ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЕВОЙ
PACKING ELEMENT OF WELLHEAD

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для герметизации устья при проведении работ, связанных с вращением или выполнением спуско-подъемных операций колонны труб.
6
Известна «Устьевая герметизирующая головка» (Патент РФ RU №2068488, МПК E21B 33/06), включащая
- корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием,
- эластичный герметизирующий элемент, закрепленный на верхней и нижней кольцевых втулках, установленных в корпусе с возможностью вращения, и образующий с последним гидравлическую рабочую камеру;
- кольцевой поршень, закрепленный на верхней втулке и образующий с верхней частью корпуса гидравлическую камеру возврата эластичного герметизирующего элемента в исходное состояние;
- причем на внутренней поверхности эластичного герметизирующего элемента выполнены лабиринтные канавки,
- а нижняя кольцевая втулка снабжена упорным шарикоподшипником вращения.
Недостатком известного устройства является повышенная трудоемкость ремонта и технического обслуживания, связанная с тем, что для замены герметизирующего элемента при его износе необходим полный демонтаж устройства с устья и слив рабочего агента из обеих гидравлических рабочих камер. Кроме того, для работы устройства необходим дополнительный источник энергии в виде насосной установки или пневмогидроаккумулятора, что также увеличивает затраты при его эксплуатации.
Известен герметизатор устьевой (ПМ №46295, E21B 33/03), включающий
- цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для прохода колонны труб, соединенных муфтами;
- в котором размещен герметизирующий элемент из эластичного материала, выполненный в виде двух цилиндрических элементов, расположенных соосно наружного и сменного внутреннего;
- рабочую камеру в виде кольцевой полости между корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом;
- ограничитель давления при проходе муфт колонны труб через герметизирующий элемент, содержащий разделитель между рабочей камерой и устьем скважины, выполненный в виде гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, разделяющим гидроцилиндр на две полости, причем полость гидроцилиндра, в которой расположена пружина, гидравлически связана с устьем скважины, а другая полость связана гидравлическим каналом с кольцевой полостью;
- и источник гидравлического питания, выполненный в виде гидроцилиндра с ручным приводом, штоковая полость которого гидравлически связана с устьем скважины, а поршневая полость связана гидравлическим каналом с кольцевой полостью.
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, обусловленная тем, что рабочая камера совместно с источником гидравлического питания и ограничителем давления, будучи гидравлически замкнутой системой, имеет вполне определенный невосполняемый объем рабочего агента. Поэтому утечка последнего из-за потери герметичности в этой замкнутой системе может привести к невыполнению устройством своего функционального назначения, т.к. возможна ситуация, когда даже максимальное перемещение поршня гидроцилиндра с ручным приводом не сможет компенсировать потерю объема рабочего агента, в связи с чем необходимо прерывать процесс работы устройства и производить дозаправку рабочей камеры рабочим агентом до нужного объема.
Снижение надежности работы известного устройства при отрицательных температурах может быть связано также и с изменением фазового состояния (превращением в лед) промывочной жидкости, находящейся в гидравлических каналах и полостях, связывающих гидроцилиндр питания и ограничитель давления с устьем скважины, что приведет к невозможности деформации герметизирующего элемента и к возможному его разрушению при проходе муфты.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности работы известного герметизатора устьевого.
Для достижения этого результата в известном герметизаторе устьевом, включающем
- цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для прохода колонны труб, соединенных муфтами;
- в котором размещен герметизирующий элемент из эластичного материала, выполненный в виде двух кольцевых цилиндрических элементов, расположенных соосно наружного и сменного внутреннего;
- крышку и центратор, герметично закрывающие полость корпуса и взаимодействующие с герметизирующим элементом;
- гидрокомпенсатор, содержащий рабочую камеру в виде кольцевой полости, расположенной снаружи герметизирующего элемента, заполненной рабочим агентом и соединенной каналом с внешним источником гидравлического питания,
- полость, гидравлически связанную с устьем скважины,
- и разделитель между рабочей камерой и этой полостью,
СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ
- разделитель гидрокомпенсатора выполнен в виде цилиндрической обечайки из эластичного материала,
- снаружи которой установлены ограничительные кольца из жесткого материала;
- а полость гидрокомпенсатора, гидравлически связанная с устьем скважины, расположена внутри корпуса.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид герметизатора устьевого, на фиг.2 - то же, в положении прохода трубы, на фиг.3 - то же, в положение прохода муфты.
Заявляемый герметизатор устьевой (далее - герметизатор) состоит (фиг.1) из корпуса 1, имеющего в нижней части проход 2 для пропуска труб 3, соединенных муфтами 4. В корпусе 1 установлен герметизирующий элемент 5 из эластичного материала, выполненный в виде двух расположенных соосно кольцевых цилиндрических элементов - сменного внутреннего элемента 6 и наружного элемента 7. Для фиксации в корпусе 1 внутренний элемент 6 снабжен верхним 8 и нижним 9 арматурными кольцами из жесткого материала. Сверху корпус 1 герметично закрыт центратором 10 и крышкой 11, фигурный торец 12 которой герметично взаимодействует с наружным элементом 7. Аналогичная конфигурация торца 13, герметично взаимодействующая с наружным элементом 7, выполнена в днище корпуса 1.
