ПРЕВЕНТОР ПЛАШЕЧНО-ШИБЕРНЫЙ РАЗДЕЛЬНЫЙ
SEPARATE REMOTE-GATE PREVENTOR

Изобретение относится к оборудованию, применяемому для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при их строительстве, освоении и ремонте с целью обеспечения безопасности, предупреждения и ликвидации нефтегазоводопроявлений и открытых фонтанов с целью обеспечения безопасного ведения работ, охраны недр и окружающей среды путем перекрытия кольцевого зазора между спущенной в скважину обсадной колонной и бурильными трубами или перекрытия устья скважины при отсутствии в ней бурильных труб.
Известен превентор (RU 47954 U1; [1]), содержащий корпус в виде стальной отливки с минимальными габаритными размерами, в частности, с минимальными значениями длины. Корпус имеет осевой канал и каналы для приводов с плашками и для привода с шибером. Превентор включает также крышку шиберного канала, боковые крышки с каналами для привода плашек, плашки с приводом и шибер с приводом. Превентор за счет минимальной длины корпуса имеет облегченную конструкцию, что, однако, негативно сказывается на прочностных характеристиках корпуса. Не предусмотрена возможность установки технологических вставок в верхний фланец корпуса превентора.
Известен превентор плашечно-шиберный (RU 81993 U1; [2]), характеризующийся тем, что он содержит выполненный со сквозным осевым каналом корпус с верхним и нижним фланцами и боковыми каналами, два из которых расположены в одной плоскости симметрично относительно центральной оси, ориентированные перпендикулярно ей и сквозному осевому каналу, и содержат установленные внутри с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном осевому каналу, две симметрично расположенные плашки, образующие плашечный затвор, под упомянутыми боковыми каналами, под углом к оси этих боковых каналов, размещен дополнительный боковой канал с установленной в нем подвижной шиберной пластиной, причем упомянутые симметрично расположенные плашки и подвижная шиберная пластина оснащены автономными приводами для каждой плашки и для шиберной пластины.
Известен превентор шиберно-плашечный (RU 93452 U1, [3]), содержащий корпус, оснащенный сквозным центральным каналом, двумя фланцами, расположенными противоположно друг другу, с двух других сторон двумя расположенными в плоскости, перпендикулярной оси сквозного центрального канала, противоположно друг другу закрытыми сквозными плашечными пазами, в которых размещены с возможностью перемещения по направляющим плашки, закрытым шиберным пазом, в котором размещен с возможностью перемещения по направляющим шибер, грузозахватными элементами, приводами плашки и шибера, взаимосвязанными опосредованно с крышками, стаканами, отличающийся тем, что крышки, стаканы и корпус выполнены литьем по газифицируемым моделям, на одной из наружных граней корпуса, расположенной параллельно оси сквозного центрального канала, выполнено не более трех глухих замкнутых паза, вертикально расположенных по отношению к оси сквозного центрального канала, шиберный паз выполнен из двух ступеней, каждая из которых имеет в сечении, перпендикулярном оси сквозного центрального канала, прямоугольник, кроме того, нижние направляющие в плашечных и шиберном пазах выполнены в сечении, параллельном оси сквозного центрального канала, в виде трапеции с вогнутыми боковыми сторонами, при этом каждая из крышек выполнена за одно целое со стаканом, в крышке, расположенной на стороне шиберного паза, выполнена полость в сечении, перпендикулярном центральной оси крышки, в виде прямоугольника, а в сечении, параллельном центральной оси крышки, в виде прямоугольника, одна сторона которого выполнена в виде дуги, при этом шибер выполнен в виде круговой пластины.
Недостатком известного превентора является цельнолитое исполнение крышки привода и стакана, что влечет за собой определенные трудности при выполнении ремонтных работ. Кроме того, снабжение корпуса превентора грузоподъемными крюками не обеспечивает должной безопасности при транспортировке превентора.
