Устройство для герметизации отверстия кабельного ввода фонтанирующей скважины
DEVICE FOR SEALING THE OPENING OF THE CABLE ENTRY OF A FLOWING WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли промышленности и может быть использовано на скважинах, оборудованных погружными насосами, фонтанные арматуры которых укомплектованы адаптером, оснащенным кабельным вводом, в случае разгерметизации соединений корпуса кабельного ввода и демонтажа его корпуса из отверстия адаптера.
Известен герметизатор (1) кабельного ввода, включающий основание, направляющие, связанные с подвижной траверсой, механический привод, шарнирно связанный с направляющими и основанием, и противовыбросовое оборудование, обеспечивающий герметизацию кабельного ввода, снабженный полым валом с раструбом на одном конце и устройством для осевого перемещения полого вала. При этом раструб имеет уплотняющий элемент, основание выполнено в виде плиты, фиксируемых на плитах, выполненных с возможностью крепления к фланцу фонтанирующей арматуры, противовыбросовое оборудование навинчено на другом конце полого вала, устройство осевого перемещения полого вала смонтировано на подвижной траверсе и выполнено в виде редуктора, соединенного через шарнир карданной передачи с приводом для обеспечения подвода и прижатия полого вала с раструбом к торцу кабельного ввода, а плиты выполнены раздвижными.
Однако известный герметизатор имеет существенные недостатки:
- крепление основания посредством плит к фланцу фонтанной арматуры консольное, не жесткое, с использованием трудоемких операций демонтажа двух шпилек фланцевого соединения фонтанной арматуры;
- конструкция герметизатора не обеспечивает герметизацию фонтанирующей скважины в случае разгерметизации соединений корпуса кабельного ввода;
- конструкция герметизатора с ручным вращением штурвала для осевого перемещения полого вала и прижатия его раструба с вращением к корпусу кабельного ввода, ограничивает возможность применения на скважинах, находящихся под аномально высоким (более 35 МПа) давлением скважинной среды, из-за того, что для создания удельного давления на поверхности отпечатка уплотняющего элемента раструба, при прижатии его к торцу кабельного ввода, превышающего с коэффициентом запаса давление скаженной среды, требуется существенно увеличить сжимающую осевую нагрузку полого вала, при этом с его вращением путем вращения штурвала, что снижает надежность герметизации, за счет приложения усилий ручного труда.
Целью изобретения является техническое решение, реализация которого позволит:
- повысить жесткость крепления основания к фланцу фонтанной арматуры без трудоемких операций демонтажа шпилек фланцевого соединения;
- обеспечить герметизацию отверстия адаптера фонтанной арматуры под кабельный ввод фонтанирующей скважины при разгерметизации соединений корпуса кабельного ввода после демонтажа его корпуса из отверстия адаптера;
- повышение надежности герметизации и обеспечение возможности применения конструкции на скважинах, находящихся под аномально высоким давлением скважинной среды для герметизации отверстия адаптера под кабельный ввод без усилий ручного труда.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для герметизации отверстия кабельного ввода фонтанирующей скважины (далее по тексту - устройство), включающее основание, направляющие, связанные с траверсой и основанием, полый ствол, шаровой кран, оснащенный отводной трубой и гидроцилиндр подъема направляющих, в котором основание для возможности жесткого крепления к трубной головке фонтанной арматуры выполнено в виде двух размещенных диаметрально, с каждой стороны ее боковых отводов, опорных плит, накинутых сквозными отверстиями, каждая, на четыре нижних гайки верхнего фланца трубной головки до упора во фланец, причем под каждой опорной плитой установлены два распорных кронштейна, размещенных под крайними ее отверстиями, которые оснащены винтами и колодками, при этом распорные кронштейны, каждый, выполнен в виде плиты со стойкой, а плита распорного кронштейна сквозным отверстием накинута на крайнюю гайку, охватываемую опорной плитой, до упора в опорную плиту, причем винт, ввинченный в