Заявляемый герметизатор снабжен гидрокомпенсатором 14, содержащим разделитель 15, выполненный в виде цилиндрической обечайки из эластичного материала, полость 16, расположенную внутри корпуса 1 снаружи разделителя 15 и гидравлически связанную каналом 17 с устьем скважины (не показана), и рабочую камеру 18 в виде кольцевой полости, расположенной снаружи герметизирующего элемента 5, заполненной рабочим агентом и соединенной каналом 19 с внешним источником гидравлического питания (не показан).
Для фиксации разделителя 15 в крышке 11 и корпусе 1 выполнены фигурные выемки 20 и 21, а для ограничения его деформации снаружи установлены ограничительные кольца 22, выполненные из жесткого материала.
Заявляемый герметизатор работает следующим образом (фиг.1).
Герметизатор без сменного внутреннего элемента 6 монтируют на устье скважины (не показана) и производят через проход 2 корпуса 1 спуск скважинного оборудования (не показано) на трубах 3, соединенных муфтами 4. После спуска скважинного оборудования в заданный интервал, где предполагается производство работ с герметизированным устьем, в герметизатор устанавливают соответствующий диаметру труб 3 сменный внутренний элемент 6 и закрепляют его центратором 10. Затем от насоса (не показан) через канал 19 нагнетают жидкость под давлением в рабочую камеру 18, в результате чего герметизирующий элемент 5 деформируется вовнутрь, облегая трубу 3 и герметично перекрывая устье скважины (фиг.2). Одновременно с этим будет деформироваться наружу, в полость 16, и разделитель 15, но его деформация будет ограничена благодаря применению колец 22 из жесткого материала. При этом внутренний элемент 6 будет удерживаться от вертикального смещения благодаря арматурным кольцам 8 и 9, а наружный элемент 7 и разделитель 15 будут зафиксированы благодаря фигурным выемкам 12 и 20 в крышке 11 и фигурным выемкам 13 и 21 в корпусе 1.
При возрастании давления в скважине жидкость с устья через канал 17 заполнит полость 16, благодаря чему будет создано противодавление возможности прорыва скважинной жидкости через зону контакта внутреннего элемента 6 с трубой 3. Это обусловлено тем, что давление из полости 16 будет передаваться на разделитель 15, выполненный из эластичного материала, от него в рабочую камеру 18 и далее на герметизирующий элемент 5, выполненный из эластичного материала. Тем самым, давление на устье скважины, воздействующее на герметизирующий элемент 5, будет уравновешиваться аналогичным давлением со стороны полости 16, а запас герметичности в зоне контакта внутреннего элемента 6 с трубой 3 будет определяться давлением жидкости, нагнетаемой насосом извне в рабочую камеру 18. Таким образом, по сравнению с прототипом, где объем жидкости в рабочей камере невосполняем и в случае ее утечек может произойти разгерметизация устья, заявляемое устройство обладает большей надежностью благодаря тому, что утечки рабочего агента могут быть восполнены насосом, поэтому давление жидкости в рабочей камере 18 не будет уменьшаться, чем будет обеспечиваться герметичность устья.
При проходе через заявляемый герметизатор муфты 4 (фиг.3), диаметр которой превышает диаметр трубы 3, герметизирующий элемент 5 будет расширяться, что вызывает автоматическое срабатывание элементов, входящих в состав гидрокомпенсатора 14, в следующей последовательности: за счет упругого расширения наружного элемента 7 давление жидкости в рабочей камере 18 будет возрастать, воздействуя на разделитель 15, который также будет расширяться, компенсируя возрастание давления в рабочей камере 18. Благодаря этому удельное давление в контакте муфты 4 с внутренним элементом 6 будет постоянным и, следовательно, прохождение муфты 4 не будет интенсифицировать абразивный износ внутреннего элемента 6, что повышает ресурс его работы. При этом деформация разделителя 15 будет ограничена благодаря применению колец 22 из жесткого материала.
По сравнению с прототипом, где полости, сообщающиеся с устьем скважины, расположены в гидроцилиндре питания и ограничителе, размещенных вне корпуса, и поэтому возможно замерзание жидкости в них при отрицательных температурах, что приведет к невозможности деформации герметизирующего элемента и к возможному его разрушению при проходе муфты, заявляемый герметизатор обладает большей надежностью. Это объясняется тем, что как полость 16, сообщающаяся с устьем скважины, так и канал 17 расположены в заявляемом герметизаторе в корпусе 1, обладающем гораздо большей массой и теплоемкостью по сравнению с гидроцилиндром питания и ограничителем прототипа. Кроме того, объем жидкости в полости 16 и ее тепловой контакт с корпусом 1 также намного больше по сравнению с аналогичными параметрами прототипа.
Таким образом, суммарное воздействие отличительных признаков позволяет повысить надежность работы заявляемого герметизатора по сравнению с прототипом.