МЕХАНИЗМ ФИКСАЦИИ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ ВСТАВОК ПРОТИВОВЫБРОСОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Область техники.
Техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к оборудованию нефтяных и газовых скважин, используется в механизмах фиксации герметизирующих вставок противовыбросового оборудования.
Предшествующий уровень техники.
Известен превентор плашечно-шиберный раздельный "универсал" (патент RU 52906; источник [1]). Известен превентор плашечный сдвоенный ППС "ГАРАНТ" (патент RU 52907; источник [2]). В верхнем фланце корпуса выполнены сквозные радиальные отверстия, в каждом из которых размещено средство фиксации герметизирующей вставки. Средство фиксации герметизирующей вставки, содержит несущую гайку, устанавливаемую в отверстие фланца противовыбросового оборудования, с внутренней и наружной резьбой, в которой посредством винтовой передачи установлен ходовой винт, оснащенный внутренней и наружной резьбой, образующий с несущей гайкой первую винтовую пару. Ходовой винт выполнен цилиндрической формы с упорным буртиком. Первый конец ходового винта предназначен для установки рукоятки, на втором конце ходового винта посредством винтовой передачи установлен ползун, образующий с ходовым винтом вторую винтовую пару. Винтовые пары имеют резьбу противоположных направлений (правостороннюю и левостороннюю). Ползун выполнен цилиндрической формы переходного диаметра, содержит кольцевую проточку, в которой установлен уплотнительный элемент, на упорном конце ползуна частично скошена грань, на боковой поверхности ползуна выполнен продольный паз. В механизме обеспечен двойной ход за счет применения разнонаправленной резьбы на ходовом винте.
В аналогах [1; 2] при выкручивании ходового винта его наружная резьба выходит из несущей гайки и обнажается. Ничто не защищает наружную резьбу ходового винта от механических повреждений, загрязнения, попадания грязи, пыли и т.п. В процессе работы на скважине различные загрязнения (грязь, снег, лед, пыль, песок и т.п.) неизбежно попадают в винтовую пару ходовой винт/несущая гайка и далее в внутрь механизма. При фиксации герметизирующей вставки ходовой винт полностью вкручивается в несущую гайку, загрязнения на резьбовой поверхности ходового винта препятствуют нормальной работе винтовой пары, могут вызывать отказ механизма, что может приводить к выбросу флюида и аварии. Загрязнения приводят к преждевременному износу винтовой пары, появляются задиры, царапины, недопустимые зазоры.
Известен механизм фиксации герметизирующих вставок противовыбросового оборудования (патентная заявка RU 2018109590 источник [3]), содержит несущую гайку с внутренней и наружной резьбой, в которой посредством винтовой передачи установлен ходовой винт переходного диаметра, оснащенный внутренней и наружной резьбой, образующий с гайкой первую винтовую пару, ходовой винт выполнен с упорным буртиком, на первом конце ходового винта установлена, с возможностью снятия, рукоятка, на втором конце ходового винта посредством винтовой передачи установлен стальной ползун, образующий с ходовым винтом вторую винтовую пару, винтовые пары имеют резьбу противоположных направлений, ползун цилиндрической формы, содержит кольцевую проточку, в которой установлен уплотнительный элемент, на упорном конце ползуна, частично скошена грань, образована лыска, на боковой поверхности ползуна выполнено углубление и продольные пазы, шероховатость (Ra) резьбы не более 3,2 микрометров, шероховатость наружных поверхностей гайки, ходового винта, ползуна не более 12,5 микрометров, ползун, гайка, ходовой винт оснащены защитным покрытием, ходовой винт оснащен каналом, в котором установлена масленка. В механизме обеспечен двойной ход за счет применения разнонаправленной резьбы на ходовом винте.
В аналоге [3] не обеспечена защита винтовых пар от загрязнения и механических повреждений. Наружная резьба ходового винта при его выкручивании их несущей гайки полностью обнажается. В процессе работы на скважине различные загрязнения (грязь, снег, лед, пыль, песок и т.п.) неизбежно попадают на резьбовую поверхность. При закручивании ходового винта загрязнения на резьбовой поверхности препятствуют нормальной работе винтовой пары, и могут вызывать отказ механизма, что может приводить к не полному перекрытию осевого канала корпуса и к выбросу флюида, аварии. Загрязнения приводят к преждевременному износу винтовой пары, появляются задиры, царапины, недопустимые зазоры. Следствием этого является низкий ресурс механизма. При необходимости не удается вовремя и надежно зафиксировать герметизирующую вставку.
