ГЕРМЕТИЗАТОР ДЛИННОМЕРНЫХ БЕЗМУФТОВЫХ ТРУБ

Заявляемая полезная модель «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб» относится к области нефтегазодобычи и предназначено для использования при проведении ремонтных работ и технологических операций на нефтяных и газовых скважинах с высоким давлением на устье с использованием длинномерной безмуфтовой трубы.
Известен герметизатор, (см. патент РФ №2289674, опубл. 2006.12.20, МПК Е21В 33/03), включающий корпус с крышкой и установленную в нем, по крайней мере, одну подпружиненную втулку с размещенными над и под ней уплотнительными элементами, при этом корпус герметизатора выполнен в виде гидроцилиндра, оснащен поршнем, одной или несколькими подпружиненными обоймами с эластичными бескаркасными или каркасными уплотнительными элементами и дренажной камерой, оборудованной отводным штуцером и крышкой с уплотнительным элементом, при этом корпус и поршень оснащены нагнетательными и/или отводными каналами с штуцерами, а дренажная камера с крышкой выполнены с возможностью ввертывания в гидроцилиндр для сжатия уплотнительных элементов.
Недостатком известного герметизатора являются низкие эксплуатационные качества, а также сложность изготовления изделия.
Эти недостатки обусловлены конструктивными особенностями известного герметизатора, а именно отсутствием возможности замены сальникового уплотнения в полевых условиях, непосредственно на устье скважины.
Кроме этого, существует принятый за прототип герметизатор трубы для плашечного превентора, (см. патент РФ на изобретение №2209925, МПК Е21 В 33/06, on. 2003.08.10), содержащий корпус, состоящий из двух частей, верхней и нижней, верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения, гидропривод и ручной привод, верхнее рабочее уплотнение выполнено с возможностью взаимодействия с двумя приводами: гидравлическим и ручным, охвачено снаружи разъемным стаканом и расположено в нем с возможностью монтажа и демонтажа на скважине при избыточном давлении, причем разъемный стакан установлен посредством гайки со стороны верхнего торца герметизатора, а ручной привод установлен с возможностью взаимодействия с нижним резервным уплотнением, и оба привода снабжены указателями "отжим" и "зажим", причем верхнее рабочее и нижнее резервное уплотнения имеют возможность монтажа с одним наружным диаметром и различными внутренними диаметрами для различных типоразмеров труб, корпус изготовлен с монтажными размерами, соответствующими аналогичным типоразмерам плашечных превенторов, верхнее рабочее уплотнение состоит из двух концентрично расположенных эластичных деталей: сменного вкладыша и манжеты, охваченных снаружи разъемным стаканом.
Недостатком известного технического решения является сложность изготовления, высокая материалоемкость, низкие эксплуатационные качества.
Данные недостатки обусловлены тем, что конструкция корпуса известного герметизатора, состоит из двух частей, верхней и нижней, в каждой из которых расположены уплотнения, причем только верхнее уплотнение подлежит монтажу и демонтажу непосредственно на скважине, а монтаж и демонтаж нижнего уплотнения возможен только в стационарных условиях. Кроме того, конструкция корпуса и связанных с ним комплектующих деталей, составляющих известный
герметизатор имеет большой вес и материалоемкость, при этом возникает необходимость отслеживать периодичность постоянной замены этих деталей, что сроки межремонтных циклов, повышает затраты и себестоимость ремонта и снижает эксплуатационные качества известного герметизатора.
Техническим результатом заявляемой полезной модели «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб» является повышение эксплуатационных качеств, надежности, а также снижение материалоемкости и упрощение конструкции герметизатора.