ответное резьбовое отверстие стойки распорного кронштейна, упирается в колодку, размещенную на нижнем фланце трубной головки, которая охватывает две гайки нижнего фланца, и фиксируется своей цилиндрической бобышкой в отверстии колодки, выполненном на ее верхнем торце, при этом направляющие выполнены в виде гидроцилиндров, выполняющих функцию наведения полого ствола на отверстие адаптера под кабельный ввод, наклонно размещенного в адаптере фонтанной арматуры, и которые проушинами корпусов установлены, каждый, с возможностью поворота на пальце, размещенном в проушинах кронштейна, установленного на опорной плите и жестко скрепленного с ней двумя болтами со стороны бокового отвода трубной головки с гарантированным зазором «е» от торца винта, выступающего из наружного диаметра верхнего фланца трубной головки, в котором в резьбовое отверстие перемычки, соединенной посредством сварки с торцами проушин, ввинчен регулировочный упорный винт, оснащенный контргайкой, причем горизонтальные оси пальцев, установленных в проушинах кронштейнов, размещены на одной оси, перпендикулярно пересекающейся с осью отверстия адаптера под кабельный ввод, а штока гидроцилиндров наведения посредством вварных по концам траверсы упорных втулок, охватывающих штока гидроцилиндров наведения и болтов, ввинченных в резьбовые отверстия торцов штоков, жестко соединены с траверсой, при этом в центральном отверстии траверсы, ось которой и ось отверстия адаптера под кабельный ввод размещены в одной вертикальной плоскости, совмещенной с осью скважины перпендикулярно боковым отводам трубной головки, закреплен полый ствол, нижний конец которого посредством конической резьбы свинчен со сменной насадкой с осевым отверстием, наружный диаметр которой в зоне осевого отверстия оснащен конусным свинцовым уплотнителем с возможностью герметизации отверстия кабельного ввода, а на верхний конец ствола навинчен шаровой кран, оснащенный отводной трубой, кроме того корпуса гидроцилиндров наведения соединены между собой посредством охватывающих их разъемных хомутов, оснащенных проушинами, скрепленных размещенной между ними стяжкой, торцы которых охватывают проушины разъемных хомутов, а средняя часть стяжки оснащена двумя проушинами, оснащенными пальцем, с которым подвижно соединена проушина штока гидроцилиндра подъема, размещенного в плоскости, перпендикулярной боковым отводам трубной головки, напротив отверстия адаптера под кабельный ввод, причем корпус гидроцилиндра подъема подвижно установлен проушиной на пальце, размещенном в двух проушинах опорного кронштейна, состоящего из двух плит верхней с проушинами и нижней, каждая из которых сквозными отверстиями накинута на две гайки, соответственно, сверху и снизу фланцевого соединения трубной и колонной головок, и которые скреплены между собой на нем двумя стяжными и одной распорной шпильками, оснащенными буртом и гайками каждая, кроме того штоковые и поршневые полости гидроцилиндров наведения объединены коллектором в отдельные гидролинии, при этом штоковая гидролиния оснащена гидрозамком.
Конструкция устройства приведена на фигурах:
1 - вид устройства сбоку в исходном горизонтальном положении наводимой сборки;
2 - укрупненно, вид А - сверху на устройство (фиг. 1);
3 - устройство по разрезу Г-Г на виде сбоку (фиг. 1) - крепление опорных плит к трубной головке фонтанной арматуры;
4 - коллектор штоковых и поршневых полостей гидроцилиндров наведения;
5 - укрупненно, вид устройства сбоку в наклонном положении наводимой сборки, при котором полый ствол размещается соосно оси отверстия адаптера под кабельный ввод;
6 - укрупненно, насадка полого ствола в разрезе, введенная конусным свинцовым уплотнителем в отверстие адаптера под кабельный ввод и прижатия усилием гидроцилиндров наведения к поверхности адаптера.
Устройство включает в себя основание, выполненное в виде двух диаметрально размещенных опорных плит 1 и 2, направляющие, выполненные в виде гидроцилиндров наведения 3 и 4, траверсу 5, оснащенную полым стволом 6 с навинченными на его нижнем конце сменной насадкой 7 и на его верхнем конце - шаровым краном 8, оснащенным отводной трубой 9 и гидроцилиндр подъема 10.