Из уровня техники видно, что существующие аналоги [с 1; 2; 3] имеют недостатки, и требуют совершенствования. В аналогах не обеспечена надежная защита винтовых пар привода рабочих органов от попадания грязи, пыли, льда, снега и т.п. они открыты и контактируют с окружающей средой. Не обеспечена защита винтовых пар приводов от механических повреждений (случайный удар, падение предметов). Эксплуатация оборудования нефтегазовых скважин осуществляется в условиях агрессивного воздействия рабочей среды (грязь, пыль, песок, нефть, газ, газоконденсат, пластовая вода, промывочная жидкость и их смеси) и низких температур (до минус 45°С) в зимний период. Это приводит к преждевременному разрушению деталей, приводит к износу трущихся поверхностей и резьб, увеличению зазоров больше установленных пределов, снижению надежности и может приводить к заклиниванию механизмов. Отказ в работе механизма фиксации герметизирующих вставок при обслуживании скважины приводит к необходимости его замены, или ремонта, что увеличивает затраты труда, времени и материалов на обслуживание скважины. Повышение срока службы механизмов фиксации герметизирующих вставок, повышение его долговечности, безотказности, увеличение межремонтного интервал, периода наработку на отказ, надежности является актуально технической задачей. Проблема загрязнения винтовых пар механизмов фиксации герметизирующих вставок с двухступенчатым (с левосторонней и правосторонней резьбой) ходовым винтом не решена.
Раскрытие сущности технического решения.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в усовершенствовании механизма фиксации герметизирующих вставок противовыбросового оборудования, оснащенного двухступенчатым винтом, в повышении надежности, с целью увеличения срока его службы, повышения его долговечности, безотказности, увеличение межремонтного интервал, периода наработки на отказ, путем устранения внешних вредных воздействий.
Технический результат заключается в повышении надежности механизма. Кроме того, обеспечена индикация положения ползуна, дополнительно обеспечивается удобство сборки.
Технический результат обеспечивается тем, что механизм фиксации герметизирующих вставок противовыбросового оборудования содержит несущую гайку с внутренней и наружной резьбой, в которой посредством винтовой передачи установлен ходовой винт цилиндрической формы переходного диаметра, оснащенный первой наружной резьбой и второй резьбой, первый конец ходового винта предназначен для установки рукоятки, второй конец ходового винта предназначен для установки ползуна посредством винтовой передачи, ходовой винт образует с несущей гайкой первую винтовую пару, ходовой винт образует с ползуном вторую винтовую пару, винтовые пары имеют резьбу противоположных направлений, первая наружная резьба ходового винта правосторонняя, вторая резьба ходового винта левосторонняя, ползун выполнен цилиндрической формы, на упорном конце ползуна, частично скошена грань, на втором конце выполнена резьбовая нарезка. Отличается тем, что первая наружная резьба ходового винта полностью скрыта внутри несущей гайки, при перемещении ходового винта из одного крайнего положения в другое крайнее положение резьба не обнажается.
Указанная сущность обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Предусмотрено, что цилиндрическая поверхность с наружной резьбой ходового винта содержит гладкую проточку, расположенную между наружной резьбой и первым концом ходового винта. Предпочтительно между несущей гайкой и ходовым винтом установлен грязесъемник, контактирующий с гладкой проточкой ходового винта. Предпочтительно на части поверхности гладкой проточки ходового винта нанесено покрытие для индикации положения ходового винта. Покрытие может быть выполнено эмалью красного цвета. Для удобства, со стороны упорного конца ползуна, на боковой поверхности ползуна, в радиальном направлении, выполнено углубление. Углубление позволяет фиксировать ползун при сборке с помощью шестигранника. Предусмотрено, что ползун, гайка, ходовой винт выполнены из легированной конструкционной хромистой стали. Для того чтобы эффективно осуществить преобразование вращения ходового винта в поступательное движение ползуна, винтовая пара «ходовой винт-ползун» осуществлена посредством трапецеидальной резьбы, с шагом в диапазоне от 1,5 до 8 мм.
