ПРЕВЕНТОР
PREVENTER

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при их эксплуатации и ремонте с целью обеспечения промышленной безопасности, предупреждения и ликвидации нефтегазоводопроявлений, охраны недр и окружающей среды.
Известен превентор плашечный (В.Ф.Абубакиров и др. Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое. Справочное пособие, М.: ООО «ИРЦ Газпром», т.1, с.488, рис.8.15), содержащий:
- корпус с вертикальным проходным отверстием,
- подвижные плашки, размещенные в горизонтально выполненной полости корпуса,
- механизм перемещения плашек.
Ввиду того что известный превентор может обеспечить герметизацию устья скважины только одним комплектом плашек (трубными или глухими), при оснащении устья скважины противовыбросовым оборудованием для соответствия требованиям промышленной безопасности необходима установка двух превенторов: нижнего - с глухими плашками и верхнего - с трубными плашками. В связи с этим компоновка устьевого противовыбросового оборудования будет иметь значительный габарит по высоте, что влечет за собой необходимость увеличения высоты размещения вышечного блока и повышение затрат как на монтаж буровой установки, так и на обслуживание известного превентора при эксплуатации. Таким образом, ограниченные эксплуатационные возможности известного превентора приводят к дополнительным эксплуатационным затратам при его использовании.
Известен «Превентор» (патент РФ №2239694, Е21В 33/06, опубликован 10.11.2004), содержащий:
- цилиндрический корпус с муфтой и ниппелем, с вертикальным проходным отверстием и пересекающейся с ним цилиндрической горизонтальной полостью,
- в которой с возможностью поворота на 90° установлен запорный элемент, по продольной оси которого выполнена сквозная расточка, а в центральной части - сквозное отверстие, ось которого перпендикулярно пересекается с осью сквозной расточки и в положении «Открыто» совпадает с осью вертикального проходного отверстия корпуса,
- уплотнитель из эластичного материала, взаимодействующий с корпусом и запорным элементом,
- плашки, установленные без возможности вращения в горизонтальной расточке кольцевого цилиндра запорного элемента,
- механизмы ручного перемещения плашек и поворота запорного элемента.
К недостаткам известного превентора следует отнести сложность конструкции и связанные с этим трудоемкость изготовления и сборки, обусловленные сложной геометрической формой запорного элемента, выполненного в виде кольцевого цилиндра с двумя кольцевыми уплотнениями, равноотстоящими от вертикального проходного отверстия и соединенными между собой четырьмя уплотнениями в виде прямых отрезков, равноотстоящих от вертикального проходного отверстия. Как при сборке, так и при эксплуатации в процессе поворота запорного элемента четыре уплотнения в виде прямых отрезков будут пересекать зону вертикального проходного отверстия, что может привести к срезу уплотнений из эластичного материала кромками на пересечении поверхностей вертикального отверстия и цилиндрической горизонтальной полости, в результате чего превентор не обеспечит надежной герметизации устья скважины, что снижает надежность работы известного превентора.
Для предотвращения повреждения уплотнения необходимо на кромках пересечения выполнять заходные фаски с большими катетами и высокой чистотой обработки, что, учитывая сложность формообразующих поверхностей, требует дополнительных затрат и повышает стоимость известного превентора.
В известном превенторе для перекрытия устья как при отсутствии спущенных в скважину труб путем поворота запорного элемента, так и при их наличии путем перемещения плашек предусмотрен только ручной привод механизмов поворота и перемещения, а также отсутствует возможность дистанционного управления механизмом поворота. Эти обстоятельства снижают безопасность эксплуатации, а также не обеспечивают его оперативного перекрытия при наличии давления на устье, поскольку ручной поворот запорного элемента или перемещение плашек в этом случае требуют значительных усилий от исполнителя и не могут быть произведены оперативно.
Совокупность перечисленных обстоятельств значительно снижает надежность и безопасность работы известного превентора.
Задачей изобретения является создание технического решения превентора, лишенного перечисленных недостатков.
Техническим результатом решения этой задачи является повышение надежности и безопасности работы известного превентора.
