ПРЕВЕНТОР КОЛТЮБИНГОВЫЙ
COILED TUBING PREVENTER

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин в процессе спуска и подъема длинномерных безмуфтовых (колтюбинговых) труб при проведении работ по строительству, освоению, исследованию и ремонту скважин с целью обеспечения безопасности, предупреждения и ликвидации нефтегазоводопроявлений, охраны недр и окружающей среды.
Известен «Превентор» (Патент ПМ №48354, E21B 33/06, опубликовано 10.10.2005, бюл. №28), содержащий:
- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой четыре горизонтальные полости,
- в которых установлены с возможностью перемещения трубные, удерживающие, отрезные и глухие плашки,
- гидроприводы перемещения плашек,
- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,
- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,
- ручные приводы глухих и трубных плашек, содержащие толкатели со штурвалами,
- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами глухой и трубной плашек.
Недостатком известного превентора является его значительный высотный габарит, обусловленный необходимостью размещения в корпусе нескольких видов плашек для обеспечения расширенных эксплуатационных возможностей превентора, что требует повышенных трудозатрат при его обслуживании, а также при монтаже оборудования, устанавливаемого на верхний фланец известного превентора.
Кроме того, у известного превентора после захвата спущенной трубы и ее отрезания в случае отказа гидропривода невозможно открыть отрезные и удерживающие плашки, поскольку ручной привод предназначен только для их закрытия и фиксации. Это снижает надежность применения известного превентора, так как временные затраты на восстановление работы гидропривода могут быть значительными, а связанная с этим невозможность расхаживания в скважине спущенных труб может привести к их прихвату с неизбежными временными затратами на ликвидацию аварийных последствий.
Конструкция обратных клапанов известного превентора предполагает взаимодействие затворов при их перемещении от посадочного места с отжимом упругих элементов и образованием кольцевых зазоров для протекания жидкости. При этом после открытия положение затворов относительно посадочных мест не фиксируется и зависит от усилия упругих элементов. В связи с этим величина смещения затворов может быть различной, например, из-за неодинаковых по величине усилий упругих элементов или погрешностей их изготовления, даже в пределах допусков. Это приведет к тому, что площади кольцевых зазоров для протекания жидкости у различных затворов могут быть неодинаковы, что является недостатком известного превентора, так как вследствие нефиксированного положения затворов и вероятности уменьшения площади кольцевого сечения вокруг одного из затворов, может возникнуть ситуация, при которой циркулирующая жидкость, преодолевая сопротивление упругого элемента, переместит затвор на посадочное место и перекроет канал управления гидроприводом. В этом случае превентор становится неуправляемым от гидропривода и при возникновении аварийной ситуации не сможет обеспечить оперативную герметизацию устья скважины, поскольку переход на ручное управление в связи с особенностями конструкции известного превентора требует значительных затрат времени.
Последнее объясняется тем, что для ручного закрытия плашек необходимо предварительно расфиксировать подвижную скобу, переместить ее до совмещения отверстия меньшего диаметра с кольцевым пазом толкателя и зафиксировать в этом положении. Тем самым будет обеспечена неподвижность толкателя в продольном направлении и кинематическое взаимодействие винтовой пары толкателя и вала для возврата плашек. Затем вращением толкателя, вывинчивая его из вала, перемещают последний вместе с поршнем и плашкой для закрытия превентора. Аналогичную процедуру необходимо произвести и для ручного открытия плашек при отказе гидропривода.
Столь значительные затраты времени вначале на попытку закрытия превентора от гидравлического пульта управления, а затем на выявление неисправности последнего и переход на ручной привод не обеспечивают оперативности, надежности и безопасности работ по предотвращению или ликвидации нефтегазопроявлений, в результате чего может возникнуть открытый газонефтяной фонтан, ликвидация которого потребует значительных затрат.
Совокупность перечисленных обстоятельств снижает надежность работы и удобство обслуживания известного превентора.
Известен «Превентор» (Патент ПМ №51659, Е21В 33/06, опубликовано 27.02.2006), содержащий:
- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой две горизонтальные полости,
- в которых установлены с возможностью перемещения срезные глухие и удерживающие трубные плашки, снабженные полукольцевыми уплотнителями,
- причем одна из срезных глухих и удерживающие трубные плашки оснащены П-образными уплотнителями,
- гидроприводы перемещения плашек,
- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,
- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,
- ручные приводы плашек, содержащие толкатели со штурвалами,
- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек.
Известный превентор снабжен гидроприводами с ручными приводами, кинематической связью между ними и клапанами для перекрытия каналов, идентичными по конструкции аналогу, и вследствие этого обладает аналогичными недостатками.
