ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЕВОЙ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к оборудованию для герметизации устья при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной труб, а также вращением и расхаживанием бурильной колонны с одновременной герметизацией устья при наличии устьевого давления.
7
Известен вращающийся универсальный гидравлический превентор (RU №2208126, МКИ Е 21 В 33/06), включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с отверстием, подшипники, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента. В корпусе установлен уплотнительный поршень со ступенчатой наружной поверхностью. В превенторе имеются рабочая и соединенные между собой гидравлическими каналами возвратная и разгрузочная камеры. Превентор управляется от специального пульта управления, запитанного от отдельной гидравлической станции. Устройство позволяет герметизировать устье при бурении, вращении и расхаживании бурильной колонны. Однако при всех положительных качествах превентор обладает существенными недостатками: для работы с данным устройством нужна гидростанция с электроприводом и специальный пульт управления, а значит гидравлические линии трубопроводов, зимой необходим обогрев превентора и пульта. Кроме того, уплотнительный элемент универсальных превенторов при закрывании от максимального прохода превентора до контакта с трубой (особенно малых диаметров) подвергается большой деформации, приводящей к разрушению.
6
Известная герметизирующая головка (RU №2068488 МКИ Е 21 В 33/06) включает корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием; эластичный герметизирующий элемент, установленный в корпусе с возможностью принудительного осевого натяжения и вращения с опорами посредством упорного шарикового подшипника; рабочую гидравлическую камеру, образованную нижней кольцевой полостью между корпусом и герметизирующим элементом; камеру регулировки поджатия герметизирующего элемента (возврата) с поршнем.
К существенным недостаткам известного устройства относится повышенная трудоемкость эксплуатации. Это объясняется тем, что для работы устройства необходимо использовать дополнительное оборудование (насосную установку или пневмогидроаккумулятор). Для замены изношенного герметизирующего элемента необходим полный демонтаж устройства с устья и слив рабочего агента из обеих камер, а также требуется повышенная упругость рабочего агента при пропуске муфт. Кроме того, устройство обладает низкой надежностью в работе, так как при большой разнице в диаметрах трубы и муфты герметизирующий элемент будет испытывать большие нагрузки и деформации, что приводит к его интенсивному износу.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание надежного устройства для герметизации устья при проведении капитального ремонта скважин без ее глушения, а также при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной труб при наличии устьевого давления.
Для обеспечения этих результатов заявляемый герметизатор устьевой, включающий:
- корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с техническим оборудованием,
- эластичный герметизирующий элемент,
- рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости между
корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом,
СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ
- он дополнительно снабжен ограничителем давления при проталкивании муфт, выполненным в виде гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, разделяющим гидроцилиндр на две полости, причем полость гидроцилиндра с пружиной соединена с устьем скважины, а другая полость связана гидравлическим каналом с кольцевой полостью;
- источник гидравлического питания выполнен в виде гидроцилиндра с ручным приводом, штоковая полость которого соединена с устьем скважины;
- а герметизирующий элемент выполнен из двух цилиндрических элементов, расположенных соосно, причем внутренний элемент является сменным.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.,1 изображен общий вид герметизатора устьевого, на фиг.2 показано положение загерметизированной трубы, на фиг.3 - положение пропуска муфты.
Герметизатор представляет собой двухфланцевый корпус 1, с центральным сквозным каналом для пропуска труб 2 с муфтой 3. Внутри корпуса 1 на подшипниках 4, воспринимающих радиальную и осевую нагрузку, установлен ствол 5. От выталкивания устьевым давлением ствол 5 удерживается гайкой 6, герметизация которой с корпусом 1 осуществляется уплотнительным кольцом 7. Верхняя часть ствола 5 уплотнена с гайкой 6 манжетами 8 и 9, а нижняя часть ствола 5 уплотнена с корпусом 1 манжетами 10 и 11. Ствол 5 в средней части имеет гидравлические каналы 12, соединяющие внутреннюю и наружную поверхности. Во внутреннюю часть ствола 5 вставлен герметизирующий элемент 13, образующий с ним кольцевую полость 14. Герметизирующий элемент 13 состоит из 2-х цилиндрических элементов 15 и 16, расположенных соосно. Внутренний элемент 16 является сменным и ограничен верхней арматурой 17, ввинченной в верхнюю часть ствола 5, и нижней арматурой 18, упирающейся в заплечико 19 нижней части ствола 5. При работе сменный внутренний элемент 16 и арматуры 17 и18 соединяют в один блок.