Каждая опорная плита 1 и 2 накинута сквозными отверстиями на четыре нижние гайки верхнего фланца трубной головки 11. Под каждой опорной плитой установлены два распорных кронштейна 12, выполненные в виде плит со стойками и оснащенные винтами 13 и колодками 14. Плиты распорных кронштейнов 12 сквозными отверстиями накинуты на крайние гайки, охватываемыми опорными плитами 1 и 2. Винты 13 стоек распорных кронштейнов 12 упираются в колодки 14, размещенные на нижнем фланце трубной головки 11 и охватывающие, каждая, по две его верхние гайки. Цилиндрическими бобышками, выполненными на торце, винты 13 фиксируются в отверстиях колодок 14.
Введение в конструкцию устройства двух диаметрально расположенных опорных плит 1 и 2, накинутых на нижние гайки верхнего фланца трубной головки 11 до упора в ее фланец и размещение под каждой двух распорных кронштейнов 12, выполненных в виде плит со стойками, с винтами 13, ввинченными в его стойки и упирающихся в торцы колодок 14, установленных на нижнем фланце трубной головки 11, каждая из которых охватывает по две его гайки, повышают жесткость крепления основания - опорных плит, к фланцу фонтанной арматуры - к верхнему фланцу трубной головки 11, без трудоемких операций демонтажа шпилек фланцевого соединения.
Корпуса гидроцилиндров наведения 3 и 4 отверстиями проушин установлены с возможностью поворота на пальцах 15 кронштейнов 16 и 17, установленных на опорных плитах 1 и 2 соответственно и жестко скрепленных с ними болтами 18 с каждой стороны бокового отвода трубной головки с гарантированным зазором «е» от торцов винтов 19 выступающих из наружного диаметра верхнего фланца трубной головки 11. В перемычки кронштейнов ввинчены регулировочные упорные винты 20, оснащенные контргайками 21. Оси пальцев 15 размещены на одной оси перпендикулярно пересекающейся с осью отверстия адаптера 42 под кабельный ввод.
Штока гидроцилиндров наведения 3 и 4 посредством вварных по концам траверсы упорных втулок 22 и болтов 23 жестко соединены с траверсой 5. В центральном отверстии траверсы, ось которой и ось отверстия адаптера 42 под кабельный ввод размещены в одной вертикальной плоскости, совмещенной с осью скважины, перпендикулярно боковым отводам трубной головки, закреплен полый ствол 6. Нижний конец ствола посредством конической резьбы свинчен со сменной насадкой 7 с осевым отверстием, а на верхний конец ствола навинчен шаровой кран 8, оснащенный отводной трубой 9.
Корпуса гидроцилиндров наведения посредством разъемных хомутов 28, 29, оснащенных проушинами 24, стяжки 30, торцы которых охватывают проушины 24 хомутов, и болтов 31 скреплены между собой. Средняя часть стяжки, оснащенная проушинами 25 и пальцем 32, соединена с проушиной штока гидроцилиндра подъема 10, размещенного в плоскости, перпендикулярной боковым отводам трубной головки, напротив отверстия адаптера 42 под кабельный ввод. Проушиной корпуса гидроцилиндр подъема 10 подвижно установлен на пальце 34, размещенном в проушинах 35 опорного кронштейна. Опорный кронштейн состоит из верхней плиты 36 с проушинами 35 и нижней 37. Плиты 36 и 37 сквозными отверстиями накинуты, каждая, на две гайки, соответственно, сверху и снизу фланцевого соединения трубной 11 и колонной 33 головок и скреплены между собой на нем двумя стяжными 38 и одной распорной 39 шпильками, оснащенными буртом и гайками 40 каждая. Штоковые и поршневые полости гидроцилиндров наведения 3 и 4 оснащены муфтами 26 и штекерами 27, а штоковая и поршневая полости гидроцилиндра подъема 10 оснащены муфтой 53 и штекером 54 быстроразъемных соединений.