В качестве прототипа выбран превентор (RU 52906 U1; [4]), который является наиболее близким к заявленному техническому решению, содержащий корпус с верхним и нижним фланцами, имеющий сквозной осевой канал для прохода спускаемых в скважину труб, два верхних боковых канала, расположенных противоположно друг другу, ориентированных перпендикулярно осевому каналу и закрытых боковыми крышками, и выполненный под верхними каналами и закрытый своей боковой крышкой нижний боковой канал, ось которого расположена под углом к оси верхних боковых каналов, размещенный внутри корпуса плашечный затвор, содержащий две противоположно расположенные плашки для герметизации труб по наружному диаметру, установленные в верхних боковых каналах корпуса с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу, подвижную шиберную пластину, предназначенную для перекрытия сквозного осевого канала при отсутствии труб в скважине и установленную в нижнем боковом канале с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу, и по одному автономному винтовому приводу для каждой плашки и для шиберной пластины, установленному в соответствующей боковой крышке, в котором корпус снабжен грузозахватными элементами и выполнен цельнолитым с грузозахватными элементами из легированной стали, сквозной осевой канал в корпусе выполнен либо весь цилиндрическим, либо часть этого канала, расположенная выше верхних боковых каналов, выполнена коническим, обращенным большим основанием конуса наружу, при этом при выполнении части осевого канала коническим в верхнем фланце выполнены, по меньшей мере, два боковых радиальных сквозных отверстия, каждое из которых предназначено для герметичного размещения средства фиксации герметизирующих вставок, при этом рабочий хвостовик средства фиксации выполнен с продольной конической лыской, а на торцевых частях верхнего и нижнего фланцев выполнены кольцевая канавка, служащая для размещения уплотнительного кольца, причем на наружных сторонах корпуса на участках между боковыми фланцами выполнены ребра жесткости.
Известные аналоги [1, 2, 3, 4] имеют общий недостаток - отсутствие камеры обогрева, что в условиях низких температур может привести к примерзанию уплотнительных элементов и механизмов привода превентора и послужить причиной разгерметизации устья скважины.
Известны превенторы с камерой обогрева: превентор плашечный сдвоенный (RU 52907; [5]), содержащий двухступенчатый корпус с верхним и нижним фланцами, имеющий сквозной осевой канал и выполненные в соответствующих ступенях корпуса две пары боковых каналов, расположенных противоположно друг другу в каждой паре, ориентированных перпендикулярно сквозному осевому каналу и закрытых боковыми крышками, два плашечных затвора, один из которых содержит две оппозитно расположенные плашки трубные для герметизации труб по наружному диаметру, установленные в боковых каналах верхней ступени корпуса с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу корпуса, а другой - две оппозитно расположенные плашки глухие для перекрытия осевого канала корпуса при отсутствии труб в скважине, установленные в боковых каналах нижней ступени корпуса с возможностью перемещения в перпендикулярном осевому каналу корпуса в направлении из крайнего открытого положения в крайнее закрытое положение и наоборот, и по одному автономному винтовому приводу для каждой плашки, установленному в соответствующей боковой крышке и выполненному с расположенным в корпусе привода двухступенчатым винтом с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей с корпусом привода, и резьбой левосторонней навивки на другой ступени, взаимодействующей с толкателем плашки, расположенным с возможностью перемещения в корпусе привода. В корпусе дополнительно имеется полость для подвода теплоносителя через крышку со штуцером. Полость для теплоносителя выполнена кольцевой. Вывод теплоносителя осуществляется через крышку с другой стороны корпуса.
Недостатком данной конструкции камеры обогрева является наличие двух герметичных крышек обогрева на противоположных сторонах корпуса, что увеличивает риск разгерметизации камеры обогрева и утечки теплоносителя.
Известен превентор плашечный сдвоенный (RU 156522; [6]), который состоит из литого корпуса, оснащенного нижним и верхним цилиндрическими фланцами, вертикальным сквозным трубным каналом, двумя параллельными плашечными полостями, расположенными перпендикулярно оси трубного канала, углублениями, выполненными на противоположных боковых гранях корпуса, соединенными друг с другом через отверстия, привалочными поверхностями, радиальными отверстиями в верхнем фланце, грузозахватными приспособлениями, в котором в плашечных полостях установлены два плашечных затвора с трубными и глухими плашками, шишечные полости закрыты боковыми крышками установленными на привалочных поверхностях, каждая плашка снабжена ручным механическим винтовым приводом, установленным в боковых крышках, над углублениями в корпусе установлены две крышки, выполненные в виде пластины, оснащенной штуцером, образующие совместно с углублениями камеру обогрева. Содержит два дополнительных резьбовых отверстия в камеру обогрева с установленными в них штуцерами, расположенные со стороны привалочных поверхностей корпуса, при этом штуцера контактируют с боковыми крышками, а также отводящий и подводящий патрубки, установленные посредством резьбового соединения и уплотнительных манжет в радиальных отверстиях в верхнем фланце корпуса превентора.
Недостатком данной конструкции камеры обогрева является расположение подводящих и отводящих теплоноситель патрубков со стороны привалочных поверхностей корпуса, что создает риск повреждения линий подвода теплоносителя при замене плашек и трудности при работе с приводами превентора.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности работы, улучшении эксплуатационных качеств превентора, за счет исключения возможности примерзания рабочих органов (плашек) к корпусу превентора во время эксплуатации при отрицательных температурах, а также в увеличении срока службы превентора.
