HYDRAULICALLY DRIVEN DEVICE FOR SHEARING PIPES AT WELLHEAD OF FLOWING WELL
Устройство гидроприводное для среза труб на устье фонтанирующей скважины

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для перерезания бурильных и насосно-компрессорных труб при ликвидации возникших аварийных ситуаций, а так же открытого фонтанирования на нефтегазовых скважинах, находящихся в бурении или ремонте.
Известно устройство превентора с перерезывающими плашками (1, стр. 102…110), являющегося одним из элементов в комплекте противовыбросового оборудования, монтируемого на устье скважины при производстве работ по ее бурению и предназначенного для герметизации устья при аварии (открытом фонтанировании) наиболее быстрым и эффективным способом -перерезыванием проходящей внутри него трубы, когда другие предпринимаемые меры по ликвидации аварийных ситуаций не приводят к желаемому результату.
Однако известное устройство обладает следующими недостатками:
- по существующим нормативным техническим регламентам по обвязке устья скважин противовыбросовым оборудованием превентор со срезывающими плашками устанавливается только на скважинах с осложненными (экстремальными) условиями бурения: при аномально высоких пластовых давлениях, при морском бурении (1, стр. 102), а также перед вскрытием продуктивного горизонта при содержании сероводорода и других агрессивных веществ (1, стр. 244…246);
- если оно не установлено на устье скважины в комплекте со смонтированным противовыбросовым оборудованием, его нельзя, ввиду целостности его корпуса, выполненного во фланцевом исполнении, установить отдельно на трубу, из которой происходит свободное истечение скважинной среды под давлением.
Известен способ наведения разъемной компоновки запорной арматуры на устье фонтанирующей скважины, образованное обсадной колонной, который может быть использован при ликвидации открытого фонтанирования скважины (2).
Недостатками известного способа являются:
- применение твердотопливного газогенерирующего элемента (взрывчатого вещества) с детонатором для обрезки трубы сопряжено с высокой степенью опасности для работающего персонала из-за возможного произвольного его срабатывания при производстве работ в условиях горящего фонтанирования;
- технология сборки превентора требует значительных временных затрат в условиях фонтанирования скважины: после установки на обсадную колонну разъемного корпуса превентора на нем монтируются герметизирующие плашки с их приводами, затем к боковым отводам присоединяют задвижки;
- герметизация устья фонтанирующей скважины производится в два этапа - после отрезания части обсадной колонны и ее удаления приводятся в действие герметизирующие плашки, закрепленные на корпусе разъемного превентора.
Применение взрывчатых веществ для производства работ обусловлено необходимостью расходования противофонтанными службами дополнительных материальных затрат, так как сопряжено с обязательным выполнением нормативных требований по их приобретению, транспортированию, учету и хранению, а также организации специальной подготовки персонала по их использованию.
Известен способ ликвидации открытого фонтанирования скважины с использованием разъемного гидроприводного устройства, который может быть использован на устье фонтанирующей скважины (3).
Недостатками известного способа являются:
- технология сборки превентора требует значительных временных затрат в условиях фонтанирования в связи с большими весогабаритными характеристиками, а в случае горящего фонтанирования и негерметичности трубных плашек противовыбросового оборудования его монтаж практически невозможен;
- монтаж превентора в условиях открытого фонтанирования сопряжен высокой степенью опасности для работающего персонала из-за высоких давлений пропусков скважинной среды, сопровождаемый выносом частиц пород, песка.
Целью изобретения является обеспечение возможности отрезания и сброса бурильных, насосно-компрессорных труб на забой скважины для закрытия глухих плашек превентора, когда иные способы ликвидации открытого фонтанирования из-за негерметичности трубных плашек противовыбросового оборудования или изгибной деформации самой трубы, не могут быть выполнены.
Поставленная цель достигается тем, что устройство гидроприводное для среза труб на устье фонтанирующей скважины, состоящее из корпуса, оборудованного сменным упором, гидроцилиндра, подвижного ножа, отличающееся тем, что корпус, выполненный с открытым зевом, оснащен узлом подвески, размещенным на оголовке стрелы крана-манипулятора, состоящим из каркаса, охватывающего оголовок стрелы и зафиксированного на нем сквозным пальцем, ползуна, размещенного сбоку на внешней стороне каркаса в пазу типа «ласточкин хвост» с опорой в дно паза и оснащенного горизонтальной осью, подвижно размещенной во втулке кронштейна, скрепленного в зоне центра тяжести корпуса, оборудованного сменным упором, выполненного с открытым зевом, гидроцилиндром и подвижным ножом и обеспечивающим горизонтальное положение корпуса устройства с возможностью дистанционно самоустанавливаться на трубе для ее перерезания в любом доступном к ней месте с помощью стрелы крана-манипулятора, исключающем присутствие исполнителей работ в зоне фонтанирующей струи, причем втулка кронштейна оснащена фрикционным узлом, с возможностью торможения вращения кронштейна, скрепленного с корпусом, на горизонтальной оси узла подвески.
Конструкция устройства гидроприводного для среза труб на устье фонтанирующей скважины (далее по тексту - устройство) приведена на фиг. 1, на фиг. 2 - узел подвески корпуса устройства на оголовке стрелы крана-манипулятора (оголовок стрелы условно развернут в вертикальное положение), на фиг. 3 - отрезание трубы устройством.
Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1, выполненного с открытым зевом, с закрепленным в нем сменным упором 2 с открытым зевом, гидроцилиндра 3 плунжерного типа с пружинным возвратом, плунжер которого оборудован корпусом ножа 4, с установленным в нем подвижным ножом 5, и узла подвески 6.
Узел подвески (фиг. 2) состоит из каркаса 7, охватывающего оголовок стрелы крана-манипулятора и зафиксированного на нем с помощью сквозного пальца 8, ползуна 9, размещенного сбоку на внешней стороне каркаса 7 в пазу типа «ласточкин хвост» с опорой в дно паза и оснащенного горизонтальной осью 10, подвижно размещенной и закрепленной гайкой 11 в горизонтально расположенной втулке 12 кронштейна 13, закрепленного на корпусе 1. Втулка 12 кронштейна 13 оснащена фрикционным узлом 14, состоящим из резинового вкладыша 15, выполненного в виде стержня, опорной шайбы 16, нажимного винта 17 и обеспечивающим торможение вращения втулки 12 кронштейна 13, скрепленного с корпусом - его маятниковых колебаний, возникающих при выдвижении оголовка стрелы крана-манипулятора во время подъема устройства на требуемую высоту для перерезания трубы. Кронштейн 13 имеет крепежные отверстия в виде продольных пазов для его фиксации в зоне центра тяжести корпуса 1 устройства с установленными в нем сменным упором 2, гидроцилиндром 3 и подвижным ножом 5.
Корпус 1 устройства, за счет подвижного соединения втулки 12 кронштейна 13 с осью 10, имеет возможность поворачиваться на оси 10 и принимать горизонтальное положение в исходном состоянии и во время наведения корпуса 1 на место перерезания трубы, а также дистанционно самоустанавливаться перпендикулярно оси трубы при выдвижении плунжера гидроцилиндра 3 с подвижным ножом 5 и контакте режущей кромки ножа с перерезаемой трубой.
Сменный упор 2 с открытым зевом (фиг. 1) закреплен в корпусе 1 винтом 18. Гидроцилиндр 3, с навинченной на корпус гидроцилиндра втулкой 19, установлен в отверстие корпуса 1 и скреплен с ним винтами 20. Нож подвижный 5 закреплен двумя винтами 21 к корпусу ножа 4, который ввинчен в плунжер гидроцилиндра 3.
Шпонка 22, установленная на корпусе ножа 4, перемещается по пазу, выполненному в направляющей 23 корпуса 1 и находится в зацеплении с ним на всей величине хода плунжера гидроцилиндра 3, предотвращая поворот плунжера гидроцилиндра при его выдвижении.
Перерезание трубы устройством на устье фонтанирующей скважины и ее сброс осуществляется следующим образом.
Корпус 1 устройства оборудуется сменным упором 2 с открытым зевом, соответствующим наружному диаметру перерезаемой трубы и монтируется посредством узла подвески 6 на оголовок стрелы крана-манипулятора (фиг. 3).
К гидроцилиндру 3 подключают гидравлическую линию управления (рукав высокого давления, концы которого оснащены быстроразъемными соединениями) от пульта гидростанции находящейся вне опасной зоны и позволяющей дистанционно выполнять выдвижение плунжера гидроцилиндра 3. Гидравлическую линию закрепляют свободно без натяга на подвесках 24 стрелы крана-манипулятора. Выдвижением стрелы крана-манипулятора открытые зевы корпуса и сменного упора наводятся на место перерезания трубы на необходимой высоте.
В гидроцилиндр 3 подается рабочая жидкость под давлением, от действия которого корпус ножа 4 перемещается вместе с подвижным ножом 5 до соприкосновения режущей кромки ножа 5 с перерезаемой трубой. Воздействием режущей кромки ножа 5 на перерезаемую трубу корпус 1 устройства дистанционно самоустанавливается на горизонтальной оси 10 узла подвески 6 перпендикулярно оси перерезаемой трубы. Дальнейшее действие давления рабочей жидкости на плунжер гидроцилиндра обеспечивает перерезание трубы, что приводит к падению ее нижней части на забой скважины, после чего закрываются глухие плашки превентора.
При возникновении нештатной ситуации во время перерезания трубы, в случае ее недореза, для отвода стрелы крана-манипулятора от устья фонтанирующей скважины имеется возможность, движением стрелы вниз и вдоль продольной оси паза типа «ласточкин хвост», отсоединиться оголовком стрелы с каркасом 7 от ползуна 9, оснащенного горизонтальной осью 10, размещенной во втулке 12 кронштейна 13, скрепленного с корпусом 1. При этом корпус 1 устройства удерживается на трубе за счет внедрения режущей кромки ножа в тело перерезаемой трубы.
Устройство прошло испытания на учебно-тренировочном полигоне ООО «Газпром газобезопасность» Астраханской ВЧ в УТЦ «Досанг» в условиях максимально приближенных к реальным.
Источники информации
1. Г.М. Гульянц «Противовыбросовое оборудование скважин, стойкое к сероводороду», справочное пособие, Москва, «Недра», 1991
2. Патент на изобретение №2098597 «Способ наведения разъемной компоновки запорной арматуры на устье фонтанирующей скважины», 05.09.1995 г
3. Патент на изобретение №2411342 «Способ ликвидации открытого фонтанирования скважины», 10.02.2011 г