Винтовые передачи «ходовой винт - несущая гайка», «ходовой винт-ползун» применяются для того, чтобы передавать движение, их изготавливают таким образом, чтобы сила трения в резьбе была минимальной. Прямоугольная и метрическая резьба по сравнению с резьбой трапецеидальной имеют более низкую прочность. Устройство эксплуатируется в тяжелых условиях, поэтому использован крупный шаг резьбы. Полезной моделью повышается надежность фиксации герметизирующей вставки, так как снижается вероятность отказа винтовых пар, проявляющегося в виде заклинивания по причине попадания загрязнений.
Пример осуществления технического решения показан на механизме фиксации герметизирующих вставок превентора. Сущность полезной модели не ограничивается приведенным ниже описанием, она может быть применена с иным противовыбросовым оборудованием.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - механизм фиксации герметизирующих вставок превентора, общий вид, во фланце превентора с разрезом;
фиг. 2 - механизм фиксации герметизирующих вставок превентора, общий вид с разнесенными частями;
фиг. 3 - механизм фиксации герметизирующих вставок превентора, в разрезе.
Осуществление полезной модели.
Пример 1. Механизм фиксации герметизирующих вставок содержит несущую гайку 1 (фиг. 1; 2; 3), ходовой винт 2 (фиг. 1; 3; 3), ползун 3 (фиг. 1; 2; 3), рукоятку 4 (фиг. 1; 3). Несущая гайка 1 выполнена цилиндрической формы из легированной стали, с внутренней резьбой 5 (фиг. 1; 2; 3), и наружной резьбой 6 (фиг. 2; 3; 4). На несущей гайке 1 образован защитный слой путем химического оксидирования или химического фосфатирования. Несущая гайка 1 выполнена в форме втулки с буртиком 7 (фиг. 1; 2; 3), оснащена двумя гранями под ключ (не обозначены). В несущей гайке 1 посредством винтовой передачи установлен ходовой винт 2. Ходовой винт 2 и несущая гайка 1 образуют первую винтовую пару. Ходовой винт 2 выполнен переходного диаметра, цилиндрическим, содержит первый и второй концы (на схемах не обозначены). Ходовой винт 2 выполнен из легированной стали. На ходовом винте 2 образован защитный слой путем химического оксидирования или химического фосфатирования. Ходовой винт 2, на цилиндрической поверхности большего диаметра, оснащен первой наружной резьбой 8 (фиг. 1; 2; 3), предназначенной для контакта с внутренней резьбой 5 несущей гайки 1. Ходовой винт 2, на цилиндрической поверхности меньшего диаметра, оснащен второй наружной резьбой 9 (фиг. 1; 2; 3). Первый конец ходового винта 2 предназначен для установки рукоятки 4, второй конец ходового винта предназначен для установки ползуна 3. Ходовой винт 2 образует с ползуном 3 вторую винтовую пару. Винтовые пары имеют резьбу противоположных направлений. Первая винтовая пара имеет резьбу правосторонней нарезки (правосторонняя). Вторая винтовая пара имеет резьбу левосторонней нарезки (левосторонняя). Вторая резьба 9 на ходовом винте 2 выполнена с шагом витков 3 мм. Первая резьба 8 на ходовом винте 2 выполнена с шагом витков 3 мм. Ползун 3 выполнен цилиндрической формы, на упорном конце 10 (фиг. 1; 2; 3) ползуна 3, частично скошена грань, на втором конце ползуна 3 выполнена резьбовая нарезка 11 (фиг. 1; 2; 3). Вторая резьба 9 на ходовом винте 2 быть выполнена наружной, а ответная резьбовая нарезка (резьба) 11 ползуна 3 при этом выполнена внутренней. При этом вторая резьба 9 ходового винта 2 в равной степени может быть выполнена внутренней, тогда ответная резьбовая нарезка 11 ползуна 3 будет выполнена наружной. Резьба 8 и 9 ходового винта полностью скрыта внутри механизма. При перемещении ходового винта 2 из одного крайнего положения в другое крайнее положение резьба 8 и 9 не обнажается. Скрытые резьбы 8, 9 (первая резьба 8 закрыта несущей гайкой 1, вторая резьба 9 закрыта корпусом превентора, в который установлена несущая гайка 1) не позволяют загрязнениям попадать на поверхности винтовых пар. Ползун 3, несущая гайка 1, ходовой винт 2 могут быть выполнены из легированной конструкционной хромистой стали марки 40Х, а также могут быть выполнены из ее заменителей 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР.