Поставленный технический результат достигается тем, что заявляемый герметизатор длинномерных безмуфтовых труб, согласно полезной модели, содержит корпус, который выполнен в виде связанных между собой двух частей, нижней и верхней, связанных между собой таким образом, что нижний торец верхней части корпуса образует кольцевой выступ во внутренней полости корпуса, верхняя часть корпуса выполнена, по меньшей мере, с двумя сквозными окнами на боковой поверхности, верхнее основание корпуса выполнено со сквозным осевым отверстием, а нижнее основание корпуса выполнено со сквозным осевым каналом, для пропуска герметизируемого тела (длинномерная безмуфтовая труба), который проходит через уплотнительный элемент, связанный посредством соединительных элементов с нижней и верхней ограничительными опорами, выполненными с центральными осевыми отверстиями для пропуска герметизируемого тела, причем верхняя ограничительная опора, выполненная с верхним горизонтальным выпуском, упирается верхней поверхностью горизонтального выпуска в выдвижной фиксатор, установленный в верхней части корпуса, а нижняя ограничительная опора упирается в кольцевой цилиндрический выступ, по которому проходит сквозной осевой канал в основании внутренней полости нижней части корпуса, являющейся
одновременно полостью гидроцилиндра, связанного с источниками подачи и отвода рабочей жидкости, при этом выполненный в виде полого цилиндрического тела поршень упомянутого гидроцилиндра имеет переменный диаметр в своей верхней и нижней части и оснащен, по меньшей мере, с двумя размещенными в его стенках дополнительными гидроцилиндрами штоки поршней, которых является толкателями, упирающимися своей верхней торцевой поверхностью в нижнюю поверхность горизонтального выпуска верхней ограничительной опоры, уплотнитель выполнен в виде двух концентрично расположенных эластичных деталей с фигурным разрезом стыкующихся вертикальных плоскостей, кроме того, выдвижной фиксатор, установленный в верхней части корпуса является нижним основанием сквозных окон, а верхняя и нижняя части корпуса связаны между собой посредством резьбового соединения и зафиксированы с помощью, одного и более стопора, полый цилиндрический поршень гидроцилиндра оснащен сальниковыми уплотнителями, в верхней части корпуса расположен штуцер с распылителем смазки герметизируемого тела, сквозные окна на боковой поверхности верхней части корпуса расположены симметрично относительно центральной оси, поршни дополнительных гидроцилиндров оснащены сальниковыми уплотнителями.
Между совокупностью предложенных в настоящей полезной модели признаков и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналогов и прототипа, в конструкции заявляемой полезной модели выполнение корпуса, в виде связанных между собой двух частей, нижней и верхней, которая выполнена, по меньшей мере, с двумя сквозными окнами и связь между собой двух частей, нижней и верхней выполнена таким образом, что нижний торец верхней части корпуса образует кольцевой выступ во внутренней полости
определяющий ход поршня гидроцилиндра который является одновременно внутренней полостью корпуса и выполнение поршня гидроцилиндра в виде полого цилиндрического тела с переменным диаметром в своей верхней и нижней части, а также оснащение его, по меньшей мере, с двумя размещенными в его стенках дополнительными гидроцилиндрами штоки поршней, которых является толкателями, упирающимися своей верхней торцевой поверхностью в нижнюю поверхность горизонтального выпуска верхней ограничительной опоры уплотнительного элемента, выполненного в виде двух концентрично расположенных эластичных деталей с фигурным разрезом стыкующихся вертикальных плоскостей намного упрощает конструкцию герметизатора, поскольку в данном случае используется только один уплотнительный элемент простой конструкции, что в целом не только упрощает герметизатор, но снижает его материалоемкость, повышая одновременно эксплуатационные качества, поскольку все операции по замене уплотнительного элемента проводят без демонтажа оборудования с устья скважины и без выемки трубы из скважины. Кроме того конструктивное выполнение полости гидроцилиндра и полого цилиндрического поршня, обеспечивает не только быструю и качественную замену уплотнительного элемента, но и повышает надежность работы уплотнительного элемента и герметизатора в целом, за счет постоянного поджимания уплотнительного элемента полым цилиндрическим поршнем гидроцилиндра. По совокупности признаков предложенный герметизатор длинномерных безмуфтовых труб более долговечен, чем объекты аналоги и прототип.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявления источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели «», позволил установить, что заявителем не
обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб» соответствует критерию «новизна», согласно действующего законодательства.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой полезной модели «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб», может быть многократно использовано в производстве и применении аналогичных герметизаторов длинномерных безмуфтовых труб с получением технического результата, заключающегося в повышении, эксплуатационных качеств, надежности и долговечности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Таким образом, приведенная совокупность существенных признаков в заявляемой полезной модели «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб» отсутствует в вышеописанных аналогах и не известна из уровня техники в области горной промышленности, в частности, герметизации длинномерных безмуфтовых труб при спуско-подъемных операциях, а результаты проведенных экспериментов подтверждают возможность реализации заявляемой полезной модели «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб» с получением нового полезного технического результата, в связи с чем можно сделать вывод, что заявляемый
«Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб», соответствует критериям его патентоспособности.
