Комплект плашек трубных превентора
SET OF TUBE RAMS OF PREVENTER

Изобретение относится к устройствам, используемым в превенторах, предназначенных для герметизации устья в процессе ремонта паронагнетательных скважин с наклонным устьем при проведении спуско-подъёмных операций (СПО) с двумя колоннами труб.
Известна плашка превентора (авторское свидетельство SU № 1273504, МПК
Е 21 В 33/06, опубл. 26.06.86), содержащая корпус в виде полукольца с размещенным в нем с внутренней стороны вкладышем, снабженным уплотнителем, выполненным в виде внутреннего полукольца, для взаимодействия с уплотняемой трубой, и двух, размещенных по высоте, вкладышей, наружных полуколец c уплотняющей поверхностью для взаимодействия с корпусом превентора.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, низкая надёжность в работе, связанная с невозможностью герметизации на устье наклонной паронагнетательной скважины вкладышами превентора двух параллельно размещенных и одновременно спускаемых колонн труб, так как уплотнения конструктивно не позволяют это сделать;
- во-вторых, низкая точность центровки между собой плашек превентора на устье наклонной паронагнетательной скважины относительно двух параллельно спускаемых в скважину колонн труб, так как центровка плашек между собой происходит за счёт вхождения зуба в паз, причём как зуб, так и паз имеют прямоугольную форму, поэтому на устье наклонной скважины плашки перекашиваются относительно друг друга и зубья не входят в ответные пазы;
- в-третьих, ограниченные технологические возможности, так как комплект плашек не позволяет проводить СПО через превентор одновременно с двумя параллельными колоннами труб: колонной насосно-компрессорной трубы и колонной гибких труб, спускаемыми в паронагнетательную наклонную скважину, пробуренную на залежи сверхвязкой нефти.
Также известна плашка превентора (патент RU № 2274729, МПК Е21В 33/06, опубл. 20.04.2006), содержащая корпус в виде полукольца с размещенным в нем с внутренней стороны вкладышем, снабженным уплотнителем, включающим внутреннее полукольцо для взаимодействия с уплотняемой трубой и два размещенных по высоте вкладыша, наружных полукольца с уплотняющей поверхностью для взаимодействия с корпусом превентора. Наружные полукольца выполнены разными по высоте с криволинейной поверхностью, имеющей радиусный участок в сечении со смещенным в сторону внутреннего полукольца центром, выпуклая часть радиусного участка размещена выше поверхности вкладыша, а края - ниже поверхности вкладыша, причем край с внешней стороны размещен ниже другого, выпуклая часть радиусного участка одного наружного полукольца - выше поверхности вкладыша на величину не менее одного, а другого наружного полукольца - на величину не менее двух осевых зазоров между корпусами плашки и превентора.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, низкая надёжность в работе, связанная с невозможностью герметизации на устье наклонной паронагнетательной скважины трубными плашками превентора двух параллельно размещенных и одновременно спускаемых колонн труб, так как уплотнения конструктивно не позволяют это сделать;
- во-вторых, низкая точность центровки между собой плашек превентора на устье наклонной паронагнетательной скважины относительно двух параллельно спускаемых в скважину колонн труб, так как центровка плашек между собой происходит за счёт вхождения зуба в паз, причём как зуб, так и паз имеют прямоугольную форму, поэтому на устье наклонной скважины плашки перекашиваются относительно друг друга и зубья не входят в ответные пазы;