Гидроцилиндры наведения 3 и 4 выполняют функцию наведения полого ствола устройства, оснащенного насадкой 7, на отверстие кабельного ввода, наклонно размещенного в адаптере 42 трубной головки 11.
Наружный диаметр насадки 7 в зоне осевого отверстия оснащен конусным свинцовым уплотнителем 41, который обеспечивает герметизацию отверстия адаптера 42 под кабельный ввод при вводе его в отверстие и прижатия к поверхности адаптера 42 усилием гидроцилиндров наведения 3 и 4, обеспечивающим создание удельного давления на поверхности отпечатка уплотнителя 41 насадки 7, превышающего с коэффициентом запаса давление скважинной среды. При этом необходимое усилие гидроцилиндров наведения определятся по формуле:
2
2
Q=0,785⋅(D-d)⋅P⋅K,
где, D - наружный диаметр отпечатка конусного уплотнителя насадки (фиг. 6);
d - внутренний диаметр резьбы в плоскости торца отверстия под кабельный ввод (фиг. 6);
P - давление скважинной среды;
K - назначенный коэффициент запаса.
Штоковые и поршневые полости гидроцилиндров 3 и 4 наведения посредством муфт 26, штекеров 27 и рукавов 43 и 44 высокого давления, оснащенных ответными, соответственно, штекерами 49 и муфтами 50, объединены в корпусах 53 и 54 коллектора 45 в отдельные гидролинии 46 и 47 соответственно. При этом штоковая гидролиния 46 корпуса 53 коллектора 45 оснащена гидрозамком 48 одностороннего действия, запирающим давление рабочей жидкости в штоковых полостях гидроцилиндров после наведения ими полого ствола 6 с насадкой 7 на отверстие адаптера 42, введения в его отверстие конусного свинцового уплотнителя 41 насадки 7 и прижима уплотнителя к поверхности адаптера 42. Штоковая линия корпуса гидрозамка 48 на его входе оснащена муфтой 51, а поршневая - штекером 52 быстроразъемных соединений.
Введение в конструкцию устройства гидроцилиндров наведения, обеспечивающих наведение полого ствола, оснащенного насадкой с осевым отверстием, наружный диаметр которого в зоне осевого отверстия оснащен конусным свинцовым уплотнителем, на отверстие адаптера под кабельный ввод, наклонно размещенного в адаптере, с вводом конусного свинцового уплотнителя насадки в отверстие адаптера и прижатия уплотнителя насадки к его поверхности и штоковые полости которых, объединены в одну гидролинию, оснащенную гидрозамком, обеспечивают герметизацию отверстия адаптера под кабельный ввод фонтанирующей скважины в случае разгерметизации соединений корпуса кабельного ввода и демонтажа его корпуса из отверстия адаптера, а также повышают надежность герметизации и обеспечивают возможность применения конструкции устройства на скважинах, находящихся под аномально высоким давлением скважинной среды для герметизации отверстия адаптера под кабельный ввод без усилий ручного труда.
Устройство используется следующим образом.
Из отверстия адаптера 42 фонтанной арматуры демонтируется корпус кабельного ввода с разгерметизированными соединениями, по которым фонтанирует скважинная среда.
Поочередно и диаметрально накидываются опорные плиты 1 и 2, с закрепленными на них кронштейнами 16 и 17, сквозными отверстиями на четыре нижние гайки верхнего фланца с каждой стороны бокового отвода трубной головки 11 до упора во фланец. Под крайними отверстиями опорных плит размещаются распорные кронштейны 17 с винтами 13, ввинченными в их стойки, а сквозными отверстиями их плит - накинутыми на нижние гайки верхнего фланца, охватываемыми крайними отверстиями опорных плит. Винты 13 вывинчиваются из стоек распорных кронштейнов 12 до упора в торцы колодок 14, предварительно установленных, каждая, на две гайки нижнего фланца трубной головки 11 и тем самым жестко фиксируют опорные плиты, размещенные под верхним фланцем трубной головки. При этом винты 13 фиксируются своими цилиндрическими бобышками в отверстиях колодок 14.