Сущность заявляемой полезной модели «Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб», поясняется примером конкретного выполнения, где:
- на фиг.1 изображен (в разрезе) общий вид корпуса предлагаемого герметизатора длинномерных безмуфтовых труб в процессе работы;
- на фиг.2 изображен разрезе А-А по фиг.1;
- на фиг.3 изображен увеличено узел I по фиг.1;
- на фиг.4 изображен (в разрезе) общий вид корпуса предлагаемого герметизатора длинномерных безмуфтовых труб в процессе смены уплотнительного элемента;
- на фиг.5 изображен герметизатор длинномерных безмуфтовых труб (вид с фотографии в оксанометрии);
- на фиг.6 изображен в разрезе герметизатор длинномерных безмуфтовых труб параллельном сквозному окну в процессе работы (вид с фотографии в оксанометрии);
- на фиг.7 изображен в разрезе герметизатор длинномерных безмуфтовых труб перпендикулярном сквозной выемке в процессе работы (вид с фотографии в оксанометрии);
- на фиг.З изображен герметизатор длинномерных безмуфтовых труб в момент замены уплотнительного элемента (вид с фотографии в оксанометрии);
- на фиг.9 изображен герметизатор длинномерных безмуфтовых труб в разрезе параллельном сквозной выемке в момент замены уплотнения (вид с фотографии в оксанометрии);
- на фиг.10 изображен герметизатор длинномерных безмуфтовых труб в разрезе перпендикулярном сквозной выемке в момент замены уплотнения (вид в оксанометрии);
- на фиг.11 изображена одна из составных частей уплотнения.
Герметизатор длинномерных безмуфтовых труб состоит из полого цилиндрического корпуса 1, выполненного в виде связанных между собой двух частей, нижней 2 и верхней 3. Верхняя часть 3 корпуса 1 герметизатора выполнена с двумя сквозными окнами 4 на боковой поверхности, расположенными симметрично относительно центральной оси Х-Х. Верхнее основание 5 верхней части 3 корпуса 1 выполнено со сквозным осевым отверстием 6, а нижнее основание 7 нижней части 2 корпуса 1 выполнено со сквозным осевым каналом 8, по которому пропускается при эксплуатации герметизируемое тело 9 (длинномерная безмуфтовая труба), проходящее в процессе спуска и эксплуатации через эластичный уплотнительный элемент 10, выполненным, например из полиуретана (резины). Цилиндрический уплотнительный элемент 10 выполнен в виде двух концентрично расположенных эластичных деталей 11 с вертикальным фигурным разрезом 12, обеспечивающим быструю и точную стыковку вертикально разрезанных концентрично расположенных эластичных деталей 11 - половинок уплотнительного элемента 10 при монтаже уплотнительного элемента на герметизируемое тело 9 в полости корпуса 1 герметизатора. Цилиндрический уплотнительный элемент 10 выполнен со сквозными вертикальными отверстиями 13, через которые проходят соединительные элементы 14, связывающие уплотнительный элемент 10, с нижней ограничительной опорой 15 и верхней ограничительной опорой 16, которые выполнены, с центральными осевыми отверстиями, для прохода герметизируемого тела 9 (длинномерной безмуфтовой трубы). Верхняя ограничительная опора 16, выполненная с верхним горизонтальным выпуском 17, упирается своей верхней поверхностью 18 горизонтального выпуска 17 в выдвижной фиксатор 19, установленный в верхней части 3 корпуса 1, а нижняя ограничительная опора 15 упирается в кольцевой цилиндрический выступ 20 в основании внутренней полости 21 нижней
части 2 корпуса 1, являющейся одновременно полостью гидроцилиндра 22, связанного патрубками 23 и 24 с источниками подачи и отвода рабочей жидкости, в частности масла. Полый цилиндрический поршень 25 упомянутого гидроцилиндра 22, охватывает уплотнительный элемент 10, с нижней ограничительной опорой 15 и подпирает ее снизу, охватывая также, упомянутый выше, кольцевой цилиндрический выступ 20 в основании внутренней полости 21 нижней части 2 корпуса 1. В стенках 26 полого цилиндрического поршня 25 расположены два дополнительных гидроцилиндра 27, полости которых связаны с полостью гидроцилиндра 22 и, соответственно, связанные посредством патрубков 23 и 24 с источниками подачи и отвода рабочей жидкости, в частности масла. Каждый дополнительный гидроцилиндр 27 содержит поршень 28 с двумя сальниками 29 и 30. Поршень 28 