- в-третьих, ограниченные технологические возможности, так как комплект плашек не позволяет проводить СПО через превентор одновременно с двумя параллельными колоннами труб: колонной насосно-компрессорной трубы и колонной гибких труб, спускаемыми в паронагнетательную наклонную скважину, пробуренную на залежи сверхвязкой нефти.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является комплект плашек трубных превентора (патент на полезную модель RU № 94277, МПК Е21В 33/06, опубл. 10.05.2010), содержащий две, образующие центральный сквозной канал для пропуска трубы, плашки, каждая из которых содержит переднее уплотнение под трубу и верхнее уплотнение для верхнего зеркала плашечного канала, при этом переднее уплотнение сверху и снизу армировано утопленными в материал уплотнения металлическими пластинами со сквозными полукруглыми выборками, а в верхнем уплотнении для соединения с передним уплотнением предусмотрены по крайней мере два направляющих штыря, корпус каждой плашки выполнен неразъемной конструкции и имеет форму параллелепипеда со скошенной задней гранью, в которой выполнен глухой Т-образный паз открытый с нижней грани плашки для соединения плашки со штоком привода превентора, на верхней грани корпуса выполнен паз, имеющий форму полукруга со смещенным от передней к задней граням центром, и прямым, выходящим на переднюю грань, участком, в котором располагается верхнее уплотнение, в передней грани корпуса выполнен глухой с нижней, верхней и боковыми гранями паз, соединяющийся с пазом на верхней грани, и служащий для размещения переднего уплотнения, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, а в пазу в направлении к задней грани корпуса плашки выполнен полукруглый паз, центр радиуса которого смещен наружу от передней грани корпуса плашки на величину S, а в передней грани корпуса плашки выполнена сквозная полукруглая выборка диаметром d под трубу, величина которого больше диаметра герметизируемой трубы, при этом его центр совпадает с осью сквозного центрального канала под трубу, выполненные на передней грани корпуса плашек зубья и пазы для вхождения зуба от парной плашки, верхнее уплотнение имеет в сечении прямоугольную форму со скошенной верхней задней кромкой, центральный сквозной канал для пропуска труб, образованный трубными плашками больше диаметра трубы на величину толщины металлических пластин переднего уплотнения. Металлические пластины компенсируют зазор между плашками и трубой и в стыке между плашками, препятствуя тем самым выдавливанию материала уплотнения в зазор под действием скважинного давления. С наружной стороны переднее уплотнение имеет скошенные под углом V не более 1° поверхности, расходящиеся от оси симметрии уплотнения к периферии в сторону увеличения тела уплотнения, причем вершина этого угла совпадает с центром сквозного канала. Уплотнения выполнены из термопластичного эластомера или резины. Для транспортировки каждая плашка имеет резьбовое отверстие. Задний торец пластин не доходит до заднего торца переднего уплотнения на величину не менее двойной толщины этих пластин.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, низкая надёжность в работе, связанная с невозможностью герметизации на устье наклонной паронагнетательной скважины трубными плашками превентора двух параллельно размещенных и одновременно спускаемых колонн труб, так как уплотнения конструктивно не позволяют это сделать;
- во-вторых, низкая точность центрирования между собой плашек превентора на устье наклонной паронагнетательной скважины относительно двух параллельно спускаемых в скважину колонн труб, так как центровка плашек между собой происходит за счёт вхождения зуба в паз, причём как зуб, так и паз имеют прямоугольную форму, поэтому на устье наклонной скважины плашки перекашиваются относительно друг друга и зубья не входят в ответные пазы;
- в-третьих, ограниченные технологические возможности, так как комплект плашек не позволяет проводить СПО через превентор одновременно с двумя параллельными колоннами труб: колонной насосно-компрессорной трубы и колонной гибких труб, спускаемыми в паронагнетательную наклонную скважину, пробуренную на залежи сверхвязкой нефти;
- в-четвёртых, уплотнения выполнены из термопластичного эластомера, которые работают при отрицательных температурах до - 45°С, но не обеспечивают герметичность устройства в случае выброса пара, закачиваемого в паронагнетательную скважину при температуре 200–250°С.
Техническими задачами изобретения являются повышение надежности герметизации, повышение точности центрирования между собой плашек трубных превентора на устье наклонной паронагнетательной сквжаины, а также расширение технологических возможностей в процессе проведения СПО трубами с возможностью обеспечения герметичности в случае выброса пара.
