Скважинное устьевое противосифонное устройство

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для предотвращения разливов и выбросов скважинной жидкости, ее сбора, отвода с рабочей зоны во время проведения спускоподъемных операций.
Известно противосифонное устройство (патент на ПМ RU № 132480, МПК Е21В 33/08, опубл. 20.09.2013 Бюл. № 26), предназначенное для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости и обтирания тела трубы, характеризующееся тем, что содержит цельную, съемную, гофрированную камеру с большой величиной осевого рабочего хода, верхний и нижний уплотнительные узлы, образующие совместно с камерой полость для осевого перемещения, размещенные в уплотнительных узлах сменные трубные плашки с возможностью встречного перемещения, связанные с ведущими винтовыми приводами, при этом с одной стороны уплотнительного узла привод имеет резьбу правосторонней навивки, а с другой левосторонней навивки для возможности синхронного вращения штурвалов, две пары крышек с крепежными элементами для монтажа и крепления плашек, которые совместно с ведущими винтовыми приводами и корпусами уплотнительных узлов образуют полости приводов плашек, сменный резиновый сальник для обтирания тела трубы, установленный на съемном металлическом кольце, которое размещено в нижнем уплотнительном узле, радиальное отверстие и отводной патрубок с присоединительной резьбой для слива жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является противосифонное герметизирующее устройство (патент на ПМ RU № 2558050, МПК Е21В 33/08, опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21), обеспечивающее перекрытие и управление потоком скважинной жидкости в колонне труб, характеризующееся тем, что включает корпус, содержащий телескопическую камеру, имеющую большую величину осевого рабочего хода, состоящую из нескольких взаимосвязанных частей цилиндрической формы, установленных друг в друга, в которых выполнены одна или, по меньшей мере, две кольцевые расточки, или каналы, или пазы, или канавки с размещенными в них герметизирующими элементами или грязесъемниками, для ограничения движения осевого хода телескопической камеры цилиндры содержат ограничительные бурты или упоры, или стопоры, или, по меньшей мере, один фигурный паз, взаимодействующий со стопором, паз состоит из вертикальной и, по меньшей мере, одной горизонтальной глухих прямолинейных прорезей, сообщающихся между собой, причем горизонтальная прорезь короче вертикальной и содержит посадочное седло для фиксации стопора, корпус содержит два или, по меньшей мере, три герметизирующих узла с соосными скважине или колонне труб проходными отверстиями, образующими совместно с камерой полость для осевого перемещения, герметизирующие узлы оборудованы плашками, плашкодержателями, приводами и крышками, причем крышки состоят из одной или, по меньшей мере, двух частей, между которыми размещены один или несколько герметизирующих элементов, которые при разводе плашек деформируются к стенкам корпуса за счет прижимного усилия, оказываемого плашкодержателем на одну из частей крышек, а та в свою очередь на герметизирующий элемент, в плашках, или в плашкодержателях, или в крышках выполнены расточки или каналы или пазы или канавки с размещенными в них герметизирующими элементами и грязесъемниками, в нижнем и верхнем герметизирующих узлах установлены трубные, а в среднем глухие или трубные плашки, связанные с плашкодержателями и ведущими винтовыми или шарнирно-рычажными, или пневматическими, или гидравлическими, или любыми механическими приводами возвратно-поступательного действия, перемещаемые перпендикулярно к продольной оси стволового прохода и образующие совместно с крышками полость приводов плашек, на герметизирующих узлах размещены регулируемые фиксирующие механизмы для фиксации рычагов и удержания прижимного усилия, оказываемого на плашки шарнирно-рычажным приводом, нижний и средний герметизирующие узлы связаны с камерой резьбовым, или фланцевым, или шарикоподшипниковым соединением, а верхний связан со средним за счет двух взаимосвязанных цилиндрических колец, установленных друг в друга по принципу шарикоподшипникового соединения и имеющих возможность горизонтального вращения вокруг своей оси независимо друг от друга за счет стопорных шаров, установленных, по меньшей мере, в одной кольцевой полости, которую образуют