ПРЕВЕНТОР Российский патент 1994 года по МПК E21B33/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметизации устья при наземном и подводном бурении нефтяных и газовых скважин.

В эксплуатации превенторы имеют разные конструкции в зависимости от типа применяемых плашек. Например, с трубными и срезными плашками превенторы имеют однопозиционный механизм фиксации плашек в закрытом положении; с универсальными плашками - многопозиционный механизм фиксации; со срезными плашками - гидропривод, развивающий достаточное усилие для перерезания всех типоразмеров применяемых бурильных труб. По технологии бурения на одной скважине устанавливают плашечные превенторы нескольких типов.

Известен превентор, имеющий корпус, плашки, крышки, гидроцилиндры с узлом фиксации плашек с гидроприводом, состоящим из основного поршня на штоке, дополнительного полого поршня, концентрично установленного относительно основного поршня в цилиндре и взаимодействующего со стопорами в окнах хвостовика крышки и через них - с обоймой на штоке для фиксации плашек в закрытом положении [1].

В известном превенторе плашки закрываются малым основным поршнем, а их фиксация происходит на короткой конической поверхности обоймы.

Однако данный превентор недостаточно универсален для разных типов плашек: при применении срезных плашек требуется повышенное давление на основной поршень; при применении универсальных плашек мал диапазон надежно фиксируемых бурильных труб. Конструкция превентора в части гидропривода сложна.

Известен также превентор, имеющий корпус, плашки с режущими кромками, крышки, гидроцилиндры с узлом фиксации плашек с гидроприводом, состоящим из штока, первого поршня, расположенного на штоке, второго поршня, концентрично расположенного вокруг первого поршня в цилиндре, элементов уплотнения, запорных элементов, расположенных вокруг штока на направляющих устройствах, запорного кольца, расположенного в цилиндре и подпружиненного относительно второго поршня, запирающего конического бурта на внутренней поверхности цилиндра [2]. В известном превенторе перерезание бурильных труб производится от усилия второго поршня, а дальнейшее продвижение плашек до герметичного перекрытия скважины после перерезания трубы и фиксация плашек осуществляется первым поршнем меньшего, чем у второго, диаметра. Плашки фиксируются фактически в одной позиции, так как длина запирающего конического бурта равна длине ответной поверхности запирающих элементов.

Известный превентор недостаточно универсален для разных типов плашек. Например, при применении универсальных плашек не обеспечивается надежная фиксация и герметизация на всех применяемых бурильных трубах. Кроме того, превентор имеет сложную конструкцию в части гидропривода с узлом фиксации.

Целью изобретения является универсализация превентора для применения всех типов плашек (трубных, глухих, универсальных, срезных), повышение надежности и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что превентор, имеющий корпус, плашки, крышки, гидроцилиндры с узлом фиксации плашек превентора с гидроприводом, состоящим из штока, первого поршня, расположенного на штоке, второго поршня, концентрично установленного вокруг первого поршня в цилиндре, элементов уплотнения, запорных элементов, запорного кольца, пружин между кольцом и вторым поршнем, запирающего конического бурта, снабжен дополнительным поршнем, закрепленным на конце штока, опорным кольцом, установленным на штоке, и втулкой, выполненной с удлиненным запирающим коническим буртом на внутренней поверхности, установленной в крышке и взаимодействующей с цилиндром, при этом дополнительный поршень взаимодействует с внутренней поверхностью и буртом второго поршня и подпружинен относительно первого поршня в осевом направлении, а запорные элементы выполнены подпружиненными один относительно другого и самоподжимающимися к удлиненному запирающему коническому бурту втулки и запорному кольцу, установлены свободно относительно штока и контактируют с опорным кольцом штока.

Второй поршень имеет цилиндрический выступ, на наружной поверхности которого установлено запорное кольцо.

Втулка имеет цилиндрическую выточку с торца, равную длине запорного кольца и взаимодействующую с ним по торцу.

Дополнительный поршень имеет дроссельные отверстия, соединяющие полости первого и второго поршней.

Введение в конструкцию дополнительного поршня обеспечивает передачу максимального усилия на закрытие плашек напрямую от второго поршня на шток через дополнительный поршень при нормальном давлении в гидроцилиндре, что позволяет применять в превенторе срезные плашки, повышает надежность работы и упрощает конструкцию. Введение втулки с удлиненным запирающим коническим буртом на внутренней поверхности с установкой втулки в крышке и цилиндре, выполнение запорных элементов подпружиненными один относительно другого и самоподжимающимися к удлиненному, по сравнению с ответной поверхностью запорных элементов, запирающему коническому бурту втулки и запорному кольцу, установка запорных элементов свободно относительно штока и контактирующими с введенным в конструкцию опорным кольцом на штоке позволяет применять универсальные плашки с обеспечением надежной фиксации и герметизации всего ряда применяемых бурильных труб, повышает надежность работы и упрощает конструкцию. Снабжение второго поршня цилиндрическим выступом и установки на его наружной поверхности запорного кольца повышает надежность фиксации запорных элементов кольцом. Снабжение втулки цилиндрической выточкой с торца, равной длине запорного кольца и взаимодействующей с ним по торцу, повышает надежность расфиксации запорных элементов от запорного кольца. Выполнение в дополнительном поршне дроссельных отверстий, соединяющих полости первого и второго поршней, обеспечивает плавную работу первого поршня, что повышает надежность фиксации и расфиксации запорных элементов первым поршнем.

