Устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости
WELL FLUID SPLASH PREVENTION DEVICE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения безопасности труда и охраны окружающей среды при подъёме колонны труб из скважины с изливом. При подъеме колонны труб и их развинчивании на устье скважины скважинная жидкость разливается по оборудованию и рабочей площадке.
Известен коллектор для сбора бурового раствора (патент RU № 2470138, опубл. 20.12.20212), вытекающего из трубы  в процессе ее отсоединения от колонны труб, в своем рабочем положении охватывающий зону соединения указанной трубы с колонной труб и имеющий: боковые части и собирающий объем, а также по меньшей мере, одно выпускное отверстие  для бурового раствора. Собирающий объем коллектора содержит пористый материал, пригодный для затекания в него бурового раствора, причём весь собирающий объем коллектора заполнен пористым материалом. Пористый материал имеет различную пористость в различных частях объема коллектора. Пористый материал образован волокнистым материалом. Пористый материал образован пеноматериалом с открытыми порами, снабжен вырезом, проходящим от отверстия коллектора до его боковой части. Вырез имеет неплоский профиль, с его нижней стороны установлена пластина-поддон, при этом по меньшей мере, одно выпускное отверстие выполнено в пластине-поддоне, причём по меньшей мере, одна его боковая часть снабжена гибкой пластиной, при этом его верхняя сторона снабжена покрывающей пластиной.
Недостатками устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (пористый материал, пластина-поддон, гибкая пластина, покрывающая пластина и т.д.);
- сложность изготовления и высокая стоимость устройства связанные прежде всего с пористым материалом, так как пористый материал имеет различную пористость в различных частях объема коллектора, причём пористый материал образован волокнистым материалом, при этом пористый материал образован пеноматериалом с открытыми порами;
- высокая вероятность загрязнения окружающей среды, обусловленная тем, что скважинная жидкость при подъёме труб изливается на устье скважины, вследствие отсутствия герметизирующих элементов на боковых торцах шарнирно соединённых двух половин корпуса;
- не обеспечивается безопасность труда и низкая культура производства. Это обусловлено отсутствием фиксатора, крепящего корпус, состоящего из двух шарнирно соединенных половин в рабочем положении после установки устройства на устье скважины, а также отсутствием ручек для установки и съёма устройства, что может привести к соскальзыванию устройства из рук обслуживающего персонала в процессе подъёма и получению травм обслуживающим персоналом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости (патент RU № 2041339, от 09.08.1995), включающее цилиндрический корпус, состоящий из двух шарнирно соединенных половин с верхним уплотнительным и нижним центрирующим элементами, отбойники и торцевую сливную воронку, корпус снабжен концентрично расположенной перегородкой, отбойники выполнены в виде перфорированных тарелок, верхняя из которых образует с верхним уплотнительным элементом камеру смешения и гидравлически связывает полость перегородки с кольцевой полостью между этой перегородкой и корпусом, а нижняя тарелка отбойника установлена в нижней части упомянутой кольцевой полости, при этом нижний центрирующий элемент выполнен в виде уплотнительного элемента и установлен в торцевой части перегородки.
Недостатками устройства являются:
- низкая эффективность работы. Это связано с наличием в конструкции устройства верхней и нижней перфорированных тарелок, которые ограничивают пропускную способность устройства при сливе жидкости из извлекаемой трубы и создают гидравлическое сопротивление. В результате перфорированные тарелки запирают поток жидкости в кольцевой полости и поэтому сливаемая из извлекаемой трубы скважинная жидкость только частично (не в полном объёме) дотекает до сливной воронки. Таким образом это затягивает время слива скважинной жидкости из камеры смешения устройства через сливную воронку в скважину;
- низкая надежность работы, устройство при работе со скважинными жидкостями различной вязкости. Это обусловлено тем, что перфорационные отверстия тарелок в процессе работы забиваются грязью, песком, ржавчиной, шламом, и т.д., находящихся в составе изливаемой из трубы скважинной жидкости и не обеспечивают слив скважинной жидкости через сливную воронку в скважину;
- загрязнение окружающей среды, обусловлено тем, что скважинная жидкость при отворачивании верхних труб через устройство изливается на устье скважины, вследствие отсутствия герметизирующих элементов на боковых торцах, шарнирно соединённых двух половин корпуса. Кроме того, сливная воронка расположена на нижнем торце цилиндрического корпуса, что не обеспечивает отвод сливаемой из трубы жидкости в желобную ёмкость или амбар, при этом жидкость изливается на устье скважины;
- не обеспечивается безопасность труда и низкая культура производства. Это обусловлено отсутствием фиксатора, крепящего цилиндрический корпус, состоящий из двух шарнирно соединенных половин, что может привести к  самопроизвольному открытию половин цилиндрического корпуса на устье скважины, а также отсутствием ручек для установки и съёма устройства, что может привести к соскальзыванию устройства из рук обслуживающего персонала в процессе подъёма и получению травм обслуживающим персоналом.