совместно два радиальных канала расположенных напротив друг друга, один из которых выполнен на наружной части взаимосвязанного цилиндрического кольца одного герметизирующего узла, а второй с внутренней стороны взаимосвязанного цилиндрического кольца другого герметизирующего узла, причем наружное взаимосвязанное кольцо имеет, по меньшей мере, одно радиальное отверстие с резьбовым соединением для установки через него в кольцевую полость стопорных шаров с возможностью кольцевого перемещения и заглушки, во взаимосвязанных цилиндрических кольцах выполнены одна или, по меньшей мере, две кольцевые расточки, или каналы, или пазы, или канавки, в которых размещены герметизирующие элементы и грязесъемники, во взаимосвязанных цилиндрических кольцах выполнены отверстия, которые при вращении верхнего герметизирующего узла вокруг своей оси или при его неподвижном состоянии сообщаются между собой, полостью корпуса и вертлюгом, который размещен на внешней стороне наружного взаимосвязанного цилиндрического кольца, связь вертлюга с наружным взаимосвязанным цилиндрическим кольцом и его герметизация выполнены аналогично связи и герметизации двух взаимосвязанных цилиндрических колец, установленных друг в друга, вертлюг имеет возможность горизонтального вращения вокруг своей оси независимо от корпуса и взаимосвязанных цилиндрических колец и содержит, по меньшей мере, одно отверстие с отводным патрубком для слива жидкости, для выполнения телескопической камерой осевого хода и подъема среднего и верхнего герметизирующих узлов устройство содержит пневматические, или гидравлические, или механические цилиндры или шарнирно-рычажные приводы, или шарнирно-рычажные приводы с зубчатым механизмом рейка-шестерня возвратно-поступательного действия, установленные между нижним и средним герметизирующими узлами, или поднимаются вручную, в нижнем и верхнем герметизирующих узлах размещены съемные кольца с проходным диаметром, соответствующим типоразмеру труб, и снятыми фасками в проходном диаметре для беспрепятственного прохода присоединительной муфты трубы и центровки устройства, корпус содержит резьбовое отверстие с установленным в нем манометром для контроля за давлением внутри камеры и, по меньшей мере, одно отверстие с отводным патрубком для слива жидкости.
Основным недостатком обоих противосифонных устройств является сложность конструкции из-за наличия большого количества герметичных подвижных в продольном направлении относительно корпуса конструктивных элементов, замкнутых по периметру, что, в свою очередь, затрудняет установку устройства на устье скважины при спускоподъемных операциях, так как требует полного отсоединения подъемного оборудования и фиксации отпадения труб или штанг перед установкой на устье скважины.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является создание скважинного устьевого противосифонного устройства, позволяющего упростить конструкцию и установку на устье скважины за счет использования жесткого в продольном направлении корпуса, состоящего из двух шарнирно закреплённых половинок, выполненных с возможностью герметичного охвата подымаемых из скважины труб или штанг с фиксацией на устье скважины.
В качестве технического решения предлагается скважинное устьевое противосифонное устройство, включающее цилиндрический полый сборный корпус, образующий внутри герметичную камеру, с боковыми верхним и нижним сливными боковыми патрубками, сообщенными с камерой, нижним фланцем для соединения с устьем скважины, верхними и нижними герметизирующими элементами, верхние из которых расположены в поперечных направляющих для перемещения при помощи толкателей с герметичным охватом подымаемых или спускаемых в скважину скважинных конструктивных элементов.
Новым является то, что корпус изготовлен состоящим из двух продольных, шарнирно соединенных половин, взаимодействующие при соединении поверхности которых оснащены уплотнительными элементами, нижний герметизирующий элемент изготовлен из двух половинок, жестко соединенных с соответствующей половиной корпуса и выполненных с возможностью охвата перфорированного патрубка, предварительно установленного на устье скважины снаружи спущенных в скважину скважинных конструктивных элементов, при этом верхний герметизирующий элемент подпружинен от толкателя внутрь для возможности пропуска муфт спущенных в скважину конструктивных элементов.
