Устройство для наведения стволовой задвижки под струей
DEVICE FOR GUIDING STEM VALVE UNDER JET

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для наведения стволовой задвижки на фланец фонтанирующего устья скважины.
Известна установка (1) для тросового наведения стволовой задвижки на крестовину фонтанной арматуры, содержащая устройство крепления установки к крестовине фонтанной арматуры, тяговые канаты, установленные ролики, в котором устройство крепления установки к крестовине фонтанной арматуры выполнены в виде цепных хомутов. При этом установка снабжена полой неподвижной стойкой, которая снабжена дополнительным поворотным роликом. Кроме того установка снабжена полой подвижной стойкой, которая размещена в полой неподвижной стойке коаксиально. Подвижная стойка снабжена жестко закрепленной на ней плитой и установленными на плите дополнительными поворотными роликами. Установка снабжена дополнительным тяговым канатом, который размещен горизонтально на плите и вертикально в полой подвижной стойке.
Однако известное установка имеет существенные недостатки:
- конструкция устройства крепления установки не позволяет выполнить ее монтаж на крестовинах (трубных головках) фонтанной арматуры, отличающихся по высоте;
- наведение сборки на фланец фонтанирующего устья скважины натяжением тягового каната тяговым механизмом к которому присоединен тяговый канат, при консольном подвешивании на плите, жестко скрепленной с полой подвижной стойкой, наводимой сборки и малой жесткости заделки полой подвижной стойки в подшипниковых опорах, размещенных в полой неподвижной стойки, закрепленной консольно к оси наведения сборки в цепных хомутах, охватывающих фланцы крестовины фонтанной арматуры, приведет к изгибу полой подвижной стойки в верхней подшипниковой ее опоры и соответственно к перекосу привалочного торца нижнего фланца переходной катушки, с расположенным в его канавке уплотнительным металлическим кольцом, для устранения чего необходимо приложить увеличенное усилие натяжения тягового каната и в случае его обрыва в момент установки шпилек для крепления образованного фланцевого соединения гайками, которое выполняется вручную, приведет к разгерметизации стыка, что опасно для оперативного персонала при выполнении данной операции;
- наведение сборки и прижатие ее к фланцу фонтанирующего устья скважины должны выполняться при соблюдении строгой синхронизации натяжения тягового каната и стравливания дополнительного каната с целью исключения автоколебаний наводимой сборки от воздействия на нее фонтанирующей струи и порыва канатов;
- расположенное в канавке привалочного торца нижнего фланца переходной катушки и не закрепленное металлическое уплотнительное кольцо от воздействия фонтанирующей струи при наведении сборки на фланец фонтанирующего устья скважины выпадет из канавки, что приведет к негерметичности по стыку фланцев.
Из вышеуказанного следует, что известная установка не обеспечивает:
- возможность монтажа ее на трубные головки фонтанной арматуры, отличающихся по высоте;
- надежность наведения сборки на устьевой фланец фонтанирующей скважины;
- герметичность фланцевого соединения, образованного после смыкания фланцев наводимой сборки с устьевым и безопасность их крепления шпильками и гайками вручную.
Кроме того, в случае комплектации фонтанной арматуры планшайбой (переводником к трубной головке) катушечного типа, в верхнем фланце которого выполнены сквозные шпилечные отверстия и отсутствует возможность установки центровочных ввертышей, снижается точность центрирования при наведении сборки на фланец фонтанирующего устья скважины.
Целью изобретения является техническое решение, реализация которого позволит обеспечить:
- возможность крепления устройства на трубных головках фонтанных арматур, отличающихся высотами;
- надежность наведения сборки на устьевой фланец фонтанирующей скважины;
- герметичность фланцевого соединения, образованного после смыкания фланцев наводимой сборки с устьевым и безопасность их крепления шпильками и гайками вручную;
- возможность центрирования при наведении сборки на верхний фланец переводника к трубной головке, оснащенного центровочными ввертышами, так и без них со сквозными шпилечными отверстиями во фланце, в том числе на переводники отличающимися высотами.