Техническими задачами изобретения являются разработка конструкции, позволяющей повысить надёжность и эффективность работы устройства для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, а также исключить загрязнение окружающей среды, обеспечить безопасность труда и повысить культуру производства.
Поставленные технические задачи решаются устройством для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, содержащим цилиндрический корпус, состоящий из двух половин, соединенных между собой шарнирно, концентрично расположенную внутри цилиндрического корпуса перегородку, кольцевую полость между перегородкой и корпусом, сливную воронку, верхнюю отвинчиваемую трубу и нижнюю трубу, уплотнительные и центрирующие элементы.
Новым является то, что перегородка выполнена из двух половин, каждая из которых жестко соединена сверху и снизу  с торцами половин цилиндрического корпуса, при этом перегородка оснащена рядами радиальных отверстий сообщающих внутреннюю полость перегородки с кольцевой полостью, при этом сливная воронка выполнена в виде бокового отвода, жестко установленного в нижней части цилиндрического корпуса, каждая из половин цилиндрического корпуса по периметру их соприкосновения  между собой, а также по периметру соприкосновения с наружными поверхностями верхней отвинчиваемой трубы и муфтой нижней трубы  снабжена  уплотнительными элементами, а на наружной поверхности каждой из половин цилиндрического корпуса жестко установлены ручки, причём устройство оснащено фиксатором половин цилиндрического корпуса, закрепляемым на устройстве перед отвинчиванием верхней трубы, при этом центрирующие элементы выполнены в виде рёбер жесткости, установленных жёстко в кольцевой полости выше радиальных отверстий перегородки и обеспечивающих соосность половин цилиндрического корпуса и перегородки относительно центральной оси устройства.
На фиг. 1 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, общий вид сбоку.
На фиг. 2 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, продольный разрез.
На фиг. 3 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, поперечное сечение А-А.
На фиг. 4 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, поперечное сечение Б-Б.
На фиг. 5 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, поперечное сечение В-В.
На фиг. 6 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости, поперечное сечение Г-Г.
Устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух половин 1' и 1" (см. фиг. 1-6), соединенных между собой шарнирно с помощью шарниров 2' и 2" (см. фиг. 1, 3), а также концентрично расположенной внутри цилиндрического корпуса перегородки, выполненной из двух половин 3' и 3" (см. фиг. 2-3).
Каждая из половин 3' и 3" перегородки жестко соединена сверху и снизу с соответствующими торцами половин 1' и 1"цилиндрического корпуса.
Перегородка 3' и 3" оснащена рядами радиальных отверстий 4' и 4" (см. фиг. 2) сообщающих внутреннюю полость перегородки с кольцевой полостью 5 (см. фиг. 2, 4), при этом сливная воронка  выполнена в виде бокового отвода 6 (см. фиг. 1-2), жестко установленного в нижней части цилиндрического корпуса 1. Например, радиальные отверстия 4' и 4" в соответствующих половинах 3' и 3" перегородки выполнены в два ряда как показано на фиг. 2.
В качестве материалов для изготовления цилиндрического корпуса, состоящего из двух половин 1' и 1" и перегородки, выполненной из двух половин 3' и 3", а также бокового отвода 6 применяют трубы по ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные».
Для надежной работы устройства необходимо, чтобы конструктивно выполнялось условие:
1
2
3
S <S< S,
1
2
где S – суммарная площадь всех радиальный отверстий 4' и 4", выполненных в соответствующих половинах 3' и 3" перегородки, м;
2
2
S – поперечная площадь кольцевой полости 5, м;
3
2
S – поперечная площадь проходного сечения бокового отвода 6, м.
Приведем пример.
Диаметры труб подбирают  по ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные».
1
1. Определим значение S.
Перегородка 3 выполнена из труб диаметром 108 мм с толщиной стенки 4 мм. Суммарное количество радиальных отверстий 4' и 4" в соответствующих половинах 3' и 3" перегородки, выполненных в два ряда: n= 8 штукам, а диаметр каждого радиального отверстия d = 20 мм=0,020 м.