Поставленные технические задачи решаются комплектом плашек трубных превентора, содержащим две, образующие центральный сквозной канал для пропуска трубы, плашки, каждая из которых содержит переднее уплотнение под трубу и верхнее уплотнение для верхнего зеркала плашечного канала, при этом переднее уплотнение сверху и снизу армировано утопленными в материал уплотнения металлическими пластинами со сквозными полукруглыми выборками, а в верхнем уплотнении для соединения с передним уплотнением предусмотрены по крайней мере два направляющих штыря, корпус каждой плашки выполнен неразъемной конструкции и имеет форму параллелепипеда со скошенной задней гранью, в которой выполнен глухой Т-образный паз открытый с нижней грани плашки для соединения плашки со штоком привода превентора, на верхней грани корпуса выполнен паз, имеющий форму полукруга со смещенным от передней к задней граням центром, и прямым, выходящим на переднюю грань, участком, в котором располагается верхнее уплотнение, в передней грани корпуса выполнен глухой с нижней, верхней и боковыми гранями паз, соединяющийся с пазом на верхней грани, и служащий для размещения переднего уплотнения, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, а в пазу в направлении к задней грани корпуса плашки выполнен полукруглый паз, центр радиуса которого смещен наружу от передней грани корпуса плашки на величину S, а в передней грани корпуса плашки выполнена сквозная полукруглая выборка диаметром d под трубу, величина которого больше диаметра герметизируемой трубы, при этом его центр совпадает с осью сквозного центрального канала под трубу, выполненные на передней грани корпуса плашек зубья и пазы для вхождения зуба от парной плашки, верхнее уплотнение имеет в сечении прямоугольную форму со скошенной верхней задней кромкой, центральный сквозной канал для пропуска труб, образованный трубными плашками больше диаметра трубы на величину толщины металлических пластин переднего уплотнения.
1
1
1
1
Новым является то, что трубные плашки образуют два центральных канала под герметизируемые трубы малого d и большого D диаметров, причём в передней грани каждой плашки выполнены две эксцентрично расположенные сквозные полукруглые выборки диаметрами d и D, величины которых больше малого d и большого D диаметров герметизируемых труб, при этом центры каждой полукруглой выборки совпадают с осями сквозных центральных каналов под герметизируемые трубы, причём расстояние - а между ближайшими торцами полукруглых выборок диаметрами  d и D позволяет выполнить дополнительную переднюю грань, при этом переднее и верхнее уплотнения, верхняя и нижняя металлические пластины оснащены  двумя эксцентрично расположенными сквозными полукруглыми выборками, под герметизируемые трубы малого d и большого D диаметров, при этом для cамоцентрирования плашек при сведении их между собой на передней грани  и дополнительной передней грани корпуса одной из плашек в верхней, средней и нижних частях выполнены пазы с внутренними резьбами, посредством которых в пазы ввёрнуты зубья, причём  на передней грани и дополнительной передней грани корпуса другой плашки, также в её верхней, средней и нижних частях выполнены ответные пазы для вхождения соответствующих зубьев парной плашки, при этом передняя часть зубьев, выступающих за переднюю грань и дополнительную грань корпуса плашки выполнена в виде сужающегося к переднему краю в соотношении 2,2:1 поверхности конуса длиной l, причём входы пазов в ответном корпусе плашки длиной L выполнены в виде сужающегося внутрь в соотношении 2:1 поверхности конуса, при этом пазы и зубья имеют круглое поперечное сечение.
Также новым является то, что передний и верхний уплотнения выполнены из термостойкой резины.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 изображён превентор с трубными плашками.
На фиг. 2 изображён вид плашки 1 сверху.
На фиг. 3 изображён вид плашки 2 сверху.
На фиг. 4 изображено поперечное сечение А-А плашки 1.
На фиг. 5 изображено поперечное сечение Б-Б плашки 2.
На фиг. 6 изображено сечение В-В направляющего штыря с верхним уплотнением.
На фиг. 7 изображён вид Г спереди плашки 1.
На фиг. 8 изображён вид Д спереди плашки 2.