Поставленная цель достигается устройством для наведения стволовой задвижки под струей, включающим узлы крепления к трубной головке фонтанной арматуры, подвижные стойки, траверсу, переходную катушку и тяговый механизм, в котором узлы крепления к трубной головке выполнены в виде пары распорных кронштейнов, левого и правого, размещенных диаметрально между фланцами трубной головки в перпендикулярной плоскости ее боковым отводам, и оснащены винтами и сменными колодками, при этом распорные кронштейны, каждый, выполнен в виде плиты, оснащенной снизу стойкой с осевым резьбовым отверстием для размещения в ней ответного винта, а сверху двумя проушинами, с установленным в них пальцем и регулировочным упорным винтом, ввинченным в резьбовое отверстие перемычки, посредством сварки соединенной с торцами проушин, причем горизонтальные оси пальцев, установленных в проушинах распорных кронштейнов, соосны между собой и находятся в вертикальной плоскости, совмещенной с центральной осью устьевого фланца, при этом плиты кронштейнов сквозными отверстиями накинуты на две нижние гайки верхнего фланца трубной головки до упора во фланец, при этом указанные сквозные отверстия имеют диаметр, достаточный для возможности размещения нижних гаек верхних фланцев различных типоразмеров, при этом винты, ввинченные в резьбовые отверстия стоек кронштейнов, упираются в сменные колодки, размещенные на нижнем фланце трубной головки, которые охватывают две верхние гайки нижнего фланца и фиксируются своими цилиндрическими бобышками в отверстиях колодок, выполненных на их верхних торцах, причем подвижные стойки выполнены в виде гидроцилиндров, выполняющих функцию наведения переходной катушки, скрепленной с наводимой задвижкой, на устьевой фланец, и корпуса которых отверстиями проушин установлены с возможностью поворота на пальцах, установленных в отверстиях проушин распорных кронштейнов, кроме того траверса выполнена сварной и разъемной по центральному отверстию, охватывающему корпус переходной катушки, причем полукорпуса сварной траверсы по стыку разъема оборудованы стяжными шпильками и гайками, а свободные концы полукорпусов посредством вварных в полукорпуса упорных втулок, охватывающих штока гидроцилиндров наведения, жестко скреплены с ними болтами, ввинченными в резьбовые отверстия торцев штоков, причем тяговый механизм выполнен в виде гидроцилиндра, оснащенного вилкой трубчатой конструкции, выполняющих функцию подъема гидроцилиндров наведения, штока которых жестко скреплены с разъемной траверсой, охватывающей переходную катушку, скрепленную с задвижкой, из исходного наклонного их положения в вертикальное до совмещения с вертикальной осью устьевого фланца, при этом корпус гидроцилиндра подъема отверстием проушины установлен с возможностью поворота на пальце, размещенном в отверстиях двух проушин кронштейна опоры, скрепленной посредством шпилек и гаек со свободным фланцем блока задвижек бокового отвода трубной головки, а проушиной штока посредством пальца соединен с вилкой трубчатой конструкции, свободные концы которой, каждый, оснащен двумя проушинами и посредством пальца соединен с проушиной хомута, охватывающего корпус гидроцилиндра наведения, причем на наружной поверхности корпуса переходной катушки выполнен ряд кольцевых прямоугольных канавок, ответных кольцевому прямоугольному выступу, выполненному на внутренней поверхности центрального отверстия разъемной траверсы, при этом на нижнем привалочном торце катушки, возле его уплотнительной канавки, закреплены винтами крест-накрест четыре державки с прямоугольными выступами, размещенными в ответных прямоугольных пазах, выполненных на наружной цилиндрической поверхности металлической уплотнительной прокладки, установленной в канавку привалочного торца катушки, а ее нижний фланец выполнен резьбовым, навинченным на ответную резьбу корпуса катушки, при этом на каждом сквозном шпилечном отверстие резьбового фланца снизу выполнен заходной конус, а по наружному диаметру резьбового фланца закреплены крест-накрест болтами четыре направляющие планки, размещенные в его вертикальных пазах и охватывающие наружный диаметр устьевого фланца с обеспечением гарантированного зазора, причем на нижней части направляющих планок, со стороны устьевого фланца, выполнены заходные фаски.
Конструкция устройства для наведения стволовой задвижки под струей УНСЗ (далее по тексту - устройство) приведена на фигурах:
- 1 и 2 - вид устройства сбоку в исходном наклонном положении наводимой сборки и его конструкция по разрезу Д-Д соответственно;
- 3, 4, 5 и 6 - укрупненно, конструкция узлов крепления к трубной головке;
- 7 - укрупненно, вид сверху на тяговый механизм (вид А фиг. 1);
- 8 и 9, 10 - укрупненно, вид на нижний фланец переходной катушки и его конструкция по разрезам Е-Е, Ж-Ж;
- 11 и 12 - укрупненно, крепление полукорпусов сварной траверсы по стыку разъема центрального отверстия и соединение корпуса катушки с центральным отверстием траверсы;
- 13 - укрупненно, вид устройства спереди с наведенной сборкой на устьевой фланец со шпилечными отверстиями;
- 14 - укрупненно, вид устройства спереди с наведенной сборкой на устьевой фланец, оснащенный резьбовыми отверстиями с ввинченными в них штатными шпильками и двумя центровочными ввертышами, установленными диаметрально.