1
2
2
-3
2
Тогда: S = (π·d/4) · n= (3,14 · (0,02 м)/4) · 8 = 2,51·10 м.
2
2. Определим значение S.
Цилиндрический корпус выполнен из разрезанных на две половины 1' и 1" диаметром 133 мм с толщиной стенки 5,0 мм. Тогда внутренний диаметр цилиндрического корпуса:
1
D = 133 мм – (5,0 мм · 2) = 123 мм = 0,123 м.
2
Перегородка выполнена из разрезанных на две половины 3' и 3" труб диаметром 114 мм с толщиной стенки 4 мм. Тогда наружный диаметр перегородки: D= 108 мм = 0,108 м.
2
1
2
2
2
-3
2
-3
2
-3
2
Тогда: S = (π·D/4) - (π·D/4 = (3,14 · (0,123 м )/4) - (3,14 · (0,108 м)/4) = 11,87·10 м- 9,15·10 м = 2,72·10 м.
3
3. Определим значение S.
3
Боковой отвод 6 выполнен из трубы наружным диаметром 73 мм с толщиной стенки 5,5 мм. Тогда внутренний диаметр бокового отвода: D = 73 мм – (5,5 мм· 2) = 62 мм = 0,062 м.
2
3
2
-3
2
Тогда: S = (π·D/4) = (3,14 · (0,062 м )/4) = 3,02·10 м.
1
2
3
Таким образом условие S <S< S выполняется:
-3
2
-3
2
-3
2
2,51 ·10 м < 2,85·10 м  < 3,02·10 м.
Каждая из половин 1' и 1" (см. фиг. 1-6) цилиндрического корпуса по периметру их соприкосновения между собой, а также по периметру соприкосновения с наружными поверхностями верхней, отвинчиваемой, трубы 7 (см. фиг. 1-2, 5) и муфтой 8 (см. фиг. 1-2, 6) нижней трубы снабжена  уплотнительными элементами 9' и 9". В качестве уплотнительных элементов 9' и 9" (см. фиг. 1-6) применяют плоские прокладки по ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные», прикреплённые по периметру к каждой из половин 1' и 1" цилиндрического корпуса.
На наружной поверхности каждой из половин 1' и 1"цилиндрического корпуса жестко установлены ручки 10' и 10" (см. фиг. 1-2), соответственно. Например, ручки 10' и 10" могут быть П- образными из круглого проката металла диаметром 20 мм по ГОСТ 2590-2006 «Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый» и приварены сваркой к соответствующим половинам 1' и 1"цилиндрического корпуса.
Устройство оснащено фиксатором 11 (см. фиг. 1 и 4) половин 1' и 1" цилиндрического корпуса, закрепляемым на устройстве перед отвинчиванием верхней трубы 6. Фиксатор 11 может быть выполнен в виде скобы из пружинной стали по ГОСТ 14959-79 «Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия». При необходимости может применяться 2-3 скобы.
Центрирующие элементы выполнены в виде ребёр жесткости 12, например в количестве четырёх штук, установленных под углом 90° между собой в одной плоскости (см. фиг. 2 и 3). Ребра жесткости 12 установлены жёстко в кольцевой полости выше радиальных отверстий 4 перегородки 3' и 3".
Ребра жёсткости 12 с одной стороны жестко соединены к внутренней поверхности половин 1' и 1" цилиндрического корпуса, а с другой стороны -   к наружной поверхности половин 3' и 3"перегородки любым известным соединением, например с помощью сварки или резьбовым соединением с помощью винтов (на фиг. 1-6 не показано).
Рёбра жёсткости 12 обеспечивают соосность половин 1' и 1" цилиндрического корпуса и перегородки 3' и 3" относительно центральной оси 13 (см. фиг. 3) устройства.
Устройство работает следующим образом.
Предлагаемое устройство устанавливают на устье скважины в положение, когда  верхняя отвинчиваемая труба 7 находится в подвешенном состоянии, а под  муфтой 8 нижней трубы  установлен элеватор (на фиг. 1-6 не показано), находящийся на опорном фланце скважины.
Перед установкой устройства на устье скважины цилиндрический корпус, состоящий из двух половин 1' и 1" (см. фиг. 1 и 2) находится в открытом положении, т.е. половины 1' и 1"цилиндрического корпуса и половины 3' и 3" перегородки открыты. Устройство берут за ручки 10' и 10" и надевают на муфту 8 нижней трубы и на верхнюю трубу 7 (см. фиг. 1 и 2).
