Устройство для перекрытия устья скважины
DEVICE FOR CLOSING WELLHEAD

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для перекрытия устья скважины, например, в случае пожара.
Известны устройства, предназначенные для этой цели. Например, противопожарный затвор для буровых скважин (авторское свидетельство № 675170). Он содержит запорный поворотный механизм, жидкостный амортизатор с поршнем, на верхнем штоке которого размещен груз, а нижний шток, через шатун, связан с поворотной скобой механизма перекрытия скважины. Верхний шток через гибкую тягу связан с плавким предохранителем. Внутри амортизатора установлена нормально растянутая пружина. При пожаре разрушается плавкий предохранитель, шток под действием груза идет вниз, срабатывает механизм поворота, и скважина перекрывается.
Недостатком данной конструкции является следующее: при воздействии высокой температуры деформируются штоки и тяги, из амортизатора вытекает жидкость; и самое главное – ввиду наличия зазора между корпусом и поворотной пробкой, имеют место утечки нефти или газа уже после срабатывания механизма; то есть горючее, хоть и в малых количествах, но, все-таки, поступает в зону горения. Все вышеописанное устройство весьма сложное, громоздкое, да еще и имеет весьма большое время срабатывания.
В качестве прототипа можно взять устройство, описанное в патенте № 1578311. Данное устройство состоит из корпуса, в котором имеется сквозное отверстие, которое, в свою очередь, пересекается с радиальным глухим каналом. Точкой пересечения сквозного канала с радиальным глухим каналом осуществляется деление сквозного канала на две ветви. В нижнюю ветвь флюид поступает из скважины, а из верхней ветви флюид поступает в выкидную елку. В глухом радиальном канале имеются поршень, заневоленная в легкоплавком материале пружина. Глухой радиальный канал закрывается крышкой. В случае пожара легкоплавкий материал расплавляется, пружина высвобождается, и поршень перекрывает сквозное отверстие. Заметим, что глухой канал перпендикулярен осевому каналу. Так как флюид не чистый (в нем содержатся песок, камешки и другие примеси), перекрытие канала затруднено. Следует также отметить, что поток флюида перпендикулярен движению поршня, что, в свою очередь, отрицательно влияет на динамику работы по перемещению поршня, а также на надежность устройства в целом.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении надежности устройства и мгновенном перекрытии трубопровода при возникновении пожара или иной аварийной ситуации.
Предложено устройство для перекрытия устья скважины, содержащее поршень, казенник, в котором корпус устройства выполнен в виде трех ветвей: нижняя сквозная ветвь, верхняя сквозная ветвь и нижняя глухая боковая ветвь с проточкой, причем нижняя сквозная и верхняя сквозная ветви расположены под тупым углом, а нижняя глухая боковая ветвь с проточкой, примыкает к месту стыковки верхней и нижней сквозных ветвей, причем нижняя глухая ветвь с проточкой соосна с верхней сквозной ветвью, в которой имеется буртик, а в нижней глухой ветви – отверстие, в проточке нижней глухой боковой ветви располагаются пороховой заряд, взрыватель, разрезная втулка.
Длина поршня больше, чем расстояние от буртика до места стыковки нижней глухой боковой ветви со сквозными ветвями. Длина нижней глухой боковой ветви больше суммы длин поршня, разрезной втулки и хода поршня. Поршень опирается на разрезную втулку. В нижней глухой боковой ветви имеется отверстие для выпуска пороховых газов. Разрезная втулка устанавливается так, чтобы разрез совпадал с отверстием для выпуска пороховых газов. Поршень со стороны, обращенной к казеннику, имеет нарезное отверстие.
Технический результат достигается тем, что между ветвью, в которую поступает флюид и ветвью, через которую уходит флюид, должен быть тупой угол.
С целью устранения вышеизложенных недостатков предлагается устройство, показанное на фиг. 1.
Данное устройство состоит из корпуса 1, в котором имеются три ветви: нижняя сквозная ветвь, верхняя сквозная ветвь и боковая глухая ветвь с проточкой, по которой перемещается поршень 10. Проточка охватывает всю нижнюю глухую боковую ветвь и нижнюю часть верхней сквозной ветви. Проточка заканчивается буртиком 11. Причем длина проточки больше сумм длин поршня 10, разрезной втулки 4 и хода поршня.
В нижнюю сквозную ветвь флюид поступает из скважины, из верхней сквозной ветви флюид вытекает; причем угол между этими ветвями должен быть тупым (порядка 120 – 160 °). В месте соединения этих двух ветвей присоединяется нижняя глухая боковая ветвь, расположенная на одной оси с верхней сквозной ветвью. В глухой ветви собран спусковой механизм, включающий в себя поршень 10 (с несколькими направляющими поясками), пороховой заряд 3, взрыватель 5. Чтобы пороховой заряд и взрыватель не повредились от давления флюида, поршень опирается на разрезную втулку 4, причем разрез втулки совпадает с отверстием 8. Разрезная втулка 4 принимает на себя всю механическую нагрузку, которую оказывает давление содержимого трубопровода и защищает пороховой заряд 3 и взрыватель 5. Эта часть устройства удерживается с помощью казенника 7, навинчиваемого на нижнюю глухую боковую ветвь устройства. Именно эта деталь удерживает спусковой механизм и делает эту ветвь глухой. Если надо заменить или проконтролировать пороховой заряд и взрыватель, то можно выкрутить фасонный болт 6, и произвести необходимые манипуляции.
Устройство работает следующим образом.
При поступлении сигнала на взрыватель 5 таковой срабатывает, в результате чего срабатывает пороховой заряд 3, что вызывает перемещение поршня 10 до конца проточенной части 2 нижней глухой боковой ветви. Поршень 10 упирается в буртик 11 и тем самым перекрывает канал, по которому движется флюид. Следует отметить, что длина поршня в предлагаемом нами устройстве больше, чем расстояние от буртика до места стыковки нижней глухой боковой ветви со сквозными. За счет этого при его упоре в буртик проточки продукты сгорания пороха не попадают внутрь нижней и верхней сквозных ветвей.
Следует заметить, что в данном случае поршень перемещается практически по потоку флюида, что выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа (патент № 1579311). То есть, в этом случае гораздо меньше влияет загрязненность потока, движение поршня более устойчивое, предлагаемое нами устройство работает более надежно.
Восстанавливается данное устройство следующим образом. После срабатывания данного механизма казенник 7 частично откручивается, чтобы открылось отверстие 8 для выпуска пороховых газов. Затем казенник 7 закручивается обратно, так, чтобы в случае большого остаточного давления остатков флюида поршень 10 не вылетел из нижней глухой боковой ветви. Если же поршень 10 останется на месте, то выкручивается фасонный болт 6, в нарезное отверстие 9 вкручивается штанга, ставятся на место поршень 10 и разрезная втулка 4, помещается новый пороховой заряд 3, ставится на место взрыватель 5 и накручивается казенник 7. Устройство вновь готово к работе.