Устройство для защиты фонтанной арматуры

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности, а именно к защитным устройствам фонтанной арматуры от высоких давлений, применяемой для обработки пластов в целях интенсификации добычи углеводородов.
Из уровня техники известны следующие устройства зашиты устьевого оборудования от высокого давления.
В патенте RU 2030551 С1, МПК Е21В 33/03, 10.03.1995 г. раскрыто устьевое устройство для защиты фонтанной арматуры от высокого избыточного давления, которое имеет установленный на фонтанной арматуре неподвижный фланец с центральным осевым каналом для размещения в нем протектора, установленный на неподвижном фланце силовой привод с цилиндром, поршнем и штоком, который жестко соединен с протектором, узел уплотнения протектора в неподвижном фланце и механизм для присоединения протектора к насосу высокого давления. При этом, с целью повышения эксплуатационной надежности устройства и безопасности ведения скважинных работ, оно снабжено размещенной между неподвижным фланцем и силовым приводом цилиндрической опорой, а механизм для присоединения протектора к насосу высокого давления выполнен в виде установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения тройника, верхний отвод которого жестко связан со штоком, нижний - с протектором, а боковой - с насосом высокого давления. Опора выполнена с продольной прорезью для размещения в ней бокового отвода тройника и его возвратно-поступательном перемещения. При этом длина продольной прорези опоры больше величины хода поршня со штоком.
Известно устройство для защиты фонтанной арматуры при гидравлическом разрыве пласта в газовой скважине по патенту на полезную модель RU 54622 U1, МПК Е21В 43/26, 10.07.2006 г. Устройство включает корпус с фланцем для соединения с корпусом фонтанной арматуры, уравнительную камеру с запорным элементом, размещенный в корпусе шток с гайкой и приводом его осевого перемещения и поршневой затвор, установленный на конце штока. При этом шток и поршневой затвор выполнены со сквозными осевыми отверстиями, поршневой затвор выполнен в виде манжеты раструбом, направленным против движения штока, а на наружной поверхности верхней части штока и внутренней поверхности гайки выполнены резьбы.
Известен также протектор, входящий в состав устройства, раскрытого в патенте на полезную модель RU 54396 U1, МПК Е21В 43/26, 10.01.2006 г. Устройство содержит фонтанную арматуру, опорный фланец для соединения с фонтанной арматурой, опорную плиту с гидроприводом, состоящего из пары гидроцилиндров и штоков с поршнями. Устройство снабжено протектором, включающим цилиндрическую втулку с переводником, которая размещена во внутренней полости цилиндрического патрубка с возможностью осевого перемещения относительно его. Поджимная втулка закреплена на наружной поверхности переводника. Уплотнительные манжеты размещены на наружной поверхности цилиндрической втулки с возможностью сжатия при взаимодействии с поджимной, промежуточной и упорной втулками, которые размещены соответственно между уплотнительными манжетами и между верхней уплотнительной манжетой и цилиндрическим патрубком. Устройство снабжено головкой, размещенной на наружной поверхности цилиндрической втулки и закрепленной на опорном фланце. Головка соединена с цилиндрическим патрубком. К верхнему концу цилиндрической втулки присоединена жестко скрепленная с опорной плитой гидропривода стволовая втулка, которая имеет быстроразъемное соединение.
Недостатками аналогов являются:
1. Большой вес и сложность монтажа устройства, необходимость привлечения грузоподъемной техники (кранов) либо грузоподъемных устройств (лебедки) для монтажа/демонтажа устройства, необходимость привлечения грузовой автомобильной техники для доставки устройства к месту проведения работ.
2. Для герметизации устройства используется сила натяжения, создаваемая гидроцилиндрами гидропривода, при этом необходимо поддержание постоянного давления в гидроцилиндрах, следовательно, существует риск нарушения герметичности гидроцилиндров, что приведет к разгерметизации фонтанной арматуры и возникновению аварийной ситуации.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства, принятым за прототип, является протектор фонтанной арматуры - полезная модель RU 173022 U1, МПК Е21В 33/02, 07.08.2017 г. Устройство имеет патрубок и размещенную в нем с возможностью осевого перемещения втулку, верхние части которых герметично размещены в разъемном корпусе. Соединительные поверхности частей корпуса снабжены уплотнительными элементами. В отверстиях нижней части корпуса размещены фиксирующие элементы, служащие для удержания втулки от поворота, а в верхней части корпуса имеется отверстие с резьбой для подсоединения к нагнетательной линии. На верхнем конце втулки посредством резьбового соединения установлена инициирующая гайка, а на ее нижнем конце - поджимная и промежуточные втулки, между которыми размещены уплотнительные манжеты. При этом, на внешней поверхности корпуса выполнена резьба для подсоединения к буферному фланцу фонтанной арматуры, а герметичность соединения втулки и нижней части корпуса обеспечивается уплотнительными элементами.
Недостатки прототипа:
- недостаточная надежность устройства, т.к. давление передается через корпус на втулку, что чревато протечками при создании давления в нагнетательной линии и делает невозможным поджим уплотнительной манжеты вследствие того, что поджимная - инициирующая гайка недоступна, т.к. находится внутри собранного корпуса;
- конструкция требует большого количества уплотнений из-за наличия сборного корпуса, что снижает надежность, технологичность и повышает риск разрыва на высоких давлениях;
- наличие фиксирующих болтов, расположенных в закрытом корпусе, слабо удерживает втулку от прокручивания, что также снижает надежность устройства;
- монтаж и демонтаж устройства занимает достаточно большое количество времени и сил, снижая его эксплуатационные характеристики.