Комплект плашек трубных превентора, содержит трубные плашки 1 и 2 (фиг. 1), образующие два центральных канала 3 и 4 (фиг. 2) под герметизируемые трубы 5 и 6 (фиг. 1, 2), соответственно малого d и большого D диаметров (фиг. 1, 2). Каждая плашка 1, 2 содержит переднее уплотнение 7 (фиг. 1, 3, 5, 7, 8) под герметизируемые трубы 5 и 6 (фиг. 1, 2), а также верхнее уплотнение 8 (фиг. 1, 5, 6) для верхнего зеркала плашечного канала 9 (фиг. 1). Переднее уплотнение 7 сверху и снизу армировано утопленными в материал уплотнения металлическими пластинами 10 и 11 (фиг. 1, 5).
В верхнем уплотнении 8 для соединения с передним уплотнением 7 предусмотрены, по крайней мере, два направляющих штыря 12 (фиг. 2, 6).
1
1
В передней грани 13 (фиг. 3, 7, 8) корпуса плашек 1, 2 выполнены две эксцентрично расположенные сквозные полукруглые выборки 14 и 15 (фиг. 2, 7, 8) диаметрами d и D величины которых больше малого d и большого D диаметров герметизируемых труб 5 и 6, соответственно. Центры каждой полукруглой выборки 14 и 15 совпадают с осями сквозных центральных каналов 3 и 4 под герметизируемые трубы 5 и 6 соответственно.
1
1
Расстояние - а (фиг. 7, 8) между ближайшими торцами полукруглых выборок 14 и 15, соответственно диаметрами d и D позволяет выполнить дополнительную грань 16 (фиг. 3, 7, 8) на передней грани 13 корпуса плашек 1, 2.
Переднее уплотнение 7 (фиг. 1, 3, 5 и 7-8), верхняя 10 и нижняя 11 металлические пластины (фиг. 1, 5) оснащены двумя эксцентрично расположенными сквозными полукруглыми выборками 14 и 15 (фиг. 2, 7, 8), под герметизируемые трубы 5 и 6, соответственно, малого d и большого D диаметров.
С целью герметизации устья в случае выброса из скважины закачиваемого пара уплотнения 7 и 8 выполняют из термостойкой резины. В качестве термостойкой резины применяют, например, силиконовую термостойкую резину или термостойкую губку ВРП-1, выпускаемую по ТУ 38.105.673-74 для уплотнений различного вида разъемных соединений, работающих в интервале температур от минус 65 до плюс 300 °С.
Металлические пластины 10 и 11 (фиг. 1, 5) компенсируют зазор между плашками 1, 2 и герметизируемыми трубами 5 и 6, а также в стыке между плашками 1 и 2, препятствуя тем самым выдавливанию материала уплотнения 7 (фиг. 1, 3, 5 и 7-8) в зазор под действием скважинного давления.
Корпус каждой плашки 1, 2 выполнен неразъемной конструкции и имеет форму параллелепипеда со скошенной задней гранью 17 (фиг. 3), в которой выполнен глухой Т-образный паз 18 открытый с нижней грани 19 (фиг. 5) плашек 1, 2 для соединения плашки со штоком 20 (фиг. 1) привода превентора.
На верхней грани 21 (фиг. 3, 7-8) корпуса плашек 1, 2 выполнены пазы 22 (фиг. 3), имеющие форму полукруга со смещенным центром от передней к задней грани, и прямым, выходящим на переднюю грань, участком 23 (фиг. 3), в котором располагаются верхние уплотнения 8 (фиг. 1, 5, 6). В передней грани корпуса плашек 1, 2 выполнены глухие с нижней, верхней и боковыми гранями пазы 24 (фиг. 3), соединяющиеся с пазами 22 на верхней грани 21 (фиг. 3, 7-8), и служащие для размещения переднего уплотнения 7 (фиг. 1, 3, 5, 7-8), имеющим форму прямоугольного параллелепипеда.
