Комбинированная подводная фонтанная арматура
COMBINED UNDERWATER WELLHEAD EQUIPMENT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к устройствам, предназначенным для сопряжения подводной фонтанной арматуры и подвески насосно-компрессорных труб, установленной в системе подводных колонных головок.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известна система подводной фонтанной арматуры и подвески насосно-компрессорных труб, раскрытая в документе US 6378613 В1 (опубликован 30.04.2002).
Известная система содержит подвеску насосно-компрессорных труб, имеющую смещенный в радиальном направлении канал кольцевого пространства, закрываемый дистанционно управляемым клапаном, расположенным на верхнем оконечном участке канала кольцевого пространства. Подвеска насосно-компрессорных труб имеет относительно компактную конструкцию и вмещает большое количество скважинных технологических линий. Фонтанная арматура известной системы имеет кольцевой проточный канал, содержащий отклоненный участок, образующий пространство в блоке фонтанной арматуры для перепускного трубопровода и клапана. Два или более клапана по каналу производственного потока могут быть заменены накладными заглушками для снижения габаритных характеристик и веса фонтанной арматуры.
Кроме того, из уровня техники известно устройство для соединения гидравлических каналов, раскрытое в документе RU 2723792 С1 (опубликован 17.06.2020).
Известное устройство содержит систему подводных колонных головок, с установленной в ней подвеской насосно-компрессорных труб, блок задвижек фонтанной арматуры горизонтального типа с центральным каналом, установленный на систему подводных колонных головок, соединительную втулку, установленную в центральном канале блока задвижек фонтанной арматуры; блок задвижек фонтанной арматуры содержит верхние гидравлические каналы, подвеска насосно-компрессорных труб содержит нижние гидравлические каналы; соединительная втулка содержит промежуточные гидравлические каналы, втулка содержит канавки, выполненные с возможностью протекания по ней рабочей гидравлической жидкости так, чтобы обеспечить протекание рабочей гидравлической жидкости между верхними гидравлическими каналами и нижними гидравлическими каналами через гидравлические промежуточные каналы.
Применение известного устройства обеспечивает облегчение установки и демонтажа фонтанной арматуры; упрощение позиционирования фонтанной арматуры относительно системы подводных колонных головок; обеспечение извлечения фонтанной арматуры отдельно от подвески насосно-компрессорных труб. В данном техническом решении используется горизонтальная фонтанная арматура, а ее извлечение обычно затруднено в случае непосредственного гидравлического контакта блока задвижек фонтанной арматуры с подвеской насосно-компрессорных труб, поскольку приходится извлекать фонтанную арматуру вместе с подвеской насосно-компрессорных труб.
Тем не менее, недостатком технических решений, раскрытых в упомянутых документах, является отсутствие возможности передачи электрического сигнала, и, как следствие, невозможность использования в составе интеллектуальной скважины с внутрискважинным оборудованием, где необходима передача электрического сигнала.
Таким образом, в уровне техники существует проблема, которая заключается в сложности установки и демонтажа горизонтальной фонтанной арматуры в составе интеллектуальной скважины с внутрискважинным оборудованием, где необходима передача электрического сигнала.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении извлечения фонтанной арматуры отдельно от подвески насосно-компрессорных труб благодаря использованию соединительной втулки в сочетании с расположением гидравлических и электрических каналов, что обеспечивает облегчение установки и демонтажа фонтанной арматуры в составе интеллектуальной скважины с внутрискважинным оборудованием, где необходима передача электрического сигнала, за счет сокращения количества подводных операций, что в условиях морской добычи углеводородов является важным фактором и экономически целесообразным решением.
Указанный технический результат достигается за счет сопряжения блока задвижек фонтанной арматуры и подвески насосно-компрессорных труб посредством переходной втулки, которая устанавливается в центральный канал блока задвижек фонтанной арматуры. Для монтажа переходной втулки внутри блока задвижек фонтанной арматуры используются те же посадочные места и механизмы крепления, как для монтажа подвески насосно-компрессорных труб внутри центрального канала основного блока задвижек фонтанной арматуры горизонтального типа.
Диаметр центрального канала основного блока задвижек фонтанной арматуры больше диаметра подвески насосно-компрессорных труб, установленной в системе подводных колонных головок, что позволяет беспрепятственно извлекать подвеску насосно-компрессорных труб через центральный канал основанного блока задвижек фонтанной арматуры без демонтажа самой фонтанной арматуры. Для монтажа/демонтажа подвески насосно-компрессорных труб используется тот же инструмент, что и для монтажа/демонтажа переходной втулки. Применение данного конструкторского решения позволяет осуществлять операции по подъему фонтанной арматуры горизонтального типа без необходимости извлечения подвески насосно-компрессорных труб из системы подводных колонных головок.