Задача - создание эффективного, надежного и простого в эксплуатации устройства для защиты фонтанной арматуры при работе на высоких давлениях, не требующего для монтажа и эксплуатации дополнительных технических ресурсов.
Технический результат заключается в повышении надежности и удобства эксплуатации устройства при упрощении конструкции и снижении затрат производства, транспортировки и монтажа.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для защиты фонтанной арматуры, содержащем корпус с наружной резьбой, в котором установлены цилиндрический патрубок и размещенная в нем с возможностью осевого перемещения трубка, в верхней части которой установлена гайка, а на ее нижнем конце - втулка, фиксирующая уплотнительную манжету, согласно полезной модели, корпус выполнен неразъемным, гайка размещена на корпусе, выполняя функцию поджима, а на верхнем конце трубки выполнена резьба для подсоединения к нагнетательной линии. При этом для дополнительного удобства монтажа и гарантированного сжатия уплотнительной манжеты верхний конец трубки может быть снабжен переводником подсоединения к нагнетательной линии, направление внутренней резьбы которого противоположно направлению резьбы поджимной гайки.
Кроме того, переводник может быть использован для установки дополнительного оборудования, например перекрывателя - крана высокого давления. Выполнение корпуса неразъемным и размещение на нем поджимной гайки для осевого перемещения трубки, упрощает конструкцию и обеспечивают регулирование усилия поджатая или расслабления уплотнительной манжеты без разборки устройства и необходимости стравливания давления, т.к. давление передается из нагнетательной линии непосредственно в трубку.
Полезная модель поясняется выполнением устройства с сопровождающими чертежами, на которых изображены:
Фиг. 1 - общий вид устройства в сборе;
Фиг. 2 - устройство в рабочем положении;
Фиг. 3 - установка устройства в фонтанную арматуру.
На чертежах обозначены следующие позиции:
1- переводник; 2 - трубка; 3 - прижимная гайка; 4 - корпус; 5 - цилиндрический патрубок; 6 - уплотнительная манжета; 7 - фиксирующая втулка; 8 - фланец фонтанной арматуры; 9 - фонтанная арматура; 10 - насосно-компрессорные трубы.
В корпусе 4 с наружной резьбой для подсоединения к фланцу 8 фонтанной арматуры 9 установлены цилиндрический патрубок 5 и размещенная в нем с возможность осевого перемещения трубка 2. На нижнем конце трубки 2 посредством резьбового соединения установлена втулка 7, фиксирующая уплотнительную манжету 6, которая поджата к основанию цилиндрического патрубка 5. В верхней части трубки 2 на корпусе 4 установлена поджимная гайка 3, над которой установлен переводник с резьбой противоположного гайке направления, а на ее верхнем конце выполнена резьба для подсоединения к нагнетательной линии.
Устройство работает следующим образом.
Сборку устройства осуществляют на базе или непосредственно на скважине и в собранном виде спускают в насосно-компрессорные трубы 10 и вкручивают его корпус 4 во фланец 8 фонтанной арматуры 9 или подрывной патрубок (Фиг. 3). Вращают упирающуюся в корпус 4 поджимную гайку 3 при помощи специального инструмента (радиальный, газовый, разводной или прочие аналогичные ключи), придерживая захватом от прокручивания трубу 2 или ключом переводник 1. В результате этого сжимается уплотнительная манжета 6, которая уплотняет кольцевое пространство между внутренней стенкой насосно-компрессорных труб 10 и наружной стенкой цилиндрической трубки 2, защищая элементы фонтанной арматуры от избыточного давления. Затем подсоединяют переводник 1 к нагнетательной линии для проведения работ с созданием высоких избыточных давлений в насосно-компрессорных трубах 10. На протяжении всего времени проведения технологических работ на скважине, включая манипуляции с подвеской насосно-компрессорных труб посредством натяжения за подрывной патрубок, устройство надежно защищает фонтанную арматуру от избыточных давлений.
После окончания технологических работ со скважины стравливается избыточное давление. Убедившись в отсутствии избыточного давления в насосно-компрессорных трубах, производится демонтаж устройства путем раскручивания поджимной гайки 3. Происходит осевое перемещение цилиндрической трубки 2 вниз и уплотнительная манжета 6 возвращается в исходное транспортное состояние. Выкручиванием корпуса 4 из подрывного патрубка или фланца 8 фонтанной арматуры 9, извлекается устройство из фонтанной арматуры и насосно-компрессорных труб на поверхность.
При необходимости производится ревизия на месте или после транспортировки на базе, причем простота сборки позволяет транспортировать устройство в разобранном виде, а небольшой вес устройства - осуществлять все манипуляции с ним вручную.
Следует отметить, что кроме указанных преимуществ по сравнению с прототипом, заявляемое устройство имеет более широкие функциональные возможности, например на переводник может быть установлено дополнительное оборудование для соединения с нагнетательной линией, например кран высокого давления, имеющей возможность перекрытия линии для совершения манипуляций с подвеской.