстия, которая устанавливается в выпускном окне 134 соединительной крестовины 42 и включает в себя штуцерное проходное отверстие 182, которое сообщается с впускным отверстием 132 через единственное впускное отверстие 184. Штуцерная вставка 180 проходит приблизительно к верху верхнего окна 136 и включает в себя тяговый стержень 186, который проходит поперек верхнего конца участка штуцерной вставки для осуществления удаления и ориентации штуцерной вставки.
В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.8, канал 72 охватывающей части вертлюга выполнен в конфигурации, описанной выше и показанной на Фиг.7, для получения второго перепада давления в текучей среде, проходящей через компоновку 178 отводов. В дополнение, изолирующий клапан 140 выполнен с возможностью получения третьего перепада давления с помощью видоизменения канала 60 пробки для включения в состав проходного отверстия 188 пробки. Проходное отверстие 188 пробки имеет диаметр меньше диаметра канала 56 клапана. В предпочтительном варианте осуществления изобретения проходное отверстие 188 пробки имеет диаметр, приблизительно равный диаметру штуцерного проходного отверстия 182 на выходном конце штуцерной вставки 180. Таким образом, требуемый перепад давления через компоновку 178 отводов должен возникать на штуцерной вставке 180, в канале 72 охватывающей части вертлюга и пробкового элемента 58. Кроме того, перепад давления на пробковом элементе 58 должен уменьшать интенсивность эрозии пробкового элемента.
Другой вариант осуществления компоновки отводов настоящего изобретения показан на Фиг.9. Компоновка отводов данного варианта осуществления, в общем показанная позицией 190, является аналогичной компоновке 178 отводов, рассмотренной выше. Вместе с тем в данном варианте осуществления проходное отверстие 60 пробки, участок канала 56 клапана расположенный над пробковым элементом 58, канал 68 вставной части вертлюга и канал 72 охватывающей части вертлюга в идеале все имеют диаметр приблизительно одинаковый с диаметром проходного отверстия 182 штуцера на выходном конце штуцерной вставки 180. Указанное обеспечивает использование уменьшенного основного уплотнительного элемента 76 для вертлюга 38 стойки, что в свою очередь уменьшает силу гидростатического давления, действующего между вставной частью 66 вертлюга и охватывающей частью 70 вертлюга. В дополнение, второй перепад давления на компоновке 190 отводов получают с помощью увеличения диаметра участка канала 56 клапана, расположенного ниже пробкового элемента 58, для соответствия диаметру соединительного тройника 32.
Несколько альтернативных признаков описанных выше вариантов осуществления описаны ниже и показаны на Фиг.10-18.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.10 верхний конец штуцерной вставки 180 размещается в выемке 192, которая выполнена в пробке 140, и скреплен с пробкой поперечным штифтом 194. Таким образом, штуцерную вставку 180 можно удалить из соединительной крестовины 42, просто отсоединив накидную крыльчатую гайку 142 БРС и сняв пробку 140. Пробку 140 можно также снабжать окном 196 измерения давления.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.11, штуцерная вставка 180 устанавливается во впускном окне 132 соединительной крестовины с боковым отверстием 184, совмещенным с выпускным окном 134. Верхний или левый конец (на Фиг.11) штуцерной вставки 180 проходит через боковое окно 138 и как в варианте осуществления Фиг.10 размещается в выемке 192 и скрепляется с пробкой 140 штифтом 194. В данном варианте осуществления нижний или правый конец штуцерной вставки 180 удерживается узлом 198 уплотнения, который устанавливается между внутренним отводом 44 и соединительной крестовиной 42. Узел 198 уплотнения, который является аналогичным узлу 168 уплотнения, описанному выше, включает в себя вкладыш 170, имеющий опорное кольцо 176, которое соединяется с нижним или правым концом штуцерной вставки 180.
Вариант осуществления, показанный на Фиг.12, является аналогичным показанному на Фиг.10. Вместе с тем в варианте осуществления Фиг.12 имеется центровочный штифт 200, для содействия ориентированию штуцерной вставки 180 относительно соединительной крестовины 42. В частности, верх центровочного штифта 200 размещается в соответствующем отверстии в пробке 140 и, когда боковое отверстие 184 совмещается с впускным окном 132, нижний конец центровочного штифта размещается в соответствующем отверстии в соединительной крестовине 42.