Устройство включающее в себя узлы крепления к трубной головке 3 фонтанной арматуры, выполненные в виде левого и правого распорных кронштейнов 1 и 2 соответственно, подвижные стойки, выполненные в виде гидроцилиндров 4 и 5 - гидроцилиндры наведения, выполняющих функцию наведения переходной катушки 7, скрепленной с наводимой задвижкой, на устьевой фланец, траверсу 6, выполненную сварной и разъемной по центральному отверстию, охватывающему корпус переходной катушки 7 и тяговый механизм, выполненный в виде гидроцилиндра 8 - гидроцилиндра подъема, оснащенного вилкой 24 трубчатой конструкции, выполняющих функцию подъема гидроцилиндров наведения из исходного наклонного их положения в вертикальное до совмещение с вертикальной осью устьевого фланца.
Распорные кронштейны 1 и 2 размещаются диаметрально между фланцами (фиг. 3) трубной головки в перпендикулярной плоскости ее боковым отводам и оснащены винтами 9 и в зависимости от типоразмеров гаек нижних фланцев сменными колодками 10. Распорные кронштейны выполнены в виде плит, оснащенных снизу стойками с осевыми резьбовыми отверстиями и размещенными в них винтами 9, а сверху двумя проушинами, с установленными в них пальцами 11, оси которых соосны между собой и находятся в вертикальной плоскости, совмещенной с центральной осью верхнего фланца переводника к трубной головки - устьевого фланца. В резьбовые отверстия перемычек, скрепленных сваркой с проушинами, ввинчены регулировочные упорные винты 12, оснащенные контргайками 13. Плиты кронштейнов накинуты сквозными отверстиями на две нижние гайки верхнего фланца трубной головки до упора во фланец. Для возможности размещения в них нижних гаек верхних фланцев различных типоразмеров сквозные отверстия в плитах распорных кронштейнов выполнены увеличенного диаметра. Винты 9, ввинченные в резьбовые отверстия стоек кронштейнов, упираются в сменные колодки 10, размещенные на нижнем фланце трубной головки, которые охватывают две его верхние гайки. Винты 9 фиксируются своими цилиндрическими бобышками в отверстиях верхних торцев колодок 10 и обеспечивают возможность размещения узлов крепления между фланцами трубных головок различных типоразмеров, в том числе отличающихся высотами.
Корпуса гидроцилиндров наведения отверстиями проушин установлены с возможностью поворота на пальцах 11 распорных кронштейнов 1 и 2. Поршневые полости гидроцилиндров посредством стального трубопровода 36 и тройника 37 соединены между собой в одну гидролинию 39. Штоковые полости соединены между собой стальным трубопроводом 40 и тройником 41 в одну гидролинию 42. Для поддержания в штоковых полостях гидроцилиндров наведения давления рабочей жидкости, набранного при наведении сборки на устьевой фланец во время ее прижима к нему нижнего фланца переходной катушки, с закрепленной на ее нижнем привалочном торце прокладкой 29, с целью обеспечения герметичности образованного фланцевого соединения и возможности их безопасного крепления вручную шпильками и гайками, гидролиния 42 оборудована гидрозамком 43. При этом гидролиния управления обратного клапана гидрозамка для возможности его открытия, необходимого для выдвижения штоков гидроцилиндров, соединена с гидролинией 39. Входные отверстия гидрозамка оборудованы элементами быстроразъемного соединения, а именно для управления поршневой полости муфтой 44 и для управления штоковой - штекером 45.
Полукорпуса сварной траверсы 6, по стыку разъема центрального отверстия, оборудованы стяжными шпильками 14 и гайками 15. Свободные концы полукорпусов траверсы 6 вварными упорными втулками 16 охватывают штока гидроцилиндров наведения и посредством болтов 17, ввинченных в штока гидроцилиндров, жестко скреплены с ними.