Для обеспечения этого результата известный превентор, содержащий:
- корпус с муфтой и ниппелем, имеющий вертикальное проходное отверстие и перпендикулярно пересекающуюся с ним цилиндрическую горизонтальную полость,
- в которой с возможностью поворота на 90° установлен запорный элемент, по продольной оси которого выполнена сквозная расточка, а в центральной части выполнено сквозное отверстие, ось которого перпендикулярно пересекается с осью сквозной расточки и в положении «Открыто» совпадает с осью вертикального проходного отверстия корпуса,
- уплотнитель из эластичного материала, взаимодействующий с корпусом и запорным элементом,
- плашки, установленные в сквозной расточке запорного элемента без возможности вращения,
- ручные механизмы перемещения плашек и поворота запорного элемента,
- боковые крышки, герметично присоединенные к корпусу противоположно друг другу и герметично взаимодействующие с запорным элементом,
согласно изобретению:
- дополнительно снабжен гидроцилиндрами перемещения плашек, поршни которых со стороны штоковой полости через штоки взаимодействуют с плашками, а со стороны поршневой полости взаимодействуют с ходовыми винтами механизма ручного перемещения плашек, в сквозных отверстиях которых по продольной оси установлены элементы связи винтов с поршнями, выполненные в виде болтов, фиксируемых стопорами от вращения относительно ходовых винтов,
- и гидроцилиндром поворота запорного элемента,
- крышки соединены с корпусом с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и взаимодействуют с поджимным элементом в виде гайки, взаимодействующей с наружной резьбой, выполненной в нижней части корпуса над ниппелем,
- наружная поверхность запорного элемента, взаимодействующая с уплотнителем, выполнена в виде сферы,
- а уплотнитель выполнен в виде втулки, установленной в расточке вертикального проходного отверстия, выполненной над цилиндрической горизонтальной полостью.
Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображен продольный разрез превентора в открытом положении; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1 (штурвал ручного механизма перемещения плашек снят); на фиг.3 - продольный разрез превентора в закрытом положении плашек на оборудовании, спущенном в скважину; на фиг.4 - механизм ручного перемещения плашек в положении, подготовленном для открытия превентора вручную; на фиг.5 - продольный разрез превентора, закрытого поворотом запорного элемента, на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.1.
Превентор содержит корпус 1 (фиг.1) с муфтой 2 вверху и ниппелем 3 внизу, над которым выполнена наружная резьба 4, а внутри выполнены вертикальное проходное отверстие 5 для спуска скважинного оборудования 6 и перпендикулярно пересекающаяся с ним цилиндрическая горизонтальная полость 7. Снаружи к корпусу 1 герметично присоединены противоположно друг другу крышки 8, в которых выполнены отверстия 9. В горизонтальной полости 7 корпуса 1 и отверстиях 9 крышек 8 герметично установлен с возможностью поворота на 90° запорный элемент 10, на котором в средней части выполнена сферическая поверхность 11, взаимодействующая с уплотнителем 12, выполненным в виде втулки из эластичного материала, установленной в расточке 13 корпуса 1, выполненной в вертикальном проходном отверстии 5 над цилиндрической горизонтальной полостью 7.
Герметичность контакта уплотнителя 12 со сферической поверхностью 11 и расточкой 13 осуществляется за счет поджима уплотнителя 12 к торцу 14, выполненному в расточке 13, запорным элементом 10 путем его перемещения вместе с крышками 8 при вращении гайки 15 по цилиндрической резьбе 4. Возможность вертикального перемещения крышек 8 относительно корпуса 1 обеспечивается пазами 16, выполненными в крышках 8 и взаимодействующими с крепежными элементами 17.
На запорном элементе 10 установлен механизм ручного поворота, состоящий из поводка 18 (фиг.2), рукоятки 19, шпонки 20 и ограничителя поворота 21, а также гидропривод для гидравлического поворота ствола, включающий гидроцилиндр 22, шток-поршень 23, ось гидроцилиндра 24 и ось штока 25. Гидроцилиндр 22 крепится к крышке 8 с возможностью вращения на оси гидроцилиндра 24.
В расточке 26 запорного элемента 10 с возможностью поступательного перемещения установлены плашки 27, имеющие уплотнитель 28 и зафиксированные от поворота фиксатором 29. Плашки 27 присоединены к гидроприводу перемещения, включающему в себя шток-поршень 30, гидроцилиндр 31 и крышку 32, в которой размещен механизм ручного управления плашками 27, состоящий из винта 33, штурвала 34, болта связи 35, подшипника 36, чашки 37 и стопора 38. В крышке 32 выполнено окно 39 контроля положения плашки 27. Гидроцилиндры 22 и 31 снабжены штуцерами 40 для подсоединения гидростанции (не показана).
Превентор работает следующим образом.
Для герметизации устья скважины в процессе проведения спускоподъемных операций, когда через вертикальное проходное отверстие 5 корпуса 1 в скважину спущено оборудование 6 (фиг.3), производят нагнетание гидравлической жидкости в штуцер 40 гидроцилиндра 31 для создания давления на шток-поршень 30, от воздействия которого плашки 27 с уплотнителем 28 будут перемещаться в расточке 26 запорного элемента 10 в направлении вертикального проходного отверстия 5, охватывая спущенное оборудование 6 уплотнителем 28 и герметизируя устье скважины. Таким образом, дополнительное снабжение заявляемого превентора гидроцилиндрами 31 перемещения плашек 27 обеспечивает оперативное перекрытие устья скважины, что по сравнению с прототипом, где имеется только ручной привод, повышает надежность и безопасность работы заявляемого превентора.