Кроме того, известный превентор характеризуется низкой надежностью при работе, обусловленной возможной потерей герметичности между срезными глухими плашками после отрезания трубы и перекрытия устья скважины. Это объясняется особенностями работы превентора, его конструкцией, взаимным расположением узлов и деталей и заключается в следующем:
- после отрезания длинномерной трубы кромки ее торца вследствие деформации и вытягивания металла имеют рваную неровную поверхность с различной степенью приближения образовавшихся кромок к отрезающей плашке. Вследствие этого герметизирующий выступ перемычки П-образной части уплотнения плашки, перемещаясь непосредственно над поверхностью кромок торца отрезанной трубы, может быть деформирован ими до разрушения и не обеспечит герметичность перекрытия вертикального проходного отверстия после смыкания плашек;
- обязательным условием герметизации устья скважины известным превентором является соосное расположение срезных глухих плашек при их смыкании. При этом сомкнутые плашки для обеспечения герметичности должны быть прижаты к посадочному месту верхней части камеры корпуса. Однако вертикальное проходное отверстие, выполненное в корпусе превентора, не обеспечивает необходимой опоры для сомкнутых плашек, в связи с чем при возрастании скважинного давления верхняя часть сомкнутых торцов плашек может вытесняться вверх в вертикальное проходное отверстие, что приведет к несоосности взаимного положения плашек. При этом герметизирующий выступ П-образной перемычки уплотнителя будет отходить от посадочного места, в результате чего произойдет разгерметизация стыка;
- сборная конструкция уплотнителей плашек не обеспечивает надежной герметизации, так как в месте примыкания полукольцевых и П-образных уплотнителей имеются стыки, в которых возможны пропуски.
Низкая надежность работы известного превентора может быть обусловлена также и возможностью падения в ствол скважины ножа, находящегося в нижнем положении после отрезания трубы. Это объясняется тем, что этот нож, взаимодействуя с торцом отрезанной трубы, может быть зажат с усилием, превышающим усилие удержания ножа в плашке. Поэтому при открытии превентора и перемещении плашки нож, зажатый усилием взаимодействия с торцом отрезанной трубы, будет оставаться неподвижным, что приведет к его рассоединению с плашкой, в связи с чем нож может упасть в скважину, создав аварийную ситуацию.
Совокупность перечисленных обстоятельств значительно снижает надежность и безопасность работы известного превентора.
Задачей изобретения является создание технического решения превентора, обеспечивающего повышение надежности и безопасности работы.
Для обеспечения этого технического результата в известном превенторе, содержащем:
- корпус с вертикальным проходным отверстием для пропуска труб и симметрично расположенные относительно вертикального проходного отверстия одна над другой две горизонтальные полости,
- в которых установлены с возможностью перемещения срезные глухие плашки, снабженные полукольцевыми и П-образными уплотнителями, и трубные удерживающие плашки,
- гидроприводы перемещения плашек, содержащие гидроцилиндры с поршнями и штоками,
- каналы, выполненные в корпусе и гидроприводах для подачи под давлением жидкости управления плашками,
- клапаны обратные, предотвращающие слив жидкости из каналов при демонтаже гидроприводов, содержащие взаимодействующие между собой затворы, управляемые упругими элементами,
- ручные приводы плашек, содержащие толкатели со штурвалами,
- и узлы кинематической связи ручных приводов с гидроприводами плашек,
согласно изобретению:
- корпуса срезных глухих плашек снабжены треугольным выступом и треугольным ответным пазом, беззазорно взаимодействующими между собой при закрытии превентора,
- отрезные ножи установлены в пазах, выполненных на треугольном выступе и треугольном ответном пазе корпусов срезных глухих плашек, и зафиксированы шпонкой,
- взаимодействующие между собой герметизирующие поверхности уплотнителей расположены на треугольных поверхностях выступа и ответного паза корпусов срезных глухих плашек,
- полукольцевой и П-образный уплотнители выполнены в виде одного цельного элемента без стыковочной поверхности,
- между шаровыми затворами обратных клапанов установлены распорные втулки со щелевыми каналами,
- узел кинематической связи ручного привода с гидроприводом выполнен в виде резьбового стержня, проходящего через сквозное отверстие, выполненное в толкателе, соединяемого с резьбовым отверстием, выполненным в штоке, и фиксируемого с толкателем стопорным пальцем.