Фланцевое соединение трубной 11 и колонной 33 головки в плоскости, перпендикулярной боковым отводам трубной головки, напротив отверстия адаптера под кабельный ввод, оборудуется опорным кронштейном посредством накидывания сквозными отверстиями верхней 36 и нижней 37 его плит на две гайки сверху и снизу фланцевого соединения. Плиты 36 и 37 скрепляются между собой двумя стяжными 38 и одной распорной 39 шпильками, оснащенными гайками 40.
Траверса устройства 5, оборудованная полым стволом 6, на нижний конец которого навинчена насадка 7, оснащенная конусным свинцовым уплотнителем 41, а на верхний - шаровой кран 8 с отводной трубой 9, в сборе с выдвинутыми штоками гидроцилиндров наведения 3 и 4 и горизонтальном положении сборки посредством грузоподъемного устройства (крана, на чертежах и в описании не приводятся) подается к устью фонтанирующей скважины проушинами корпусов гидроцилиндров 3 и 4 в проушины кронштейнов 16 и 17 опорных плит 1 и 2, которые соединяются пальцами 15. Далее, проушины стяжки 30 пальцем 32 соединяются с проушиной штока гидроцилиндра подъема 10, который проушиной корпуса соединяется пальцем 34 с проушинами 35 верхней плиты 36 опорного кронштейна во время приподнятая сборки за проушину отводной трубы 9, поворота гидроцилиндров наведения на пальцах 15 кронштейнов 16 и 17 опорных плит 1 и 2 и совмещения отверстий проушины гидроцилиндра подъема 10 с проушинами 35 верхней плиты 36 опорного кронштейна.
Свободные концы рукавов 43 и 44 высокого давления коллектора элементами быстроразъемных соединений 49 и 50 соединяются с ответными элементами быстроразъемных соединений, соответственно, штоковых и поршневых полостей гидроцилиндров наведения 3 и 4.
К муфтам и штекерам быстроразъемных соединений гидрозамка 48 коллектора 45 гидроцилиндров наведения 3 и 4 и гидроцилиндра подъема 10, соответственно, подсоединяются ответными штекерами и муфтами быстроразъемных соединений свободные концы рукавов высокого давления гидростанции, оснащенной пультом управления (на чертежах и в описании не приводятся) работой гидроцилиндров устройства. При этом гидростанция размещена на безопасном расстоянии от устья фонтанирующей скважины.
С пульта гидростанции, дистанционно, управляя работой гидроцилиндров устройства, а именно выдвижением штока гидроцилиндра подъема поднимают гидроцилиндры наведения, оборудованных траверсой с полым стволом, оснащенной насадкой с конусным свинцовым уплотнителем и шаровым краном с отводной трубой из исходного горизонтального положения в наклонное положение - до упора корпусов гидроцилиндров наведения в регулировочные упорные винты кронштейнов опорных плит. При этом полый ствол размещается соосно оси отверстия адаптера под кабельный ввод. Положение винтов в перемычках кронштейнов опорных плит, обеспечивающих соосное положение полого ствола с отверстие кабельного ввода, фиксируется контргайками при отработке работоспособности устройства на «ложном» устье, оборудованном идентично фонтанирующему устью скважины. Втягиванием штоков гидроцилиндров наведения наводят полый ствол с насадкой на отверстие кабельного ввода адаптера, вводят конусный свинцовый уплотнитель насадки в его отверстие и прижатием уплотнителя к поверхности адаптера герметизируют отверстие под кабельный ввод. При этом гидрозамок штоковых полостей обеспечивает герметизацию давления рабочей жидкости в штоковых полостях гидроцилиндров наведения.
Устройство изготовлено и испытано в цеховых и условиях максимально приближенных к реальным на фонтанирующем устье испытательного полигона тренировочного центра «Досанг».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. «Герметизатор кабельного ввода», описание изобретения к патенту №2241110, 27.11.2004.