Узел регулирования величины поджатия герметизирующего элемента 13 к трубе 2 выполнен в виде гидроцилиндра 20 с поршнем 21 и штоком 22, оснащенным механизмом перемещения в виде винтового привода 23. На наружном конце штока 22 установлен штурвал. Поршень 21 и гладкая часть штока 22 уплотнены кольцами. Против гидроцилиндра 20 в корпусе 1 выполнен гидравлический канал 24, соединяющий поршневую полость гидроцилиндра 20 с кольцевой полостью 14 через гидравлический канал 12. Штоковая полость 25 гидроцилиндра 20 соединена гидравлическим каналом 26 с устьем скважины 27 сквозным отверстием 28, выполненным в нижнем фланце корпуса 1.
К корпусу 1 против гидравлического канала 29 герметично прикреплен гидроцилиндр 30, в котором расположен свободный поршень-разделитель 31, поджатый пружиной 32. Полость 33 гидроцилиндра 30, в которой расположена пружина 32, гидравлическим каналом 34 и сквозным отверстием 35, выполненным в нижнем фланце корпуса 1, соединена с устьем скважины 27.
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 без сменного внутреннего элемента 16 герметизатора 13 устанавливают на устье скважины 27, закрепляют. Производят спуск снаряда (долото, скребок, насос и т.д.) в скважину 27. Затем в ствол 5 устанавливают сменный внутренний элемент 16 в сборе. Его выбирают так, чтобы его внутренний диаметр был на 2-3 мм больше диаметра муфты. В этом случае спуск идет без износа элемента.
г
г
устья
устья
Для герметизации устья скважины 27 вращением штока 22 поршень 21 перемещают вправо, выдавливая из гидроцилиндра 20 жидкость в кольцевую полость 14, заставляя герметизирующий элемент 13 деформироваться внутрь, плотно облегая вставленную трубу 2. При герметизации трубы 2 в кольцевой полости 14 создается давление Р, определяемое конструктивными характеристиками герметизирующего элемента 13, а именно: жесткостью материала элементов, толщиной стенок, диаметром и т.д. При наличии устьевого давления в поршневой полости гидроцилиндра 20 установится давление: Р=Р+Р, где Рм - давление герметизации, Р - устьевое давление.
При больших давлениях выталкивающее усилие на поршень 21 станет настолько большим, что вращать штурвал будет невозможно. Поэтому для уменьшения нагрузки на винтовой привод 23 штока 22, а значит уменьшения момента вращения штурвала, в штоковую полость 25 через гидравлический канал 26 подается устьевое давление, компенсирующее выталкивающее усилие, действующее на поршень 21. Таким образом, даже при больших устьевых давлениях вращение штурвала будет приемлемым.
г
При протаскивании муфты 3 в кольцевой полости 14 будет возрастать давление за счет раздвигания цилиндрических элементов 15 и 16 муфтой 3. И если рост давления не будет ограничен, произойдет их разрушение. Для ограничения давления к корпусу 1 прикреплен гидроцилиндр 30 со свободным поршнем 31, поджатым пружиной 32. Причем пружина рассчитана так, что при герметизации трубы 2 давлением Р, поршень 31 не двигается и не сжимает пружину 32. Практически пружина 32 должна быть рассчитана на усилие, возникающее при давлении (МПа)
м
г
Р=Р+1,5
м
г
где Р - давление при пропуске муфты, Р- давление герметизации трубы, 1,5 МПа - необходимый запас по давлению, учитывающий разброс характеристик герметизирующих элементов.
м
Таким образом, при протаскивании муфты 3 при достижении в кольцевой полости 14 давления Р рабочая жидкость выдавливается в гидроцилиндр 30, поршень 31 отодвигается вправо, сжимая пружину 32. Подача устьевого давления в штоковую полость 25 гидроцилиндра 20 через гидравлический канал 26, сквозное отверстие 28 и полость 33 гидроцилиндра 30 через гидравлический канал 34 и сквозное отверстие 35 компенсирует влияние устьевого давления, так как элементы 15 и 16 герметизирующего элемента 13 являются мембранами, передающими устьевое давление в кольцевую полость 14 и через каналы 12, 26, 29 на поршни 21 и 31.
Предлагаемый герметизатор устьевой имеет компактную малогабаритную конструкцию, Он обеспечивает легкость герметизации из-за малого коэффициента деформации герметизирующих элементов, низкие эксплуатационные расходы из-за отсутствия посторонних источников энергии и за счет простоты и дешевизны сменного рабочего герметизирующего элемента.