Корпус гидроцилиндра подъема отверстием проушины установлен с возможностью поворота на пальце 18, размещенном в отверстиях двух проушин кронштейна 19, установленного на опоре 20 и скрепленного с ней четырьмя болтами 50. Для крепления опоры 20 посредством гаек 22 к свободному фланцу блока боковых задвижек 34 трубной головки в резьбовые отверстия, выполненные в плите опоры 20, прилегающей к свободному фланцу задвижки, ввинчены четыре шпильки 21. Резьбовые отверстия в плите опоры 20, прилегающей к свободному фланцу задвижки, выполнены на концентрично расположенных диаметрах, равных диаметрам делительной окружностей центров шпилечных отверстий фланцев задвижек, размещенных на боковом отводе трубной головки. Поршневая и штоковая полости гидроцилиндра оборудованы стальным трубопроводом, свободные концы которого оснащены, соответственно, муфтой 48 и штекером 49. Шток гидроцилиндра подъема посредством своей проушины и пальца 23 соединен с вилкой 24 трубчатой конструкции. Свободные концы вилки 24, каждый, посредством двух проушин и пальцев 25 соединены с проушинами хомутов 26, охватывающих корпуса гидроцилиндров наведения. Опора 20 снабжена регулируемой призмой 35 для возможности укладки на нее гидроцилиндра подъема, оснащенного вилкой 24, после соединения проушины корпуса гидроцилиндра с проушинами кронштейна 19.
Введение в конструкцию устройства распорных кронштейнов, оснащенных винтами и сменными колодками, гидроцилиндров наведения, корпуса которых установлены с возможностью поворота на пальцах проушин распорных кронштейнов, а штока жестко скреплены с разъемной траверсой, в центральном отверстие которой размещена переходная катушка, скрепленная с наводимой задвижкой и гидроцилиндра подъема, корпус которого проушиной установлен на пальце 18, размещенном в проушинах кронштейна 19, установленного на опоре 20, скрепленной со свободным фланцем блока задвижек трубной головки, а шток посредством пальцев и вилки соединен с хомутами, охватывающими корпуса гидроцилиндров наведения, исключают консольное размещение наводимой сборки и обеспечивают надежность ее наведения на устьевой фланец фонтанирующей скважины.
На наружной поверхности корпуса переходной катушки 7 выполнен ряд кольцевых прямоугольных канавок, ответных кольцевому прямоугольному выступу, размещенному на внутренней поверхности центрального отверстия разъемной траверсы 6, что обеспечивает возможность при наведении сборки на переводники к трубной головке, отличающимися высотами, посредством монтажа переходной катушки в центральном отверстие траверсы с обеспечением требуемого размера «h1» (фиг. 13) или «h2» (фиг. 14), необходимого для смыкания, при втягивании штоков гидроцилиндров наведения в их корпуса, нижнего привалочного торца переходной катушки с привалочным торцем фланца переводника к трубной головки, соответственно, большей или меньшей высоты.
На нижнем привалочном торце катушки 7, возле уплотнительной канавки, закреплены винтами 27 крест - накрест четыре державки 28. Державки 28 своими прямоугольными выступами, размещенными в ответных прямоугольных пазах, выполненных на наружной поверхности металлической уплотнительной прокладки 29, фиксируют ее в уплотнительной канавке привалочного торца, исключая тем самым выпадение ее от воздействия фонтанирующей струи при наведении сборки на фланец фонтанирующего устья скважины, что обеспечивает герметичность и безопасность крепления вручную шпильками и гайками фланцевое соединение, образованное после смыкания фланцев.
Нижний фланец 30 катушки 7 выполнен резьбовым, навинченным на ответную резьбу корпуса катушки, а по наружному диаметру фланца 30 закреплены крест - накрест болтами 31 четыре направляющие планки 32, размещенные в его вертикальных пазах и охватывающие наружный диаметр устьевого фланца с обеспечением гарантированного зазора «е». На нижней части планок 32, со стороны устьевого фланца, выполнены заходные фаски, которые обеспечивают возможность центрирования сборки при ее наведении на устьевой фланец, оснащенный сквозными шпилечными отверстиями. Резьбовой фланец обеспечивает возможность его поворота для совмещения его шпилечных отверстий с отверстиями устьевого фланца.
На каждом сквозном шпилечном отверстие резьбового фланца 30 снизу выполнен заходный конус, что обеспечивает возможность центрирования сборки при ее наведении на устьевой фланец по двум центровочным ввертышам 51, диаметрально ввинченным в резьбовые отверстия устьевого фланца взамен его штатных ввертных шпилек.
Устройство используется следующим образом.