Более подробно, указанный технический результат достигается за счет того, что комбинированная подводная фонтанная арматура содержит:
систему подводных колонных головок с установленной в ней подвеской насосно-компрессорных труб,
блок задвижек фонтанной арматуры, установленный на систему подводных колонных головок,
переходную втулку, установленную в центральном канале блока задвижек фонтанной арматуры и имеющую по существу цилиндрическую поверхность; при этом
блок задвижек фонтанной арматуры содержит верхние гидравлические и электрические каналы, проходящие перпендикулярно центральному каналу блока фонтанной арматуры и имеющие концевые отверстия верхних гидравлических и электрических каналов, расположенные перпендикулярно продольной оси блока задвижек фонтанной арматуры;
переходная втулка содержит промежуточные гидравлические каналы, проходящие параллельно друг другу, и промежуточные электрические каналы, проходящие параллельно друг другу, при этом
каждый из промежуточных гидравлических и электрических каналов содержит верхний участок, проходящий преимущественно перпендикулярно продольной оси переходной втулки и нижний участок, и имеет верхнее концевое отверстие, расположенное перпендикулярно продольной оси соединительной втулки, и нижнее концевое отверстие;
верхние гидравлические и электрические соединители, выполненные с возможностью стыковки концевых отверстий верхних гидравлических и электрических каналов с верхними концевыми отверстиями промежуточных гидравлических и электрических каналов соответственно;
подвеска насосно-компрессорных труб содержит нижние гидравлические каналы и нижние электрические каналы, имеющие концевые отверстия нижних гидравлических каналов и нижних электрических каналов соответственно;
каждый из электрических каналов содержит электрический кабель, выполненный с возможностью передачи электрического сигнала от блока задвижек фонтанной арматуры подвеске насосно-компрессорных труб;
нижние гидравлические соединители, выполненные с возможностью стыковки нижних концевых отверстий промежуточных гидравлических каналов с концевыми отверстиями нижних гидравлических каналов подвески насосно-компрессорных труб так, чтобы обеспечить протекание рабочей гидравлической жидкости между верхними гидравлическими каналами и нижними гидравлическими каналами через гидравлические промежуточные каналы;
нижние электрические соединители, каждый из которых содержит электрический контакт и пружину на нижнем оконечном участке каждого из электрических кабелей, размещенного в каждом из промежуточных электрических каналов переходной втулки,
проводник на верхнем оконечном участке электрического кабеля каждого из нижних электрических каналов подвески насосно-компрессорных труб, при этом
электрический контакт выполнен с возможностью перемещения из положения, в котором электрический контакт поджат пружиной с обеспечением его стыковки с корреспондирующим проводником электрического кабеля подвески насосно-компрессорных труб, в положение, когда электрический контакт освобожден от поджатия и выступает относительно поверхности переходной втулки.
Дополнительно, указанный технический результат достигается за счет того, что нижние гидравлические соединители могут представлять собой обратные клапаны, каждый из которых выполнен с возможностью установки в каждом из множества нижних гидравлических каналов, при этом каждый обратный клапан содержит головку, которая в открытом положении обратного клапана поджата соответствующей канавкой, выполненной в переходной втулке таким образом, чтобы нижние концевые отверстия промежуточных гидравлических каналов располагались в нижних канавках, а в закрытом положении обратного клапана выступает относительно поверхности подвески насосно-компрессорных труб.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также других его аспектов и характеристик описание приведено со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 схематично изображен узел соединения блока задвижек фонтанной арматуры и подвески насосно-компрессорных труб;
на фиг.2 более подробно изображен узел, обеспечивающий электрическое соединение переходной втулки и подвески насосно-компрессорных труб.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано в общем виде на фиг.1, предлагаемое изобретение содержит:
переходную втулку (1),
блок (2) задвижек фонтанной арматуры,
систему (3) подводных колонных головок, в которой установлена подвеска (4) насосно-компрессорных труб.
Подвеска (4) насосно-компрессорных труб установлена в системе (3) подводных колонных головок без непосредственного электрогидравлического соединения с блоком (2) задвижек фонтанной арматуры.
В предлагаемом изобретении соединение блока (2) задвижек фонтанной арматуры с подвеской (4) насосно-компрессорных труб осуществлено посредством переходной втулки (1).
Подвеска (4) насосно-компрессорных труб закреплена в системе (3) подводных колонных головок посредством первого фиксирующего механизма (5), обеспечивающего зубчатое зацепление подвески (4) насосно-компрессорных труб с системой (3) подводных колонных головок.