Пример 2. Механизм фиксации герметизирующих вставок содержит несущую гайку 1 (фиг. 1; 2; 3), ходовой винт 2 (фиг. 1; 3; 3), ползун 3 (фиг. 1; 2; 3), рукоятку 4 (фиг. 1; 3). Несущая гайка 1 выполнена цилиндрической формы из легированной стали, с внутренней резьбой 5 (фиг. 2), и наружной резьбой 6 (фиг. 2). На несущей гайке 1 образован защитный слой путем химического оксидирования промасливанием. Несущая гайка 1 выполнена в форме втулки с буртиком 7 (фиг. 1; 2; 3), оснащена двумя гранями под ключ (не обозначены). В несущей гайке 1 посредством винтовой передачи установлен ходовой винт 2. Ходовой винт 2 и несущая гайка 1 образуют первую винтовую пару. Ходовой винт 2 выполнен переходного диаметра, цилиндрическим, содержит первый и второй концы (на схемах не обозначены). Ходовой винт 2 выполнен из легированной стали. На ходовом винте 2 образован защитный слой путем химического оксидирования промасливанием. Ходовой винт 2, на цилиндрической поверхности большего диаметра, оснащен первой наружной резьбой 8 (фиг. 1; 2; 3), предназначенной для контакта с внутренней резьбой 5 несущей гайки 1. Ходовой винт 2, на цилиндрической поверхности меньшего диаметра, оснащен второй наружной резьбой 9 (фиг. 1; 2; 3). Первый конец ходового винта 3 предназначен для установки рукоятки 4, второй конец ходового винта предназначен для установки ползуна 3. Ходовой винт 2 образует с ползуном 3 вторую винтовую пару. Винтовые пары имеют резьбу противоположных направлений. Первая винтовая пара имеет резьбу правосторонней нарезки. Вторая винтовая пара имеет резьбу левосторонней нарезки. Ползун 3 выполнен цилиндрической формы, на упорном конце 10 (фиг. 1; 2; 3) ползуна 3, частично скошена грань, на втором конце ползуна 3 выполнена резьбовая нарезка 11 (фиг. 1; 2; 3). Вторая резьба 9 на ходовом винте 2 быть выполнена наружной, а ответная резьбовая нарезка 11 ползуна 3 при этом выполнена внутренней. При этом вторая резьба 9 ходового винта 2 в равной степени может быть выполнена внутренней, тогда ответная резьбовая нарезка 11 ползуна 3 будет выполнена наружной. Резьба 8 и 9 ходового винта полностью скрыта внутри механизма. При перемещении ходового винта 2 из одного крайнего положения в другое крайнее положение резьба 8 и 9 не обнажается. Цилиндрическая поверхность с наружной резьбой 8 ходового винта 2 содержит гладкую проточку 12 (фиг. 1; 2; 3), расположенную между наружной резьбой 8 и первым концом ходового винта 2 (на котором расположена рукоятка 4). Между несущей гайкой 1 и ходовым винтом 2 установлен грязесъемник 13 (фиг. 1; 2; 3) в виде эластичного кольца (или манжеты) в проточке 14 (фиг. 3), контактирующий с гладкой проточкой 12 ходового винта 2. Скрытые резьбы 8, 9 (первая резьба 8 закрыта несущей гайкой 1, вторая резьба 9 закрыта корпусом превентора, в который установлена несущая гайка 1) не позволяют загрязнениям попадать на поверхности винтовых пар. Грязесъемник 13 дополнительно очищает с поверхности гладкой проточки 12 ходового винта 2 мельчайшие загрязнения, не позволяя им проникать внутрь винтовых пар. На части 15 (фиг. 3) поверхности гладкой проточки 12 ходового винта 2 нанесено покрытие 16 (фиг. 1) для индикации положения ходового винта 2. Покрытие 16 выполнено эмалью красного цвета. Вторая резьба 9 на ходовом винте 2 выполнена с шагом витков 6 мм. Первая резьба 9 на ходовом винте 2 выполнена с шагом витков 6 мм. Со стороны упорного конца ползуна 3, на его боковой поверхности, в радиальном направлении, выполнено углубление 17 (фиг. 1; 2; 3). Ползун 3 содержит уплотнительное кольцо 18 (фиг. 1; 2; 3) полиуретановое или фторопластовое. Ползун 3, несущая гайка 1, ходовой винт 2 могут быть выполнены из стали марки 40Х, а также могут быть выполнены из ее заменителей 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР.