В пазах 24 (фиг. 3) в направлении к задней грани 17 (фиг. 3) корпуса плашек 1, 2 выполнены два полукруглых паза 25 и 26 (фиг. 3), центр радиуса которых смещен наружу от передней грани 13 корпуса плашек 1, 2 на величину S (фиг. 2), таким образом, что совпадает с осями сквозных центральных каналов под герметизируемые трубы 5 и 6 (фиг. 1, 2), соответственно, малого d и большого D диаметров. В пазах 24, а также в полукруглых пазах 25 и 26 установлено переднее уплотнение 7. Например при высоте корпуса плашек 1, 2 равной h = 100 мм, пазы 24, а также полукруглые пазы 25 и 26 выполнены симметрично от центральной вертикальной оси корпуса плашек 1, 2 на расстоянии h/2 = 100/2 = 50 мм. В котором размещают переднее уплотнение 7 высотой, например: b = 25 мм.
Уплотнения 7 и 8 выполнены из термопластичного эластомера, верхнее уплотнение 8 имеет в сечении прямоугольную форму. Центральные каналы 3 и 4 для пропуска герметизируемых труб 5 и 6 соответственно, образованные трубными плашками 1, 2 больше диаметра герметизируемых труб 5 и 6 на величину толщины металлических пластин 10 и 11 переднего уплотнения 7.
С целью качественной центровки плашек 1, 2 превентора между собой при необходимости герметизации при проведении одновременной СПО в наклонную скважину двух колонн труб 5 и 6 в передней грани 13 (фиг. 3, 7-8) и дополнительной передней грани 16 (фиг. 3, 7-8) корпуса плашки 1 (2) от верхней грани 21 (фиг. 3, 7-8) корпуса плашек 1, 2 пазы в зависимости от высоты - h корпуса плашек 1, 2 выполнены круглые пазы с центром в верхней (h/4), средней (h/2) и нижних частях (3h/4) (как показано на фиг. 7-8). Высота h корпуса плашек 1, 2, как указано выше составляет 100 мм. Тогда круглые пазы в корпусе плашек 1, 2 выполнены от верхней грани 21 на расстоянии с центром: в верхней (100/4 = 25 мм), средней (100/2 = 50 мм) и нижних частях (3h/4 = 3·100/4 = 75 мм).
На передней грани 13 (фиг. 8) и дополнительной передней грани 16 корпуса плашки 1 выполнены три паза на расстоянии от верхней грани 21 корпуса плашки 1 с центром: 27' (25 мм), 28' (50 мм) и 29' (75 мм) с внутренними резьбами 30 (фиг. 5), посредством которых в пазах 27', 28' и 29' (фиг. 3, 8) закреплены зубья 31 (фиг. 3, 5, 8).
На передней грани 13 (фиг. 7) и дополнительной передней грани 16 (фиг. 7) корпуса ответной плашки 2 (фиг. 1) выполнены соответствующие три паза на расстоянии от верхней грани 21 (фиг. 7) корпуса плашки 2 с центром: 27" (25 мм), 28" (50 мм), 29" (75 мм) (фиг. 7) для вхождения соответствующих зубьев 31 (фиг. 3, 5, 8), служащих для центровки герметизируемых труб 5 и 6 малого d и большого D диаметров. Передняя часть зубьев 31, выступающих за переднюю грань 13 и дополнительную грань 16 корпуса плашки 1 длиной l (фиг. 1), например, равной 40 мм выполнена в виде сужающегося к переднему краю в соотношении 2:1 поверхности конуса 32 (фиг. 8). Например: диаметр зуба 31 у передней грани 13 плашки 1 составляет 20 мм, тогда диаметр зуба 31 у его переднего конца составляет: 20 мм/2= 10 мм.
Входы пазов 28", 29", 30" в ответном корпусе плашки 2 длиной L (фиг. 1), например длиной 45 мм выполнены в виде сужающегося внутрь в соотношении 2:1 поверхности конуса 33 (фиг. 4, 7). Например: диаметр конуса 32 у передней грани 13 плашки 2 составляет 20 мм, тогда диаметр конуса 32  на его  переднем  конце составляет 20 мм /2 = 10 мм, причем l < L например на 5 мм. т.е l = 40мм. Пазы 27', 28', 29' и 27", 28", 29", и зубья 31 имеют круглое поперечное сечение.