На Фиг.13 показано другое средство ориентирования штуцерной вставки 180 относительно впускного окна 132 соединительной крестовины 42. В данном варианте осуществления центровочный штифт 202, содержащий аксиальный выступ 204 малого диаметра, устанавливается в боковое окно 138 соединительной крестовины 42. Когда боковое отверстие 184 надлежащим образом ориентируется относительно впускного окна 132, выступ 204 размещается в соответствующем отверстии 206 в штуцерной вставке 180. Как и в варианте осуществления, показанном на Фиг.3, боковое окно 138 закрывается пробкой 144, которая уплотняется к соединительной крестовине узлом 148 уплотнения.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.14, штуцерная вставка 180 содержит верхний фланец, который захватывается между глухой накидной крыльчатой гайкой 210 БРС и смежным участком соединительной крестовины 42. Верхнее уплотнение 212 устанавливается между верхним фланцем 208 и накидной крыльчатой гайкой 210 БРС, и нижнее уплотнение 214 устанавливается между верхним фланцем и соединительной крестовиной 42. Верхнее и нижнее уплотнения 212, 214 могут быть аналогичными уплотнительному элементу 76, описанному выше. В дополнение, накидная крыльчатая гайка 210 БРС может содержать вентиляционное окно 216 для выпуска запертого давления и окно 218 измерения давления.
Вариант осуществления, показанный на Фиг.15, является аналогичным показанному на Фиг.14. Вместе с тем в данном варианте осуществления штуцерная вставка 180 устанавливается во впускное окно 132 с совмещением бокового отверстия 184 с выпускным окном 134, и фланец 208 устанавливается на отверстие бокового окна 138. В дополнение, нижний или правый конец штуцерной вставки 180 удерживается узлом уплотнения 220 аналогичным узлу 198 уплотнения, описанному выше и показанному на Фиг.11.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.16, имеется глухая пробка 222, которая проходит в верхнюю часть штуцерной вставки 180. Глухая пробка 222 включает в себя кольцо 224, которое крепится в упор как к фланцу 208 штуцерной вставки 180, так и к смежному участку соединительной крестовины 42 глухой накидной крыльчатой гайкой 226 БРС. Внутреннее уплотнение 228 устанавливается между глухой пробкой 222 и штуцерной вставкой 228, и наружное уплотнение 230 устанавливается между штуцерной вставкой и соединительной крестовиной 42. Внутреннее и наружное уплотнения 228, 230 могут являться аналогичными уплотнительному элементу 76, описанному выше. В дополнение, накидная крыльчатая гайка 226 БРС может включать в себя вентиляционное окно 232 для выпуска запертого давления.
Вариант осуществления, показанный на Фиг.17, является аналогичным показанному на Фиг.16; вместе с тем в данном варианте осуществления штуцерная вставка 180 устанавливается во впускном окне 132 с боковым отверстием 184, совмещенным с выпускным окном 134, и глухая пробка 222 устанавливается на отверстие бокового окна 138. В дополнение, нижний или правый конец штуцерной вставки 180 удерживается узлом 234 уплотнения аналогичным узлу 198 уплотнения, описанному выше и показанному на Фиг.11.
В варианте осуществления, показанном на Фиг.18, верхнее окно 136 закрывается пробкой 236, которая скрепляется с соединительной крестовиной 42 накидной крыльчатой гайкой 238 БРС. Пробка 236 имеет нижний участок 240 уменьшенного диаметра, который размещается в верхней части штуцерной вставки 180 и скрепляется с ней штифтом 242.
Прицеп 10 с манифольдом может снабжаться средством, поддерживающим компоновки 36 отводов на раме 12. Как также показано на Фиг.1A и 1B, например, каждая поперечная пара компоновок 36 отводов 36 опирается на раму 2 с помощью соответствующего крепежного элемента 244. Каждый крепежный элемент 244 включает в себя опору 246, которая соединяется с рамой 12 (или другим компонентом, в свою очередь соединяющимся с рамой) подходящим средством, таким как сварное соединение, и поперечную балку 248, которая соединяется с верхом опоры. Каждый конец поперечной балки 248 соединяется с соответствующими компоновками 36 отводов, например, муфтой 250, то есть крепится болтами либо к охватывающей части 70 вертлюга или к участку соединительной крестовины 42, через который проходит верхнее окно 136. В дополнение, балочный элемент 252 может соединяться с последовательными поперечными балками 248 для обеспечения продольной устойчивости крепежных элементов 244.