Переходная втулка (1) установлена в центральном канале (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры на выполненном в нем опорном заплечике (7) и закреплена в блоке (2) задвижек фонтанной арматуры посредством второго фиксирующего механизма (8), обеспечивающего зубчатое зацепление переходной втулки (1) с блоком (2) задвижек фонтанной арматуры.
Между блоком (2) задвижек фонтанной арматуры и системой (3) подводных колонных головок размещено кольцевое уплотнение (9). Кольцевое уплотнение (9) может представлять собой уплотнение любой подходящей известной конструкции, которая может быть выбрана специалистом в данной области техники в зависимости от условий эксплуатации.
Блок (2) задвижек фонтанной арматуры закреплен относительно системы (3) подводных колонных головок посредством устьевого соединителя (10). Устьевой соединитель (10) может представлять собой устьевой соединитель любой подходящей известной конструкции, которая может быть выбрана специалистом в данной области техники в зависимости от условий эксплуатации.
Внутри переходной втулки (1) выточено несколько каналов для гидравлических жидкостей. Согласно неограничивающему варианту осуществления предлагаемого изобретения каналы, выточенные в переходной втулке (1), представляют собой множество (11) промежуточных гидравлических каналов, имеющих следующее назначение: для подачи химических реагентов, управления внутрискважинным клапаном-отсекателем, проверки герметичности канатных пробок подвески (4) насосно-компрессорных труб, проверки герметичности подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Множество (11) промежуточных гидравлических каналов названы промежуточными для отражения того, что эти каналы проходят в переходной втулке (1) и обеспечивают протекание рабочей гидравлической жидкости между гидравлическими каналами подвески (4) насосно-компрессорных труб и гидравлическими каналами блока (2) задвижек фонтанной арматуры за счет конструктивных особенностей переходной втулки (1).
Каждый из множества (11) промежуточных гидравлических каналов проходит преимущественно параллельно другим из своего множества и содержит верхний участок, проходящий преимущественно перпендикулярно продольной оси переходной втулки (1), и нижний участок. Нижний участок, в свою очередь, может проходить преимущественно параллельно продольной оси переходной втулки (1). Также, нижний участок может проходить частично параллельно продольной оси переходной втулки (1) с поворотом относительно продольной оси переходной втулки (1) на 90 градусов в своей нижней части, как это показано на фиг.1.
Каждый из множества (11) промежуточных гидравлических каналов имеет верхнее концевое отверстие и нижнее концевое отверстие. Верхнее концевое отверстие расположено перпендикулярно продольной оси переходной втулки (1). Нижнее концевое отверстие может быть расположено также перпендикулярно продольной оси переходной втулки (1), как показано на фиг.1, а может располагаться параллельно продольной оси переходной втулки (1).
Множество (11) промежуточных гидравлических каналов могут проходить в одной вертикальной плоскости без пересечения друг с другом, как это изображено на фиг.1, однако специалисту в данной области очевидно, что множество (11) промежуточных гидравлических каналов могут также проходить в разных плоскостях, то есть каждый в своей вертикальной плоскости.
Внутри переходной втулки (1) также выполнено множество (12) промежуточных электрических каналов, внутри каждого из которых размещен электрический кабель. Каждый из множества (12) промежуточных электрических каналов заполнен диэлектрической жидкостью.
Каждый из множества (12) промежуточных электрических каналов проходит преимущественно параллельно другим из своего множества и содержит верхний участок, проходящий преимущественно перпендикулярно продольной оси переходной втулки (1), и нижний участок. Нижний участок может проходить частично параллельно продольной оси переходной втулки (1), а частично под острым углом относительно продольной оси переходной втулки (1), как это показано на фиг.1. Также очевидно, что нижний участок может проходить параллельно продольной оси переходной втулки (1).
Каждый из множества (12) промежуточных электрических каналов имеет верхнее концевое отверстие, расположенное перпендикулярно продольной оси переходной втулки (1), а также нижнее концевое отверстие, которое может располагаться под острым углом относительно продольной оси переходной втулки (1), как это показано на фиг.1. Также, нижнее концевое отверстие может располагаться параллельно продольной оси переходной втулки (1).
В блоке (2) задвижек фонтанной арматуры выполнено множество (13) верхних гидравлических и электрических каналов, которые для ясности названы верхними каналами, что отражает также место расположения блока (2) задвижек фонтанной арматуры на чертежах относительно системы (3) подводных колонных головок. Множество (13) верхних гидравлических и электрических каналов проходят перпендикулярно центральному каналу (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры.