Изобретение поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - продольный разрез превентора, плашки открыты гидроприводом;
на фиг.2 - продольный разрез превентора, плашки закрыты гидроприводом;
на фиг.3 - выноска А с фиг.1, плашки открыты;
на фиг.4 - выноска Б с фиг.2, плашки открываются ручным приводом;
на фиг.5 - выноска В с фиг.1, клапаны открыты;
на фиг.6 - выноска В с фиг.1, клапаны закрыты;
на фиг.7 - вид Г с фиг.6 на распорные втулки;
на фиг.8 - вид Д на плашку 4 с фиг.3;
на фиг.9 - вид Е на плашку 5 с фиг.3;
на фиг.10 - уплотнитель 14 с П-образной перемычкой.
Превентор содержит корпус 1 (фиг.1, 2, 3) с возможностью пропуска трубы 2, плашки трубные удерживающие 3, плашки глухие отрезные 4 и 5 и гидроприводы 6 плашек.
Плашка глухая отрезная 4 состоит из корпуса 7 плашки с треугольным выступом 8, уплотнителя 9 и отрезного ножа 10. Отрезной нож 10 закреплен в корпусе 7 плашки 4 посредством шпонки 11, например, круглого сечения.
Плашка глухая отрезная 5 состоит из корпуса 12 плашки с треугольным пазом 13, ответным выступу 8 плашки 4, уплотнителя 14 и отрезного ножа 15. Отрезной нож 15 закреплен в корпусе 12 плашки 5 посредством шпонки 16, например, круглого сечения.
Гидроприводы 6 плашек состоят из гидроцилиндров 17 (фиг.1, 2) с поршнями 18, штоками 19, имеющими резьбовые отверстия 20, крышками 21 и ручных приводов 22 (на фиг.4), включающих в себя выполненные совместно с крышками 21 корпуса 23, и толкатели 24. В каждом толкателе 24 выполнено сквозное отверстие 25, в котором установлен резьбовой стержень 26 с шестигранной головкой и размещенными на нем опорой 27 с отверстием 28 и подшипником скольжения 29 с возможностью фиксации стопорным пальцем 30 за отверстия 31 и 32. На толкателях 24 установлены штурвалы 33, вместо которых могут быть присоединены карданные валы ручного дистанционного управления (не показаны).
Для подачи гидравлической жидкости через штуцера 34 (фиг.1, 5, 6, 7) к соответствующим рабочим полостям гидроцилиндров 17 в корпусе 1 и гидроцилиндрах 17 выполнены каналы 35 и 36 с расположенными в них клапанами 37, состоящими из шаровых затворов 38, размещенных в отверстиях 39, и пружин 40. Между шаровыми затворами 38 установлена распорная втулка 41 со щелевым каналом 42.
На треугольных поверхностях выступа 8 и ответного паза 13 корпусов 7 и 12 срезных глухих плашек 4 и 5 расположены взаимодействующие между собой герметизирующие наклонные поверхности 43 уплотнителей 9 и 14 и опорные поверхности 44 (фиг.3, 8, 9).
Уплотнитель 14 (фиг.10) состоит из полукольцевой 45 и П-образной 46 перемычек, выполненных как одно целое изделие.
В конструкции превентора предусмотрена и не показана фиксация плашек 3, 4, 5 и гидроприводов 6 от вращения.
Заявляемый превентор колтюбинговый работает следующим образом.
Превентор устанавливают на устье скважины (не показано), его работа в гидравлическом режиме управления осуществляется следующим образом.
Через корпус превентора спускают технологическое оборудование на гибкой (длинномерной) трубе 2 (фиг.1). При возникновении аварийной ситуации для герметизации устья скважины заявляемым превентором вначале в соответствующие полости гидроцилиндров 17, управляющих трубными удерживающими плашками 3, через штуцера 34, каналы 35, отверстия 39, в которых расположены шаровые затворы 38, кольцевые зазоры вокруг шаровых затворов 38, щелевые каналы 42 в распорных втулках 41 и каналы 36 подают гидравлическую жидкость от гидростанции (не показана). При этом распорные втулки 41 (фиг.5), находящиеся между шаровыми затворами 38, не дают им переместиться на посадочные места и перекрыть каналы 35 и 36. Плашки 3 под действием поршней 18 и штоков 19 перемещаются до взаимодействия со спущенной трубой 2, захватывают и герметизируют ее наружную поверхность (фиг.2).