Технический результат заключается в повышении надежности перекрытия центрального проходного отверстия (сквозного осевого канала) корпуса превентора, сохранения работоспособности превентора и обеспечения надежной герметизации устья скважины при отрицательных температурах путем исключения возможности примерзания уплотнительных элементов плашек к корпусу превентора за счет наличия полости обогрева в конструкции корпуса превентора.
Для достижения указанного технического результата предлагается превентор, содержащий цельнолитой корпус с верхним и нижним фланцами, имеющий сквозной осевой канал для прохода спускаемых в скважину труб, два верхних боковых канала, расположенных противоположно друг другу, ориентированных перпендикулярно осевому каналу и закрытых боковыми крышками, и выполненный под верхними каналами и закрытый своей боковой крышкой нижний боковой канал, ось которого расположена под углом к оси верхних каналов. Внутри корпуса размещены плашечный затвор, содержащий две противоположно расположенные плашки для герметизации труб по наружному диаметру, установленные в верхних боковых каналах корпуса с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу, и подвижная шиберная пластина, предназначенная для перекрытия сквозного осевого канала при отсутствии труб в скважине и установленная в нижнем боковом канале с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу. В превенторе имеется по одному автономному винтовому приводу для каждой плашки и для шиберной пластины, установленному в соответствующей боковой крышке.
На боковых сторонах корпуса превентора выполнены приливы с отверстиями, в которые установлены такелажные петли, сквозь которые можно пропускать подъемный канат или стропы для надежной транспортировки и установки превентора на устье скважины.
Сквозной осевой канал в корпусе выполнен либо весь цилиндрическим, либо часть этого канала, расположенная выше верхних боковых каналов выполнена коническим, обращенным большим основанием конуса наружу, при этом при выполнении части осевого канала коническим в верхнем фланце выполнены, по меньшей мере, два боковых радиальных сквозных отверстия, каждое из которых предназначено для герметичного размещения средства фиксации герметизирующих вставок, при этом рабочий хвостовик средства фиксации выполнен с продольной лыской. На торцевых частях верхнего и нижнего фланцев выполнена кольцевая канавка, служащая для размещения уплотнительного кольца. На наружных сторонах корпуса на участках между боковыми фланцами выполнены ребра жесткости, обеспечивающие дополнительную прочность конструкции корпуса. Верхняя поверхность шиберной пластины выполнена с уклоном к свободному торцу, а боковые ее грани снабжены продольными желобами, выполненными параллельно нижней горизонтальной направляющей шиберной пластины.
Винтовой привод плашки установлен герметично и выполнен с расположенным в корпусе привода двухступенчатым винтом с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей с корпусом привода, и резьбой левосторонней навивки на другой ступени, взаимодействующей с толкателем плашки, расположенным с возможностью перемещения в корпусе привода, при этом, для контроля положения подвижной плашки, на концевой части двухступенчатого винта, несущей резьбу правосторонней навивки, выполнены кольцевой выступ, торец которого служит ограничителем перемещения винта при закрытии плашек и кольцевые канавки, расстояние между которыми коррелируется с ходом подвижной плашки из одного крайнего положения в другое, при этом одна из кольцевых канавок примыкает к кольцевому выступу. Верхняя поверхность шиберной пластины выполнена с уклоном к свободному торцу, а боковые ее грани, выполнены перпендикулярно нижней горизонтальной поверхности шиберной пластины.
Винтовой привод шиберной пластины также установлен герметично и выполнен с расположенным в корпусе привода двухступенчатым винтом с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей с корпусом привода, и резьбой левосторонней навивки на другой ступени, взаимодействующей с толкателем шиберной пластины, расположенным с возможностью перемещения в корпусе привода, при этом, для контроля положения подвижной шиберной пластины, на концевой части двухступенчатого винта, несущей резьбу правосторонней навивки, выполнены кольцевой выступ и кольцевые канавки, расстояние между которыми коррелируется с ходом шиберной пластины из одного крайнего положения в другое, при этом одна из кольцевых канавок примыкает к кольцевому выступу. Боковые радиальные сквозные отверстия в верхнем фланце преимущественно расположены друг относительно друга под одинаковым углом. Винт винтового привода имеет хвостовик для установки штурвала винтового привода.