Каждый из множества (13) верхних гидравлических и электрических каналов имеет концевое отверстие, расположенное на внутренней поверхности блока (2) задвижек фонтанной арматуры перпендикулярно продольной оси блока (2) задвижек фонтанной арматуры.
Концевые отверстия каждого гидравлического канала из множества (13) верхних гидравлических и электрических каналов блока (2) задвижек фонтанной арматуры стыкуются с верхними концевыми отверстиями множества (11) промежуточных гидравлических каналов переходной втулки (1) через гидравлические соединители (14), а концевые отверстия каждого электрического канала из множества (13) верхних гидравлических и электрических каналов блока (2) задвижек фонтанной арматуры стыкуются с верхними концевыми отверстиями множества (12) промежуточных электрических каналов переходной втулки (1) через электрические соединители (15). Указанная стыковка осуществляется посредством активации гидравлических соединителей (14) и электрических соединителей (15) телеуправляемым необитаемым подводным аппаратом, то есть известным способом, применяемым при установке подвески насосно-компрессорных труб в системе подводных колонных головок в случае непосредственного электрогидравлического соединения подвески насосно-компрессорных труб с блоком задвижек фонтанной арматуры.
В подвеске (4) насосно-компрессорных труб выполнено множество (16) нижних гидравлических каналов, которые для ясности названы нижними гидравлическими каналами, что отражает также место расположения подвески (4) насосно-компрессорных труб на чертежах относительно системы (3) подводных колонных головок.
Каждый из множества (16) нижних гидравлических каналов проходит преимущественно параллельно другим из своего множества.
Каждый из множества (16) нижних гидравлических каналов может проходить частично перпендикулярно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб с углом поворота на 90 градусов относительно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб в своей нижней части, как это показано на фиг.1. Каждый из множества (16) нижних гидравлических каналов также может проходить параллельно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Каждый из множества (16) нижних гидравлических каналов имеет концевое отверстие, которое может располагаться перпендикулярно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб, как изображено на фиг.1. Также, концевое отверстие может располагаться параллельно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб.
В подвеске (4) насосно-компрессорных труб выполнено множество (17) нижних электрических каналов, каждый из которых проходит преимущественно параллельно другим из своего множества и может проходить под острым углом относительно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб, как изображено на фиг.1. Также, множество (17) нижних электрических каналов может проходить параллельно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Каждый из множества (17) нижних электрических каналов содержит концевые отверстия, расположенные под острым углом относительно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб, как показано на фиг.1. Аналогичным образом, указанные концевые отверстия могут располагаться параллельно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Гидравлическое соединение подвески (4) насосно-компрессорных труб и переходной втулки (1) осуществляется посредством множества гидравлических соединителей (18).
Указанные гидравлические соединители (18) могут представлять собой гидравлические соединители, раскрытые в описании и формуле изобретения «Устройство для соединения гидравлических каналов» (публикация патента Российской Федерации №2723792, опубл. 17.06.2020).
В таком случае каждый из множества гидравлических соединителей (18) содержит обратный клапан, установленный в каждом из множества (18) нижних гидравлических каналов, обеспечивающий перекрытие потока рабочей гидравлической жидкости при извлечении переходной втулки (1) из подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Когда переходная втулка (1) установлена в центральном канале (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры, одна из группы нижних канавок, выполненных в переходной втулке (1), поджимает головку обратного клапана, давящую на пружину, которая в свою очередь отодвигает ограничивающий поток диск, что открывает поток рабочей гидравлической жидкости, в этом положении обратного клапана обеспечено прохождение потока рабочей гидравлической жидкости.
Когда переходная втулка (1) извлечена из блока (2) задвижек фонтанной арматуры, головка обратного клапана больше не поджата одной из группы нижних канавок переходной втулки, пружина расслаблена, диск обратного клапана задвинут и ограничивает поток рабочей гидравлической жидкости в направлении центрального канала (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры.
Также, в случае расположения нижних концевых отверстий множества (11) промежуточных гидравлических каналов параллельно продольной оси переходной втулки (1) и концевых отверстий множества (16) нижних гидравлических каналов параллельно продольной оси подвески (4) насосно-компрессорных труб, гидравлические соединители (18) представляют собой известные быстроразъемные соединения, обеспечивающие протекание рабочей гидравлической жидкости между промежуточными гидравлическими каналами и нижними гидравлическими каналами.
Электрическое соединение подвески (4) насосно-компрессорных труб и переходной втулки (1) осуществляется посредством множества электрических соединителей (19), один из которых более подробно изображен на фиг.2.