расположен, в нерабочем состоянии в нижней части дополнительного гидроцилиндра 27. Шток 31 поршня 28 является одновременно толкателем, упирающимся своей верхней торцевой поверхностью 32 в нижнюю поверхность 33 горизонтального выпуска 17 верхней ограничительной опоры 16. Нижняя 2 и верхняя 3 части корпуса 1 связаны между собой посредством резьбового соединения 34 и зафиксированы от самопроизвольного разворачивания с помощью стопора 35, при этом обе части корпуса 1 связаны таким образом, что нижний торец 36 верхней части 3 корпуса 1 образует плоский снизу кольцевой выступ 37 во внутренней полости корпуса 1, являющейся, одновременно, полостью гидроцилиндра 22, и этот кольцевой выступ 37 определяет ход полого цилиндрического поршня 25 гидроцилиндра 22. Внутренняя полость 21 нижней части 2 корпуса 1, как упоминалось выше, выполнена в основании с кольцевым цилиндрическим выступом 20, высота которого соответствует ходу поршня 25 гидроцилиндра 22. Выдвижной фиксатор 19, установленный в верхней части 3 корпуса 1,
являющийся нижним основанием сквозных окон 4, выдвигается и устанавливается по направляющим 38 перпендикулярным плоскости сквозных окон 4. Полый цилиндрический поршень гидроцилиндра 22 оснащен сальниковыми уплотнителями 39, а каждый дополнительный гидроцилиндр 27 оснащен в своей верхней части 40 запирающим устройством 41 с сальниковыми уплотнениями 42. В верхней части 3 корпуса 1 расположен штуцер 43 с распылителем 44 для смазки герметизируемого тела 9 (длинномерной безмуфтовой трубы), подводящий смазку шланг 45 (на чертеже показан частично) прижимается к корпусу 1 хомутиком 46.
Работа заявляемого герметизатора длинномерных безмуфтовых труб осуществляется следующим образом.
В процессе эксплуатации герметизатора длинномерных безмуфтовых труб проводят спуско-подъемные операции длинномерных безмуфтовых труб на нефтяных и газоконденсатных скважинах под высоким давлением, во избежание попадания флюида через уплотнитель производят постоянный поджим уплотнительного элемента 10 при помощи создания рабочего давления в полости гидроцилиндра 22. При необходимости замены уплотнительного элемента 10 вынимают выдвижной фиксатор 19 и производят подвод рабочей жидкости (масла) через патрубок 23 в полость гидроцилиндра
22. Полый цилиндрический поршень 25 поднимается вверх до упора его в кольцевой выступ 37 во внутренней полости корпуса 1. После остановки поршня 25 рабочая жидкость начинает поступать в полость каждого дополнительного гидроцилиндра 27 и давить на поршень 28, штоком 3, верхний торец которого является одновременно толкателем, упирающимся своей верхней торцевой поверхностью 32 в нижнюю поверхность 33 горизонтального выпуска 17 верхней ограничительной опоры 16, которая под действием толкателей начинает подниматься вверх весте уплотнительным элементом 10 и нижней ограничительной
опорой 15. При выходе нижней ограничительной опоры 15 до нижнего основания сквозных окон 4 подачу рабочей жидкости через патрубок 23 прекращают и осуществляют подвод рабочей жидкости через патрубок 24, возвращая поршни 28 со штоками 31 в первоначальное положение. После этого убирают соединительные элементы 14, связывающие уплотнительный элемент 10, с верхней ограничительной опорой 16 и нижней ограничительной опорой 15, после чего ставят на нижнюю ограничительную опору 15 новый уплотнительный элемент 10, стыкуя концентрично расположенные эластичные деталей 11 по вертикальному фигурному разрезу 12, монтируя уплотнительный элемент на герметизируемое тело 9 в полости корпуса герметизатора. После этого устанавливают соединительные элементы 14, и связывают новый уплотнительный элемент 10 с верхней ограничительной опорой 16. Затем возвращают в исходное положение уплотнительный элемент 10 с верхней и нижней ограничительными опорами и устанавливают на место выдвижной фиксатор 19. Все операции по замене уплотнительного элемента проводят без демонтажа оборудования с устья скважины и без выемки длинномерной трубы из скважины.
Использование настоящей полезной модели герметизатор длинномерных безмуфтовых труб позволило повысить его эксплуатационные и технические качества, надежность и долговечность, герметизацию.