Выполнение верхнего фланца, по меньшей мере, с двумя сквозными боковыми радиальными отверстиями, в каждом из которых размещено средство фиксации герметизирующей вставки, позволяет надежно фиксировать вставку в превенторе и обезопасить тем самым процесс ремонта скважины; наличие на рабочем хвостовике продольной лыски обеспечивает дополнительное прижатие-присадку герметизирующей вставки к осевому каналу, наличие на торцевой части верхнего фланца кольцевой канавки и примыкающего к ней со стороны осевого канала корпуса кольцевого буртика, служащего для размещения уплотнительного кольца, создает при прохождении через превентор насосно-компрессорной трубы дополнительные условия для предупреждения выбросов и открытых фонтанов.
На наружной стороне корпуса на участке между боковыми крышками выполнено углубление, образующее совместно со съемной крышкой и прокладкой герметичную камеру обогрева. Съемная крышка оснащена двумя штуцерами, которые могут быть расположены на разном уровне, для подвода и отвода теплоносителя под давлением для обогрева корпуса превентора и уплотнительных элементов плашек, что способствует увеличению срока службы уплотнительных элементов плашек превентора и обеспечивает надежность герметизации устья скважины в условиях низких температур.
Камера обогрева заявляемого превентора отличается от известных камер обогрева тем, что расположена на стороне корпуса превентора, свободной от органов управления, что устраняет риск повреждения линий подвода и отвода теплоносителя при работе с приводами превентора. Камера обогрева закрыта съемной герметичной крышкой с установленными на ней двумя штуцерами, которые могут быть расположены на разных уровнях для повышения эффективности обогрева за счет увеличения площади обогреваемой поверхности. Конструктивное расположение герметичной полости обогрева между боковыми крышками, закрывающими верхние боковые каналы, обеспечивает нагрев как плашечного канала, так шиберного.
Изобретение поясняется настоящим описанием и фигурами:
фиг.1 - общий вид превентора;
фиг.2 - общий вид превентора в разобранном состоянии;
фиг.3 - общий вид превентор, вид сзади;
фиг.4 - камера обогрева в разобранном состоянии;
фиг.5 - превентор в разрезе, вид сбоку;
фиг.6 - привод плашки превентора в разрезе;
Превентор содержит корпус 1 с верхним фланцем 2 и нижним фланцем 3. Корпус 1 выполнен цельнолитым из легированной стали и имеет приливы с отверстиями с установленными в них такелажными петлями 34. В корпусе 1 выполнен сквозной осевой канал 4 для прохода спускаемых в скважину труб, два верхних боковых канала 5 и расположенный под каналами 5 нижний боковой канал 6. Преимущественно этот угол составляет 90°. Часть сквозного осевого канала 4, расположенная выше верхних боковых каналов может быть выполнена по форме усеченного конуса 7, выполненного в верхней части корпуса 1 превентора, и цилиндрического участка 8, составляющего остальную часть канала 4. Конический участок 7 обращен своим большим основанием 9 наружу верхнего фланца 2. Верхние боковые каналы 5 расположены противоположно друг другу и ориентированы перпендикулярно осевому каналу 4. Ось нижнего бокового канала 6 расположена под углом 90 градусов к оси верхних боковых каналов 5. Снаружи корпуса 1 боковые каналы 5 закрыты боковыми крышками 10 и 11, а канал 6 закрыт боковой крышкой 12.
Внутри корпуса 1 расположен плашечный затвор, который состоит из двух противоположно расположенных плашек 13, предназначенных для герметизации труб по их наружному диаметру. Плашки 13 установлены в боковых каналах 5 корпуса 1 и могут перемещаться в этих каналах в направлении, перпендикулярном осевому каналу 4 корпуса 1.
Каждая плашка 13 снабжена автономным винтовым приводом 14, который установлен в боковой крышке (10, 11). Винтовой привод 14 плашки 13 содержит расположенный в стакане 15 этого привода двухступенчатый винт 16. Двухступенчатый винт 16 имеет участок 17 с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей со стаканом 15, и участок 18 с резьбой левосторонней навивки на другой его ступени, взаимодействующей с толкателем 19 соответствующей плашки 13.
На концевой части двухступенчатого винта 16, несущей резьбу правосторонней навивки (участок 17), выполнены кольцевые канавки 20 и 21. Благодаря канавкам 20 и 21 можно проконтролировать положение плашки 13 внутри корпуса 1. Расстояние между канавками 20 и 21 коррелируется с ходом подвижной плашки 13 из одного крайнего положения в другое. Каждый двухступенчатый винт 16 имеет хвостовик 22 для установки штурвала 23 винтового привода. Ограничителем для штурвала 23 является торец кольцевого выступа 24, примыкающего к кольцевой канавке 20. Другой торец выступа 24 служит ограничителем перемещения винта при закрытии плашек.
