УСТЬЕВОЙ ЗАПОРНЫЙ УЗЕЛ СТРОНГ (STRONG)

Полезная модель относится к устьевому оборудованию, используемому при проведении работ на нефтяных и газовых скважинах. Конкретно заявляемая полезная модель относится к конструкции устьевого запорного узла, представляющего собой шаровой кран, устанавливаемый на конических резьбах насосно-компрессорных и бурильных труб и предназначенный для перекрытия внутреннего канала труб при производстве работ на скважине. Шаровой кран используется в составе запорной компоновки при бурении, текущем и капитальном ремонтах скважин, а также может применяться в наземных коммуникациях в качестве запорного устройства.
Известен устьевой запорный узел, выполненный в виде шарового крана, который содержит корпус с осевым каналом, расположенный внутри корпуса шар, имеющий возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной оси канала корпуса крана, при помощи средства для его поворота из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот и выполненный со сквозным диаметральным отверстием, и два опорных элемента, каждый из которых выполнен в виде кольца и образует соответствующее седло шара (RU 42576 U1, 2004 г.). Конструкция известного узла не обеспечивает необходимую достаточную герметичность шарового крана в условиях воздействия высокого давления на запорный орган.
Технический результат, который достигается при использовании заявляемый полезной модели, заключается в повышении герметичности запорного узла, а также в повышении срока его службы и надежности в работе и ремонтопригодности.
Для достижения указанного технического результата предлагается устьевой запорный узел, выполненный в виде шарового крана, который содержит корпус с осевым каналом и с резьбовым участком на одном из своих концов для соединения
запорного узла с колоной насосно-компрессорных или бурильных труб. Внутри корпуса расположены шар, выполненный со сквозным диаметральным отверстием и имеющий возможность вращения вокруг оси, перпендикулярной оси канала корпуса крана, при помощи средства для его поворота из положения «открыто» в положение «закрыто» и наоборот, и два опорных элемента, каждый из которых выполнен в виде кольца и образует соответствующее седло шара. Шар расположен в корпусе крана таким образом, что в положении «открыто» отверстие шара совпадает с осевым каналом корпуса крана, а в положении «закрыто» поверхность шара перекрывает осевой канал корпуса крана. Для поджатия опорных элементов служит гайка, которая опирается своим торцом, обращенным к шару, на опорный элемент и имеет резьбовую нарезку на своей наружной боковой поверхности, взаимодействующую с резьбовым участком на поверхности осевого канала корпуса. Гайка на своем торце, обращенном к шару, и участок корпуса, расположенный с противоположной относительно гайки стороны шара имеют кольцевые выборки, в каждой из которых расположен соответствующие опорный элемент, а на наружной боковой поверхности гайки выполнены кольцевые выборки, в каждой из которых расположен соответствующий опорный элемент, а на наружной боковой поверхности гайки выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные кольца. В корпусе шарового крана установлен стопор для фиксации гайки в положении, при котором обеспечивается поджатие гайкой опорных элементов к поверхности шара. Стопор выполнен в виде винта на боковой поверхности головки которого может располагаться кольцевой элемент, препятствующий загрязнению резьбы гайки пластовой жидкостью. На другом конце корпуса шарового крана установлен переводник, закрепленный в корпусе посредством резьбового соединения.
Средство поворота шара из открытого положения в закрытое и наоборот содержит поворотный шток с ориентировочной риской, расположенный в выполненном в корпусе шарового крана боковом канале и подсоединенный к шару, и рукоятку, установленную в поворотном штоке и расположенную снаружи корпуса, которая в зависимости от назначения крана может быть как съемной, так и закрепленной.
На цилиндрической части поворотного штока, взаимодействующей с корпусом, выполнены кольцевые канавки, в которых расположены кольцевые уплотнительные элементы. Кроме того, поворотный шток имеет выступающий кольцевой бурт, диаметр которого больше диаметра участка штока, установленного в боковом канале корпуса, при этом на поверхности осевого канала корпуса в зоне установки средства поворота шара имеется ступенчатая выборка, в которую заглублен кольцевой бурт.
На внутренней поверхности центрального отверстия гайки предусмотрен участок под гаечный ключ шестигранной или иной формы.
Благодаря использованию в устьевом запорном узле гайки, установленной внутри корпуса шарового крана и опирающейся своим торцом на опорный элемент, обеспечивается возможность регулировки степени поджатия кольцевых опорных элементов к поверхности шара, в том числе и в случае износа трущейся пары «опорный элемент - поверхность шара». В результате обеспечивается необходимое уплотнение в зоне этой пары. Расположение кольцевых опорных элементов в обращенных друг к другу кольцевых выборках, выполненных соответственно в торце гайке, обращенном к шару и в противолежащем этому торцу участке корпуса, обеспечивает при воздействии на опорные элементы со стороны гайки их равномерную деформацию как в осевом, так и в радиальном направлении, благодаря чему повышается степень герметизации пары «опорный элемент - поверхность шара» и увеличивается срок службы запорного узла. Возможное отворачивание гайки неизбежно приведет к снижению степени герметизации пары «опорный элемент - поверхность шара». Чтобы исключить ослабление поджатия опорных элементов к шару из-за отворачивания гайки, в шаровом кране предусмотрен стопор, фиксирующий гайку в положении, при котором обеспечивается поджатие ею опорных элементов к шару. Наличие на наружной боковой поверхности гайки кольцевых уплотнительных элементов дополнительно способствует повышению герметичности запорного узла.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображен устьевой запорный узел в виде шарового крана, показанный в осевом разрезе.