Затем в соответствующие полости гидроцилиндров 17, управляющих глухой отрезной плашкой 4 и глухой отрезной плашкой 5, аналогичным образом подают гидравлическую жидкость от гидростанции. Плашки 4 и 5 под действием поршней 18 и штоков 19 перемещаются до взаимного контакта и после перерезания спущенной трубы 2 ножами 10 и 15 герметизируют проходное отверстие корпуса 1 уплотнителями 9 и 14. При перерезании гибкой трубы 2 рабочие герметизирующие поверхности 43 уплотнителей 9 и 14 находятся над зоной расположения отрезанной поверхности, что обеспечивает сохранность уплотнителей 9 и 14 и надежность герметизации. Уплотнитель 14 (фиг.10), выполненный в виде одного цельного элемента полукольцевой 45 и П-образной 46 перемычек, не имеет стыковочной поверхности, что также обеспечивает надежную герметизацию. Треугольный выступ 8 корпуса 7 плашки 4 (фиг.2), входящий в треугольный ответный паз 13 корпуса 12 плашки 5 и взаимодействующий с его поверхностями, создает «замок», который обеспечивает соосную фиксацию корпусов 7 и 12 плашек 4 и 5 относительно друг друга и препятствует разгерметизации уплотнителей 9 и 14 в месте контакта при возрастающем давлении скважины, обеспечивая тем самым надежную герметизацию.
После закрытия превентора гидроприводами 6 плашки 3, 4 и 5 фиксируют в закрытом положении ручными приводами 22 (фиг.2, 4), для чего вращением штурвалов 33 толкатели 24 перемещают до контакта с торцами штоков 19. В этом положении даже при отказе гидроприводов 6, благодаря ручным приводам 22, плашки 3, 4 и 5 будут закрыты, обеспечивая герметизацию устья скважины, что предотвращает возникновение открытого фонтана и повышает безопасность работ на скважине.
Для открытия превентора гидроприводами 6 необходимо предварительно произвести расфиксацию плашек 3, 4 и 5 ручными приводами 22, для чего вращением штурвалов 33 отводят толкатели 24 от торцов штоков 19 в крайние выдвинутые положения и затем подают гидравлическую жидкость через штуцера 34 в открывающиеся полости гидроцилиндров 17 (фиг.1).
При работе в ручном режиме управления для закрытия превентора необходимо вращать штурвалы 33 по часовой стрелке. При этом толкатели 24, взаимодействуя с резьбами корпусов 23, переместят штоки 19 и плашки 3, 4 и 5 в крайние передние положения, а гидравлическая жидкость будет вытеснена поршнями 18 из полостей гидроцилиндров 17 в бак гидростанции.
Для открытия превентора в ручном режиме управления необходимо предварительно извлечь стопорные пальцы 30 (на фиг.4) из отверстий 28 и 31, ввернуть резьбовые стержни 26 в резьбовые отверстия 20 штоков 19 до совмещения отверстий 28 в опорах 27 и отверстий 32 в резьбовых стержнях 26, установить стопорные пальцы 30 в отверстия 28 и 32. Далее при вращении штурвалов 33 против часовой стрелки толкатели 24, взаимодействуя с резьбовыми поверхностями корпусов 23, будут перемещаться наружу и вытягивать резьбовыми стержнями 26 штоки 19 с плашками 3, 4, 5. При этом пары трения-скольжения в виде опор 27 и подшипников скольжения 29 будут предотвращать вращение резьбовых стержней 26. Гидравлическая жидкость вытеснится поршнями 18 из полостей гидроцилиндров 17 в бак гидростанции.
Для ручного дистанционного управления превентором к толкателям 24 вместо штурвалов 33 присоединяют карданные валы (не показаны), концы которых, оснащенные штурвалами, с целью соблюдения правил безопасности при эксплуатации превентора размещают за укрытием на некотором расстоянии от устья скважины, на котором смонтирован превентор. При необходимости фиксации ручными приводами 22 закрытого гидроприводами 6 превентора штурвалы 33 с карданными валами вращают по часовой стрелке, перемещая толкатели 24, которые взаимодействуют с торцами штоков 19 (фиг.2), фиксируя плашки 3, 4 и 5 в закрытом положении. При этом обслуживающему персоналу нет необходимости подходить к устью, находящемуся под давлением, для каких-либо манипуляций с гидро- или ручным приводом, что повышает безопасность работ при эксплуатации заявляемого превентора.
При необходимости демонтажа гидроприводов 6 с корпуса 1 превентора, например, для установки трубных удерживающих плашек 3 для трубы другого типоразмера или замены уплотнителей 9 и 14 каналы 35 в гидроприводах 6 (фиг.6) и каналы 36 в корпусе 1 перекрываются шаровыми затворами 38, перемещающимися под действием пружин 40 на посадочное место, для предотвращения вытекания гидравлической жидкости.
Совокупность перечисленных обстоятельств обеспечивает повышение надежности и безопасности работы заявляемого превентора по сравнению с аналогом и прототипом.