В нижнем боковом канале 6 корпуса 1 установлена подвижная шиберная пластина 25, которая предназначена для перекрытия сквозного осевого канала 4 корпуса 1 при отсутствии труб в скважине. Верхняя поверхность 35 шиберной пластины выполнена с уклоном к свободному торцу, а боковые ее грани, выполнены перпендикулярно нижней горизонтальной поверхности шиберной пластины. Шиберная пластина 25 установлена в канале 6 с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу 4. Для перемещения шиберной пластины 25 в превенторе предусмотрен автономный винтовой привод, конструктивное выполнение которого аналогично конструкции автономных приводов плашек 13.
При выполнении верхней части осевого канала коническим верхний фланец 2 имеет сквозные боковые радиальные отверстия 26. Минимальное количество отверстий 26 равно двум, однако, возможно использование и большего количества таких отверстий. Каждое отверстие 26 предназначено для установки в нем средства фиксации 27 герметизирующих вставок, рабочий хвостовик 36 которого выполнен с продольной конической лыской, взаимодействующей с конической поверхностью герметизирующей вставки. Отверстия 26 могут быть расположены как под одинаковым углом друг относительно друга, так и под разными углами.
На торцевой части фланцев 2, 3 выполнены кольцевые канавки 30 для размещения уплотнительных колец.
На наружной стороне корпуса 1 на участке между боковыми крышками 10, 11, закрывающими верхний боковой канал 5 выполнена герметичная полость обогрева 28, закрытая съемной крышкой 29 со штуцерами 31, 39 для подвода и отвода теплоносителя под давлением. Штуцера 31 и 39 могут быть расположены на разновысотном уровне (показано на фиг.4). Между корпусом 1 и крышкой 29 расположена прокладка 32 для герметизации полости обогрева 28. Крышка 29 закреплена на корпусе 1 винтами 37. Отверстия в штуцерах 31, 39 закрыты транспортировочными заглушками 38. По два ребра жесткости 33 расположены на корпусе 1 над полостью обогрева 28 и под ней.
Работает превентор следующим образом.
При использовании превентора его нижний фланец 3 устанавливают на верхнем фланце арматуры устья скважины и скрепляют с последним. В начальном состоянии плашки 13 расположены в крайнем открытом положении. Для обеспечения герметизации труб, размещаемых в скважине и предварительно зафиксированных средствами фиксации, размещенными в радиальных отверстиях, приводят в действие автономные винтовые приводы плашек 13. В результате плашки 13 начинают перемещаться в сторону трубы из своего крайнего открытого положения в крайнее закрытое положение, при котором они вступают в контакт с герметизируемой трубой и плотно обжимают ее. Разгерметизация труб осуществляется перемещением плашек 13 в крайние открытые положения в обратной последовательности. В случае отсутствия труб в скважине осевой канал 4 перекрывают шиберной пластиной 25, которую для этого перемещают автономным винтовым приводом в направлении вертикальной оси корпуса 1.
При отрицательных температурах для предотвращения примерзания уплотнителей плашек 13 к корпусу 1 производят обогрев превентора. Когда плашки 13 находятся в закрытом положении и контактируют с корпусом 1, подача теплоносителя (жидкого или газообразного) в камеру обогрева 28 осуществляется через один из штуцеров 31 крышки обогрева 29, а отвод через другой штуцер 39. Для этого штуцеры 31, 39 подсоединяют к соответствующим магистралям (не показаны) системы обогрева. Теплоноситель проходит через первый штуцер 31 в камеру обогрева 28, нагревает при этом корпус 1, и выходит через второй штуцер 39. Тепло от штуцеров 31, 39 и корпуса 1 передается на плашки 13 и шиберную пластину 25. Нагрев корпуса 1, плашек 13 и шиберной пластины 25 приводит к размораживанию замерзшего флюида и конденсата, препятствующего движению плашек 13 и шиберной пластины 25 в каналах 5 и 6 корпуса 1. Теплоноситель циркулирует от первого штуцера 31 через полость обогрева 28 и отводится через второй штуцер 39. Подача теплоносителя устраняет примерзание (прихват) плашек 13 и шиберной пластины 25 при отрицательных температурах.
Превентор обеспечивает безопасное ведение работ на скважине, предупреждение выбросов и открытых фонтанов и охрану недр и окружающей среды в соответствии с требованиями нормативных документов.
Предложенная полезная модель проста в обслуживании и позволяет предупредить выбросы и открытые фонтаны нефтяных и газовых скважин при ремонтных работах, что сохраняет экологическое равновесие окружающей среды. Предложенная полезная модель изготавливается АО «Сибтехноцентр» в соответствии с ТУ и ГОСТами.