На фиг. 1 изображено устройство в диаметрии в открытом состоянии.
На фиг. 2 изображено устройство в диаметрии в открытом состоянии на устье скважины.
На фиг. 3 изображено устройство в изометрии в закрытом состоянии.
Скважинное устьевое противосифонное устройство включает в себя цилиндрический полый сборный корпус 1 (фиг. 1 и 2), образующий внутри герметичную камеру 2, с боковыми верхним 3 и нижним сливными 4 боковыми патрубками, сообщенными с камерой 2, нижним фланцем 5 для соединения с устьем 6 (фиг. 2) скважины (не показана), верхними 7 (фиг. 1 и 2) и нижними 8 герметизирующими элементами, верхние 7 из которых расположены в поперечных направляющих 9 для перемещения при помощи толкателей 10 с герметичным охватом подымаемых или спускаемых в скважину скважинных конструктивных элементов 11 (непрерывных труб, насосно-компрессорных труб – НКТ, хвостовика, штанг или т.п.). Корпус 1 изготовлен состоящим их двух продольных половин 12 и 13, соединенных при помощи шарниров 14 (не конструкцию и вид шарниров автор не претендует, так как они известны из открытых источников). Взаимодействующие при соединении соответствующие поверхности 15 и 16 половин 12 и 13 оснащены уплотнительными элементами 17. В качестве уплотнительных элементов могут быть использован полиуретан, маслобензостойкая резина, вспененный каучук или т.п., которые фиксируют на взаимодействующих поверхностях при помощи вулканизации, клеевого состава, углублением с натягом в специальные пазы (не показаны) или т.п., автор на это не претендует. Нижний герметизирующий элемент 8 изготовлен из двух половинок, жестко соединенных с соответствующей половиной 12 или 13 корпуса 1 и выполненных с возможностью охвата перфорированного патрубка 18 (фиг. 2), предварительно установленного на устье 7 скважины снаружи спущенных в скважину конструктивных элементов 11. Верхний герметизирующий элемент 7 поджат внутрь пружиной (не показана) от толкателя 10 для возможности пропуска муфт 19 спущенных в скважину конструктивных элементов 11. Так как подпружиненные внутрь герметизирующие элементы 7 различных конструкций известны из открытых источников, автор на это не претендует.
Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1 – 3) не показаны или показаны условно.
Скважинное устьевое противосифонное устройство работает следующим образом.
Скважинное устьевое противосифонное устройство в сборе доставляют к скважине на которой проводят спускоподъёмные операции конструктивных элементов 11 (фиг. 2). Предварительно перфорированный патрубок 18 надевают на конструктивные элементы 11 снаружи и крепят на устье 6 скважины, например, соединяют с лифтовыми трубами, колонной НКТ большого диаметра или обсадными трубами резьбой, муфтами (не показаны) сваркой или т.п. (не показано). Конструктивные элементы 11 в отличие от аналогов сразу фиксируют на подъемном механизме (лебедка, устьевая вышка, колтюбинг или т.п. – не показаны). На шарнирах 14 (фиг. 1) половины 12 и 13 разворачивают, открывая корпус 1. Нижний фланец 5 одной из половин 12 или 13 располагают на фланце 20 (фиг. 2) устья 6 скважины, наживляя от падения через отверстия 21 шпильками с гайками, ботами с гайками или т.п. (не показано) так, чтобы нижние герметизирующие элементы 8 одной из половин 12 или 13 охватывали снизу плотно перфорированный патрубок 18, верхние герметизирующие элементы 7 одной из половин 12 или 13 – конструктивный элемент 11. Вторую половину 13 или 12 на шарнирах 14 поворачивают и закрывают корпус 1 (фиг. 3) до взаимодействия соответствующих поверхностей 15 и 16 с уплотнениями 17 между собой, в отверстия 21 фланца 5 второй половины 13 или 12 вставляют и наживляют для соединения с фланцем 20 (фиг. 2) устья 6 скважины. После чего половины 12 и 13 между собой сжимают до герметизации поверхностей 15 и 16 уплотнительными элементами 17, например, при помощи установленных с противоположной стороны от шарниров 14 рояльных петель, проушин, сжимаемыми стягиваемыми болтами с гайками, затягивающихся хомутов, удавок, располагаемых снаружи корпуса 1 или т.