Предлагаемый устьевой запорный узел выполнен в виде шарового крана. Корпус 1 шарового крана имеет осевой канал 2. Нижний конец 3 корпуса 1 (в положении крана, показанном на чертеже) представляет собой конический резьбовой участок, служащий для установки запорного узла на колонне насосно-компрессорных или бурильных труб. Внутри корпуса со стороны его верхнего конца 4 установлен переводник 5 с наружной резьбой 6, взаимодействующей с резьбовым участком 7 в корпусе, и с внутренней резьбой 8 для соединения с трубой необходимого типоразмера.
Шар 9 шарового крана установлен в корпусе 1 с возможностью поворота вокруг оси 10, перпендикулярной оси 11 канала 2 корпуса 1. Шар 9 имеет сквозное диаметральное отверстие 12. При установке шара 9 в положении «открыто» отверстие 12 совпадает с осевым каналом 2 корпуса 1, а в положении «закрыто» поверхность шара 9 перекрывает осевой канал 2 корпуса 1.
Средство поворота шара 9 содержит поворотный шток 13, который расположен в боковом канале 14, выполненном в корпусе 1. Ось бокового канала 14 перпендикулярна оси осевого канала 2 корпуса 1. Поворотный шток 13 имеет хвостовик 15, посредством которого шток подсоединяется к шару 9. Хвостовик 15 размещен в гнезде 16, выполненном в шаре 9. В штоке 13 выполнено шестигранное гнездо 17, в котором расположен хвостовик 18 рукоятки 19. Участок 20 штока 13, расположенный непосредственно в боковом канале 14 корпуса 1, имеет на своей наружной боковой поверхности кольцевые канавки, в которых расположены кольцевые уплотнительные элементы 21. Кроме того, поворотный шток 13 имеет кольцевой бурт 22, диаметр которого больше диаметра участка 20 штока. При этом на поверхности осевого канала корпуса 1 имеется ступенчатая выборка 23, в которую заглублен кольцевой бурт 22. Наличие бурта 22 и его размещение в ступенчатой выборке 23 создает дополнительную герметизацию в узле крепления средства поворота шара.
На поворотный шток 13 нанесена риска, по которой определяют положение шарового крана (открытое или закрытое).
В корпусе 1 по разные стороны от шара 9 и перпендикулярно оси канала 2 установлены опорные элементы 24 и 25. Каждый опорный элемент выполнен в виде кольца и образует соответствующее седло шара 9. Седла шара 9 выполнены из сополимера полиамида, что обеспечивает их высокую надежность и позволяет отказаться от дополнительной смазки.
Внутри корпуса 1 установлена гайка 26, на наружной боковой поверхности которой имеется резьбовая нарезка 27, взаимодействующая с резьбовым участком на поверхности осевого канала 2 корпуса 1. На внутренней поверхности центрального отверстия 28 гайки 26 имеется фигурный участок 29 шестигранной формы под гаечный ключ. В гайке 26 со стороны ее торца, обращенного к шару 9, выполнена кольцевая выборка 30. Аналогичная кольцевая выборка 30 выполнена на участке 31 корпуса 1, расположенном с противоположной относительно гайки 26 стороны шара 9. Гайка 26 предназначена для обеспечения поджатия опорных элементов (седел) 24, 25 к поверхности шара 9 с целью достижения герметичности крана.
На наружной боковой поверхности гайки 26 выполнены кольцевые канавки, в которых установлены уплотнительные кольца 32 и 33.
Фиксированное положение гайки 26 в корпусе 1 обеспечено стопором 34, благодаря которому исключается отворачивание гайки 26. Стопор 34 установлен в боковом отверстии 35, имеющемся в корпусе 1. Стопор 34 выполнен в виде винта. На боковой поверхности головки 36 винта выполнена кольцевая канавка, в которой расположен кольцевой уплотнительный элемент 37. Под головкой 36 винта установлена шайба 38.
Шаровой кран функционирует следующим образом.
При открытом положении шарового крана рабочая среда свободно проходит через его осевой канал. Для закрытия крана необходимо при помощи рукоятки 19 повернуть шток 13 по часовой стрелке на 90°, при этом риска на штоке 13 должна совпасть с буквой «З» (закрыто) на корпусе 1. Открытие производится поворотом штока 13 против часовой стрелки на 90°, при этом риска на штоке 13 должна совпасть с буквой «О» (открыто) на корпусе 1.