Механизм фиксации герметизирующих вставок работает следующим образом.
Механизм фиксации герметизирующих вставок устанавливают во фланец 19 (фиг. 1; 3) противовыбросового оборудования (например, превентора) в радиальные отверстия 20 (фиг. 1; 3) выполненные напротив посадочного места 21 (фиг. 1; 3) под герметизирующую вставку 22 (фиг. 3). Предпочтительно устанавливают два механизма фиксации герметизирующих вставок. Устанавливают ползун 3, ходовой винт 2 и несущую гайку 1, в радиальное отверстие 20 фланца 19, фиксируют ползун 3 от вращения стальной винтовой шпонкой 23 (фиг. 1; 2; 3). При установке ходового винта 2 в несущую гайку 1, ползун 3 заворачивают до упора на ходовой винт 2. При этом, если ползун 3 содержит углубление 17 в него устанавливают шестигранник, что позволяет фиксировать ползун 3 от проворачивания. Несущую гайку 1, фиксируют во фланце 19. При установке на резьбы 5, 6, 8, 9, 11 наносят пластичную консистентную водостойкую смазку. Регулируют винтовые пары, так чтобы ползун 3 в стартовом положении не выступал в посадочное место 21. Превентор устанавливают на устье скважины. При выполнении ремонтных работ используют герметизирующие вставки (КГОМ). Герметизирующую вставку 22 устанавливают в посадочное место 21. Для фиксации герметизирующей вставки вращают рукоятку 4 по часовой стрелке. Вращающее усилие от рукоятки 4, передается на ходовой винт 2. Ходовой винт 2 вращается, и продольно перемещается в несущей гайке 1, в направлении к герметизирующей вставке 22. Продольное перемещение отходового винта 2 передается ползуну 3, а также вращение ходового винта 2 через вторую (левостороннюю) винтовую пару вызывает дополнительное продольное перемещение ползуна 3 в направлении к герметизирующей вставке 22. Герметизирующая вставка 22 зажимается ползуном 3 и фиксируется.
Для освобождения герметизирующей вставки вращают рукоятку 4 в обратном направлении против часовой стрелки. Вращающее усилие от рукоятки 4, передается на ходовой винт 2. Ходовой винт 2 вращается, и продольно перемещается в несущей гайке 1, в направлении от герметизирующей вставки 22. Продольное перемещение от ходового винта 2 передается ползуну 3, а также вращение ходового винта 2 через вторую (левостороннюю) винтовую пару вызывает дополнительное продольное перемещение ползуна 3 в направлении от герметизирующей вставки 22. Герметизирующая вставка 22 освобождается. При этом первая 8 и вторая резьба 9 ходового винта 2 скрыты от загрязнения и механических воздействий внутри фланца превентора и в несущей гайке 21. Первая наружная резьба 8 не выходит за пределы несущей гайки 1 и не обнажается. В процессе работы на скважине различные загрязнения (грязь, снег, лед, пыль, песок и т.п.) не попадают на резьбу 8 и 9 ходового винта 2 и в винтовые пары. Если используется механизм, описанный в примере 2, то при закручивании ходового винта 2 гладкая проточка 12, проходит через грязесъемник 13, который дополнительно очищает с поверхности гладкой проточки 12 ходового винта 2 мельчайшие загрязнения, не позволяя им проникать внутрь винтовых пар. Так как положение ползуна 3 скрыто внутри фланца 19, то в механизме, описанном в примере 2, для индикации положения ходового винта 2 и ползуна 3 наблюдают за покрытием 16 (фиг. 1; 2; 3). Покрытие 16 выполнено эмалью красного цвета и нанесено на гладкую проточку 12 на 1…2 мм от ее края, его положение относительно края несущей гайки 1 и коррелирует с положением ползуна 3.
Заявляемое техническое решение изготовлено с использованием промышленно выпускаемых изделий и материалов, его элементы могут быть изготовлены и собраны на современных промышленных предприятиях. Полезная модель применима по указанному назначению и обеспечивает заявленный технический результат.