Таким образом, можно видеть, что компоновки 36 отводов все время соединены с прицепом 10 с манифольдом и опираются на него. Следовательно, не требуется транспортировки отдельных трубопроводных узлов с площадки на площадку отдельно от прицепа 10 с манифольдом. В дополнение, при развертывании для проведения работ ТКРС, не требуется соединения отдельных узлов трубопровода между насосными блоками высокого давления и основными линиями 26. Вместо этого, с применением прицепа 10 с манифольдом настоящего изобретения основные линии 26 могут соединяться с насосными блоками высокого давления с помощью простого выдвижения наружного отвода 48 каждой компоновки 36 отводов к соответствующему насосному блоку.
Каждая компоновка 36 отводов может содержать средство поддержания внутреннего отвода 44 в общем в горизонтальном положении и уменьшения нагрузок изгиба и кручения, действующих на соединитель 104 между внутренним отводом и первым вертлюжным звеном 46. Как показано на Фиг.2 и 3, например, каждая компоновка 36 отводов может содержать диагональный подкос 254, который проходит между муфтой 256, соединенной болтами или иным средством с охватывающей частью 70 вертлюга, и муфтой 258, соединенной болтами или иным средством с внутренним отводом 44. По меньшей мере верхняя половина муфты 258 проходит вдоль внутреннего отвода 44 и соединяется с первым вертлюжным звеном 46 в общем V-образным кронштейном 260. Кронштейн 260 включает в себя первый конец 262, соединенной болтами или иным средством с муфтой 258, и второй конец 264, скрепленный U образным болтом 266 или другим подходящим средством с верхним коленом 268 вертлюжного звена 46. Второй конец 264 содержит диагональную первую пластину 270, которая включает в себя полукруглый вырез, соединяющийся снизу приблизительно в середине с коленом 268 и горизонтальную вторую пластину 272, которая включает в себя полукруглый вырез, соединяющийся с дальним концом участка колена. Таким образом, подкос 254 поддерживает внутренний отвод 44 в общем в горизонтальном положении, а кронштейн 260, и в частности соединение первой и второй пластин 270, 272 с коленом 266, передает нагрузки изгиба и кручения, действующие на первое вертлюжное звено 46, на внутренний отвод 44, предотвращая воздействие данных нагрузок на соединитель 104, которое может в ином случае вызывать расшатывание соединителя.
Каждая компоновка 36 отводов может также включать в себя уравновешивающее средство для наружного отвода 48, действующее при его развертывании. Как показано на Фиг.2, например, каждая компоновка 36 отводов может включать в себя уравновешивающий гидравлический цилиндр 274, который крепится между первым вертлюжным звеном 46 и наружным отводом 48. Цилиндр 274 имеет первый конец соединенный поворотным шарниром со скобой 276 то есть скрепляется или иначе соединяется с наружным отводом 48. Второй конец цилиндра 274 соединяется поворотным шарниром в общем с проходящим горизонтально кронштейном 278, то есть скрепляется или иначе соединяется с горизонтальной частью 280 вертлюга первого вертлюжного звена 46. Кронштейн 278 может поддерживаться вертикальной пластиной 282, которая соединяется со средним коленом 284 первого вертлюжного звена 46 U образным болтом 286 или другим подходящим средством. Цилиндр 274 может представлять собой простой заполненный текучей средой или с установленной пружиной цилиндр. Альтернативно, цилиндр 274 может представлять собой гидравлический цилиндр с регулированием давления для создания постоянной уравновешивающей силы, действующей на наружный отвод 48.
Следует учитывать, что хотя настоящее изобретение описано для предпочтительных вариантов осуществления, специалист в данной области техники может разрабатывать различные варианты его конструкции и работы без отхода от принципов изобретения. Например, различные элементы, показанные в различных вариантах осуществления, можно комбинировать описанными выше способами. Поэтому, прилагаемая формула изобретения считается охватывающей эквиваленты в объеме и сущности изобретения.