п. (не показаны). На способы стягивания половинок 12 и 13 корпуса 1 автор не претендует. При этом и нижние герметизирующие элементы 8 герметично охватывают перфорированный патрубок 18, а верхние 7 (фиг. 3) - конструктивные элементы 11, образуя внутреннюю герметичную камеру 2 внутри корпуса 1. После чего фланец 5 сильно и герметично прижимается при помощи отверстий 21 к фланцу 20 (фиг. 2) на устье 6 скважины. При наличии муфт 19 на конструктивных элементах 11 и использовании подпружиненных верхних герметизирующих элементов 7 (фиг. 3) толкатели 10 закручиваются в направляющие 9 до упора с двух сторон, после чего отворачиваются на 1–3 оборота в зависимости шага резьбы на толкателе 10 и от длины и жесткости пружины внутри направляющих 9 (определяется эмпирическим путем) для сохранения герметичного скользящего соединения верхних герметизирующих элементов 7 с наружной поверхностью конструктивных элементов 11. После опрессовки (проверки на герметичность) камеры 2 (фиг. 2) корпуса 1 компрессором (не показан) через верхний 3 и нижний 4 патрубки. Патрубки 3 и 4 оснащают манометрами (не показаны) для контроля давления сверху и снизу камеры 2 и задвижками (не показаны) для закрытия и или открытия соответствующих патрубков 3 и/или 4.
После установки устройства осуществляют подъем из скважины или спуск в скважину конструктивных элементов 11 при помощи подъемного механизма. Нижние герметизирующие элементы 8 не истираются, так как перфорированный патрубок 18 не двигается, а по мере износа верхних герметизирующих элементов 7 (при образовании течи) их поджимают толкателями 10 при помощи, например, ручек 22. При прохождении муфт 19 (если есть) верхние герметизирующие элементы 7 вдавливаются в направляющие 9, сжимая пружины, которые после прохождения муфты 19 возвращается в исходное положение, опять прижимаясь к поверхности конструктивного элемента 11. Вырывающийся из устья 6 скважины газ и/или скважинная жидкость рассеивается в перфорированном патрубке 18, исключая гидро- и пневмоудар, и остается в камере 2 корпуса 1, исключая излив на поверхность рядом со скважиной. При этом давление в камере 2 будет расти, что фиксируется манометрами на патрубках 3 и 4. При достижении определенного технологами, обслуживающими скважину, давления (автор на это не претендует), через верхний патрубок 3 стравливают из камеры 2 газ, а из нижнего патрубка 4 – жидкость, которые отводятся в специальные линии откачки или сбора.
Для съема устройства его отсоединяют (окручивая гайки, шнильки или болты или т.п.) от фланца 20 устья 6 скважины, разъединяют половины 12 и 13 (открывая рояльные петли, раскручивая болты и гаки в проушинах, разрезая хомуты или т.п.) и их разводят в стороны, поворачивая в шарнирах 14 и открывая корпус 1. Устройство готово к транспортировке.
Для установки устройства и снятия его с устья 6 скважины не требуется отсоединения конструктивных элементов 11 от подъемного механизма.
Предлагаемое скважинное устьевое противосифонное устройство позволяет упростить конструкцию и установку на устье скважины за счет использования корпуса, состоящего из двух шарнирно закреплённых половинок, выполненных с возможностью герметичного охвата подымаемых из скважины труб или штанг с фиксацией на устье скважины.