После закрытия превентора плашки 27 фиксируют в закрытом положении винтом 33 вращением штурвала 34. Положение плашек 27 контролируют по положению шток-поршня 30 или винта 33 через окно 39.
При необходимости превентором можно управлять вручную после подключения на слив соответствующего штуцера 40. Для закрытия плашек 27 вращают по часовой стрелке штурвалы 34, при этом винт 33, перемещаясь в резьбе крышек 32, толкает шток-поршень 30 и плашки 27 до перекрытия вертикального проходного отверстия 5.
Для открытия превентора необходимо отвести от шток-поршня 30 винты 33 вращением штурвала 34 и подачей давления в штуцер 40 соответствующей полости гидроцилиндра 31 развести плашки 27 до открытия вертикального проходного отверстия 5 (фиг.1).
Для ручного открытия превентора необходимо извлечь стопор 38 (фиг.4), ввернуть болт связи 35 в резьбовое отверстие шток-поршня 30. Вращая штурвалы 34 против часовой стрелки, вытягивают винтом 33 за болт связи 35 шток-поршень 30 и плашки 27 до открытия вертикального проходного отверстия 5. Сила трения, возникающая при взаимодействии винта 33 и болта связи 35, воспринимается подшипником 36. После открытия превентора фиксируют чашку 37 и болт связи 35 на винте 33 стопором 38 для перехода на гидравлическое управление. Таким образом, наличие элементов связи винтов с поршнями, выполненных в виде болтов, фиксируемых стопорами от вращения относительно ходовых винтов, обеспечивает возможность ручного открывания превентора, что расширяет его эксплуатационные возможности.
Для герметизации устья скважины без спущенного оборудования превентор закрывают поворотом запорного элемента 10 после подачи давления в соответствующий штуцер 40 гидроцилиндра 22. Под действием давления гидравлической жидкости шток-поршень 23, перемещаясь, через ось 25, поводок 18 и шпонку 20 поворачивает запорный элемент 10 на 90° (фиг.5), перекрывая проходное отверстие 5 превентора. Давлением скважинной среды сферическая поверхность 11 запорного элемента 10 прижимается к уплотнителю 12, который, будучи установленным в расточке 13 корпуса 1 и предварительно прижатым через крышки 8 к торцу 14 поджимным элементом в виде гайки 15, взаимодействующей с наружной резьбой 4, выполненной в нижней части корпуса 1 над ниппелем 3, обеспечивает герметизацию устья скважины.
Таким образом, дополнительное снабжение заявляемого превентора гидроцилиндром 22 поворота запорного элемента 10 обеспечивает оперативное перекрытие устья скважины, что по сравнению с прототипом, где имеется только ручной привод, повышает надежность и безопасность работы заявляемого превентора.
Выполнение соединений крышек 8 с корпусом 1 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, их герметичное взаимодействие с запорным элементом 10 и с поджимным элементом в виде гайки 15, взаимодействующей с наружной резьбой 4, выполненной в нижней части корпуса 1 над ниппелем 3, обеспечивает возможность поджима сферы 11 к уплотнителю 12, что обеспечивает предварительную герметизацию в контакте сферы 11 с уплотнителем 12 и работоспособность заявляемого превентора.
Выполнение наружной поверхности запорного элемента 10, взаимодействующей с уплотнителем 12, в виде сферы 11 обеспечивает по сравнению с прототипом, где эта поверхность выполнена в виде цилиндра, повышение надежности работы. Это обусловлено тем, что в заявляемом превенторе уплотнитель 12 неподвижно размещен в расточке 13 корпуса 1 и не подвергается разрушению при повороте сферы 11 запорного элемента 10, в то время как в прототипе уплотнитель размещен в пазах на цилиндрической поверхности запорного элемента и поворачивается вместе с ним, пересекая зону вертикального проходного отверстия, что может привести к срезу и разрушению уплотнений из эластичного материала кромками на пересечении поверхностей вертикального отверстия и цилиндрической горизонтальной полости.
Кроме того, выполнение наружной поверхности запорного элемента 10 в виде сферы 11, а уплотнителя 12 в виде втулки конструктивно проще и менее трудоемко как при изготовлении, так и при сборке по сравнению с прототипом.
Для открытия превентора подают гидравлическую жидкость в соответствующий штуцер 40 гидроцилиндра 22 (фиг.2). Под действием давления гидравлической жидкости шток-поршень 23 перемещается вдоль гидроцилиндра 22 и за ось 25 поворачивает запорный элемент 10 на 90°, открывая проходное отверстие 5 превентора.
При необходимости превентором можно управлять вручную после подключения на слив соответствующего штуцера 40 (фиг.2), для чего вращают запорный элемент 10 за рукоятку 19 против часовой стрелки до открытия проходного отверстия 5.
Таким образом, совокупность отличительных признаков обеспечивает заявляемому превентору повышение надежности и безопасности работы, а также расширение эксплуатационных возможностей по сравнению с аналогом и прототипом.