Как показано на фиг.2, электрический соединитель (19) содержит электрический контакт (20), размещенный через изолирующую часть (21) на оконечном участке электрического кабеля (22) одного из множества (12) промежуточных электрических каналов переходной втулки (1). Вокруг изолирующей части (21) электрического контакта (20), а также соединенного с ним оконечного участка электрического кабеля (22), размещена пружина (23).
В одном из множества (12) промежуточных электрических каналов переходной втулки (1) выполнена полость (24), поперечное сечение которой преимущественно больше поперечного сечения каждого из множества (12) промежуточных электрических каналов. Упомянутая полость (24) служит для размещения пружины (23) и частичного размещения электрического контакта (20).
На внутренней поверхности одного из множества (12) промежуточных электрических каналов переходной втулки (1) размещены кольцевые уплотнения-изоляторы (25), обеспечивающие герметичность одного из множества (12) промежуточных электрических каналов и изоляцию электрического контакта (20).
В одном из множества (17) нижних электрических каналов подвески (4) насосно-компрессорных труб размещен один из множества (26) электрических кабелей, причем один из множества (26) электрических кабелей содержит на своем оконечном участке проводник (27), изолированный от подвески (4) насосно-компрессорных труб посредством изолирующей части (28).
Когда переходная втулка (1) установлена в центральном канале (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры, пружина (23) поджимает электрический контакт (20) таким образом, чтобы обеспечить частичное выдвижение электрического контакта (20) из полости (24) и его стыковку с корреспондирующим проводником (27) одного из множества (26) электрических кабелей подвески (4) насосно-компрессорных труб, как это показано на фиг.2. Таким образом обеспечивается электрическое соединение от блока (2) задвижек фонтанной арматуры через переходную втулку (1) подвеске (4) насосно-компрессорных труб.
Когда переходная втулка (1) извлечена из блока (2) задвижек фонтанной арматуры, пружина (23) больше не поджимает электрический контакт (20). Таким образом обеспечивается перемещение электрического контакта (20) с полным выдвижением его из полости (24) и его расстыковка с корреспондирующим проводником (27) одного из множества (26) электрических кабелей подвески (4) насосно-компрессорных труб.
Сборку компонентов предлагаемого изобретения осуществляют следующим образом: в систему (3) подводных колонных головок устанавливают подвеску (4) насосно-компрессорных труб, которую закрепляют в системе (3) подводных колонных головок посредством первого фиксирующего механизма (5), затем на систему (3) подводных колонных головок устанавливают фонтанную арматуру путем соединения блока (2) задвижек фонтанной арматуры с (3) подводных колонных головок посредством устьевого соединителя (10).
Далее, в центральный канал (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры с помощью инструмента для спуска опускают переходную втулку (1) и устанавливают в центральном канале (6).
Затем переходную втулку (1) закрепляют в блоке (2) задвижек фонтанной арматуры посредством второго фиксирующего механизма (8).
При монтаже переходной втулки (1) в центральном канале (6) блока (2) задвижек фонтанной арматуры ориентация осуществляется в два этапа: первичная, и далее точная ориентация, благодаря чему обеспечивается осевое соответствие бокового отвода (28) переходной втулки (1) с добычным каналом (29) блока (2) задвижек фонтанной арматуры, а также соответствие концевых отверстий множества (13) верхних гидравлических и электрических каналов блока (2) задвижек фонтанной арматуры с верхними концевыми отверстиями множества (11) промежуточных гидравлических каналов и множества (12) промежуточных электрических каналов.
Герметичность бокового отвода (28) переходной втулки (1) и добычного канала (29) блока (2) задвижек фонтанной арматуры обеспечивается посредством металлических верхнего уплотнения (30) и нижнего уплотнения (31), обеспечивающих изоляцию пути добычного флюида между переходной втулкой (1) и блоком (2) задвижек фонтанной арматуры.
Подвеска (4) насосно-компрессорных труб, в свою очередь, имеет ответные интерфейсы для соединения с переходной втулкой (1) и места (32) уплотнения для герметизации данного соединения.
Также, подвеска (4) насосно-компрессорных труб в своей нижней части соединяется с переводником подвески (4) насосно-компрессорных труб посредством конического резьбового соединения (33), а переводник подвески (4) насосно-компрессорных труб обеспечивает механическое соединение подвески (4) насосно-компрессорных труб с насосно-компрессорными трубами.
Следует понимать, что предлагаемое изобретение ограничено только объемом формулы изобретения. Модификации и улучшения вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения без выхода за рамки формулы изобретения очевидны специалистам в данной области техники. Настоящее описание представлено только в качестве примера и не накладывает никаких ограничений на объем охраны предлагаемого изобретения, ограниченный только объемом прилагаемой формулы изобретения.