Траверса 6 устройства оборудуется опрессованной сборкой в составе переходной катушки 7 с нижним фланцем, выполненным ответно устьевому фланцу и закрепленной на ее нижнем привалочном торце прокладкой 29, полностью открытой наводимой задвижки 37 и отводной трубы 38. При этом, в случае наведения на устьевой фланец, представленный переводником к трубной головке катушечного типа увеличенной высоты (фиг. 13), со сквозными шпилечными отверстиями на устьевом фланце, переходная катушка 7 устройства размещается в центральном отверстие траверсы 6 резьбовым фланцем ближе к траверсе с обеспечением требуемого для смыкания фланцев размера «h1». Резьбовой фланец катушки 7 оборудуется направляющими планками 32. При наведении на устьевой фланец, представленный переводником к трубной головке малой высоты (фиг. 14), оснащенный резьбовыми отверстиями на устьевом фланце с ввинченными в них штатными шпильками и двумя центровочными ввертышами 46, установленными диаметрально, переходная катушка 7 размещается в отверстие траверсы 6 резьбовым фланцем дальше от траверсы с обеспечением требуемого для смыкания фланцев размера «h2». При этом в устьевой фланец фонтанирующей скважины взамен двух штатных шпилек, диаметрально расположенных в устьевом фланце, ввинчиваются центровочные ввертыши 46 увеличенной длины с заходными конусами, выполненными на свободных торцах шпилек.
Между верхним и нижним фланцами трубной головки, диаметрально, в плоскости перпендикулярной ее боковым отводам, монтируется узлы крепления к трубной головке в распор между ее фланцами. Гидроцилиндр подъема в сборе с трубопроводом и выдвинутом штоком в сборе с вилкой 24 проушиной своего корпуса соединяется пальцем 18 с проушинами кронштейна 19 и укладывается корпусом на призму 35. Траверса устройства, оборудованная опрессованной сборкой, в сборе с выдвинутыми штоками гидроцилиндров наведения и горизонтальном положении сборки посредством грузоподъемного устройства (крана. На чертежах и в описании не приводятся) подается к устью фонтанирующей скважины проушинами корпусов гидроцилиндров в проушины распорных кронштейнов 1 и 2, которые соединяются пальцами 11. При совмещении отверстий проушин хомутов 26, во время подъема сборки за проушину отводной трубы 38 и поворота гидроцилиндров наведения на пальцах 11, с отверстиями проушин, размещенных на свободных концах вилки 24, проушины соединяются между собой пальцами 25. К муфтам 44 и 48 и штекерам 45 и 49 стальных трубопроводов гидроцилиндров, соответственно, наведения и подъема подсоединяются свободные концы рукавов высокого давления гидростанции, оснащенной пультом управления работой гидроцилиндров устройства (на чертежах и в описании не приводятся), оснащенные, соответственно, ответными штекерами и муфтами. При этом гидростанция размещена на безопасном расстоянии от устья фонтанирующей скважины.
С пульта гидростанции, дистанционно, управляя работой гидроцилиндров устройства, а именно втягиванием штока гидроцилиндра подъема поднимают наводимую сборку из исходного наклонного положения в вертикальное до упора корпусов гидроцилиндров наведения в регулировочные упорные винты 12, положение которых в перемычках распорных кронштейнов 33, обеспечивающее соосное размещение наводимой сборки с устьевым фланцем, фиксируется контргайками 13 при отработки работоспособности устройства на «ложном» устье, оборудованном идентично фонтанирующему устью скважины. Втягиванием штоков гидроцилиндров наведения наводят сборку с задвижкой на устьевой фланец и прижимают ее к нему привалочным торцем, оснащенным уплотнительной прокладкой. Убедившись в герметичной стыковке наводимой сборки с устьевым фланцем фонтанирующей скважины (отсутствии пропусков скважинной среды по стыку фланцев), скрепляют вручную образованное фланцевое соединение. При этом, в случае сквозных шпилечных отверстий на устьевом фланце посредством шпилек и гаек после поворота резьбового нижнего фланца переходной катушки и совмещения его шпилечных отверстий с отверстиями устьевого фланца, а в случае размещения на устьевом фланце ввинченных шпилек - навинчиванием на них гаек. При этом взамен центрирующих ввертышей устанавливают ранее удаленные шпильки устьевого фланца.
Устройство изготовлено и испытано в цеховых и условиях максимально приближенных к реальным на фонтанирующем устье испытательного полигона тренировочного центра «Досанг».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. «Установка для тросового наведения стволовой задвижки на крестовину фонтанной арматуры», описание изобретения к патенту на изобретение №2170330, 10.07.2001.