Далее сводят половины 1' и 1" цилиндрического корпуса благодаря шарнирам  2' и 2"  и  половины 3' и 3" перегородки между собой в положение закрыто, а затем с помощью фиксатора 11 крепят половины 1' и 1"  цилиндрического корпуса от самопроизвольного открытия половин 1' и 1"  цилиндрического корпуса, к боковому отводу 6, например с помощью быстросъёмного соединения, присоединяют сливную линию, обвязанную с желобной ёмкостью или амбаром (на фиг. 1-6 не показано). Фиксатор 11 стягивает уплотнительные элементы 9' и 9" соответствующих половин 1' и 1" цилиндрического корпуса между собой и обеспечивает герметичность устройства при сливе жидкости после отвинчивания верхней трубы 7.
Далее заводят гидравлические ключи (на фиг. 1-6 не показано) в верхнюю трубу 7 и отвинчивают верхнюю трубу 7. Отводят гидравлический ключ из верхней трубы 7, поднимают отвёрнутую верхнюю трубу 7 и размещают на мостки (на фиг. 1-6 не показано).
При этом скважинная жидкость, находящаяся внутри верхней трубы 7, изливается внутрь перегородки 3' и 3" и далее через радиальные отверстия 4' и 4", выполненные в соответствующих половинах 3' и 3" перегородки попадает кольцевую полость 5 откуда через отвод 6 по сливной линии отводится в желобную ёмкость или амбар (на фиг. 1-6 не показано).
Перегородка, выполненная из двух половин 3' и 3", гасит энергию струи скважинной жидкости, вытекающей из отворачиваемой верхней трубы 7 при движении её в боковой отвод 6. Далее отсоединяют от бокового отвода 6 сливную линию, обвязанную с желобной ёмкостью или с амбаром, а затем снимают фиксатор 11, крепящий половины 1' и 1" цилиндрического корпуса, берут устройство за ручки 10' и 10" и снимают с устья скважины. Далее поднимают из скважины следующую верхнюю трубу 7 и устанавливают её в подвешенном состоянии, при этом под муфтой 8 нижней труб устанавливают на элеватор (на фиг. 1-6 не показано), который размещают на опорном фланце скважины.
Далее вышеописанные технологические операции повторяют со следующей верхней трубой 7. Таким образом поднимают все трубы из скважины.
1
2
3
Повышается эффективность работы устройства, так как из конструкции исключены перфорированные тарелки, поэтому не ограничивается пропускная способность устройства при сливе жидкости из извлекаемой трубы, а благодаря выполнению условия, полученного при конструировании устройства:  S <S< Sпропускная способность устройства увеличивается по мере движения сливаемой жидкости из извлекаемой трубы в сливную воронку, поэтому сливаемая из извлекаемой трубы скважинная жидкость в полном объёме дотекает до сливной воронки, выполненной в виде бокового отвода.
Повышается надежность работы устройства при работе со скважинными жидкостями различной вязкости, так как каждое радиальное отверстие в перегородке выполнено диаметром равным 20 мм, определённым опытным путём, что исключает  забивание этих радиальных отверстий грязью, песком, ржавчины шламом, и т.д., находящихся в составе изливаемой из трубы скважинной жидкости и обеспечивает слив скважинной жидкости через сливную воронку в скважину.
Исключается загрязнение окружающей среды скважинной жидкостью при отворачивании труб. Это происходит благодаря наличию уплотнительных элементов на боковых торцах шарнирно соединённых двух половин корпуса, которые обеспечивают герметичную работу устройства в процессе слива скважинной жидкости из верхней трубы. Сливная воронка, выполненная в виде бокового отвода в нижней части корпуса, обеспечивает отвод сливаемой из трубы жидкости в желобную ёмкость или амбар. В результате скважинная жидкость не изливается на устье скважины.
Обеспечивается безопасность труда и повышается культура производства. Это  достигается благодаря наличию фиксатора, крепящего две половины цилиндрического корпуса, исключающего самопроизвольное открытие половин цилиндрического корпуса на устье скважины, а также наличием ручек для установки и съёма устройства, что исключает соскальзывание устройства из рук обслуживающего персонала в процессе подъёма, а также  исключает получение травм обслуживающим персоналом.
Предлагаемое устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости позволяет:
- повысить надёжность работы;
- повысить эффективность работы;
- исключить загрязнение окружающей среды;
- обеспечить безопасность труда и повысить  культуру производства работ.