Высота переднего уплотнения 7 (b = 25 мм) больше диаметра пазов 28' и 28" равных 20 мм, выполненных на дополнительной передней грани 13 соответственно плашек 1 и 2, что обеспечивает герметичность между дополнительными передними гранями 13 корпуса плашек 1 и 2 при их сведении между собой при герметизации труб 5 и 6.
Устройство работает следующим образом.
Залежь сверхвязкой нефти эксплуатируют паронагнетательными горизонтальными скважинами с наклонным устьем. Эти скважины оснащены двумя параллельно спущенными колоннами. Первая колонна представляет собой колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) по ГОСТ 633-80, например, диаметром 89 мм, по которой закачивается пар с устья скважины под температурой 200-250°С. Вторая колонна представляет собой колонну гибких труб в которой размещён оптико-волоконный кабель, выпускающийся поГОСТ Р 57139-2016, контролирующий температурный режим закачки пара в скважину по первой колонне труб, например используют колонну гибких труб диаметром 25,4 мм по ГОСТ 5632-72.
В процессе проведения СПО при ремонте скважины возникает нефтегазоводопроявление (НГВП), например, выброс пара при температуре 220° С, поэтому необходимо загерметизировать устье наклонной паронагнетательной скважины с двумя колоннами труб 5 и 6 спущенными в скважину. Для этого вращают штурвалы (на фиг. 1-8 не показано) превентора с целью сведения плашек 1 и 2 друг с другом.
При сведении плашек 1 и 2 посредством штока 20 привода превентора в центре превентора происходит заполнение материалом уплотнителей 7 и 8 зазора между передними 7 уплотнителями самих плашек 1 и 2, передними уплотнителями плашек 1 и 2 и герметизируемыми трубами 5 и 6, верхними уплотнителями плашек и верхним зеркалом плашечного канала 9 и происходит герметизация стволового вертикального канала превентора. Металлические пластины 10 и 11 передних уплотнителей 7 соответствующих плашек 1 и 2 упираются друг в друга и в герметизируемые трубы, препятствуя выдавливанию материала уплотнителей 7 вверх и вниз по стыку плашек 1 и 2 между собой и стыку плашек 1 и 2 и герметизируемыми трубами 5 и 6. Для транспортировки плашки 1, 2 имеют резьбовые отверстия 34 (фиг. 3).
Повышается надёжность в работе, так как предложенная конструкция комплекта трубных плашек позволяет герметизировать на устье наклонной паронагнетательной скважины две параллельно размещенные и одновременно спускаемые колонны труб, например, в случае экстренного возникновения НГВП в процессе спуска этих труб.
Повышается точность центровки между собой плашек превентора на устье н относительно двух параллельно спускаемых колонн труб в наклонную паронагнетательную скважину из-за самоцентрирования плашек 1 и 2 между собой.
Самоцентрирование происходит благодаря тому, что зубья и ответные пазы разнесены по высоте плашек 1 и 2 в зависимости от их высоты h c центрами на расстоянии (h/4, h/2, 3h/4) от верхней грани 21 корпусов плашек 1, 2, при этом зубья выполненные на одной из плашек имеют круглую форму поперечного сечения и выполнены под конус сужающийся к переднему концу, а в ответной плашке выполнены пазы под соотвествующие зубья, которые тоже имеют круглую форму поперечного сечения и на входе выполнены под конус, сужающийся внутрь.
Расширяются технологические возможности, так как комплект плашек позволяет проводить СПО через превентор одновременно с двумя параллельными колоннами труб: колонной насосно-компрессорной трубы и колонной гибких труб, спускаемых в паронагнетательную наклонную скважину, пробуренную на залежи сверхвязкой нефти.
Комплект плашек трубных превентора при герметизации труб на устье наклонной паронагнетательной скважины позволяет повысить надежности герметизации труб, повысить точность центрирования плашек между собой, расширить технологические возможности применения, обеспечить герметичность в случае выброса пара при температуре до плюс 300 °С.