На фиг. 1 показан предлагаемый превентор, разрез, при положении плашек "открыто"; на фиг. 2 - то же, при положении плашек "закрыто" вокруг бурильной трубы наименьшего применяемого диаметра; на фиг. 3 - то же, при начале открытия плашек в момент перед разгерметизацией скважины; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1.

В корпусе 1 превентора установлены плашки 2, закрытые крышками 3. На крышках 3 жестко закреплены гидроцилиндры, содержащие узел фиксации с гидроприводом, состоящим из штока 5, связанного с плашкой 2, первого поршня 6, расположенного подвижно с уплотнением на штоке 5, второго поршня 7, концентрично установленного с уплотнением вокруг первого поршня 6 в цилиндре 4 с элементами уплотнения с возможностью возвратно-поступательного перемещения, запорных элементов 8, запорного кольца 9, пружин между запорным кольцом 9 и вторым поршнем 7, втулки 10, выполненной с удлиненным запирающим коническим буртом 11 на внутренней поверхности и установленной в крышке 3 и цилиндре 4.

На конце штока 5 закреплен жестко, на резьбе, дополнительный поршень 12 с каналами 13, подпружиненный пружиной 14 относительно первого поршня 6 и перемещающийся с ним внутри второго поршня 7. Поршень 7 имеет цилиндрический выступ 15, на наружной поверхности которого расположено запорное кольцо 9 с возможностью продольного перемещения, а на внутренней поверхности выполнен бурт, взаимодействующий с первым поршнем 6 при его перемещении на "открытие" превентора. С другой стороны внутренней поверхности второго поршня 7 выполнен бурт, образованный жестко установленным на резьбе кольцом 16, взаимодействующим с дополнительным поршнем 12 при его перемещении на "закрытие" превентора.

Первый поршень 6 имеет наружный конический выступ 17, взаимодействующий с ответной внутренней конической поверхностью 18 запорных элементов 8, выполненной под углом наклона, близким к углу трения (от 6 до 10^о) и равным углу наклона наружного конического выступа 17. На направляющей поверхности штока 5 вместе с первым поршнем 6 установлено в упор опорное кольцо 19, на торец которого опираются запорные элементы 8, имеющие снаружи коническую проточку 20, выполненную под углом наклона, близким к углу трения (от 6 до 10^о), и охваченную ответной конической выточкой запорного кольца 9. Между запорными элементами 8 установлены пружины 21, стремящиеся прижать запорные элементы 8 проточкой 20 к запорном кольцу 9. Втулка 10 имеет с торца внутреннюю цилиндрическую выточку 22, равную длине запорного кольца 9. Запирающий конический бурт 11 втулки 10 имеет угол наклона (от 15 до 30^о), равный углу наклона ответной наружной конической поверхности 23 запорных элементов 8. Запирающий конический бурт 11 втулки 10 выполнен удлиненным по сравнению с наружной конической поверхностью 23 запорных элементов 8 на величину хода фиксации, равного разности между максимальным и минимальным положениями запирающих элементов 8 в запирающем коническом бурте 11 втулки 10 при уплотнении универсальными плашками всего ряда применяемых бурильных труб. На практике достаточно хода фиксации до 30 мм. Дополнительный поршень 12 имеет дроссельные отверстия (каналы) 13, связывающие полости первого поршня 6 и второго поршня 7 и обеспечивающие плавное перемещение первого поршня 6 и первоочередное перемещение второго поршня 7. На чертеже показана бурильная труба 24 наименьшего применяемого диаметра.

Превентор работает следующим образом. Пpи подаче давления в полость Б (при этом полость В соединена на слив) второй поршень 7 кольцом 16 давит на дополнительный поршень 12 и вместе с ним перемещает шток 5 с плашкой 2 к бурильной трубе 24 с двух сторон. При этом первый поршень 6 давлением в полости Б и пружиной 14 поджат своим коническим скосом на торце конического выступа 17 к ответному коническому скосу на торце запирающих элементов 8, которые от раздвижения наружу ограничены запорным кольцом 9, поджатым к ним пружинами 21, а противоположными торцами запирающие элементы 8 упираются в опорное кольцо 19. При дальнейшем продвижении второго поршня 7 запорное кольцо 9 входит в выточку втулки 10 до упора и останавливается, запорные элементы 8 освобождаются своей конической поверхностью от запорного кольца 9 и при последующем продвижении второго поршня 7 со штоком 5 самоподжимаются пружинами к запорному коническому бурту 11 втулки 10. В то же время первый поршень 6 под действием давления и пружины 14 также разжимает наружу запорные элементы 8 и входит коническим выступом 17 во внутреннюю коническую поверхность 18 запорных элементов 8 до тех пор, пока резина плашек 2 не уплотнит трубу 24 под действием усилия второго поршня 7, действующего через кольцо 16 и дополнительный поршень 12 на шток 5 и плашку 2. При этом первый поршень 6 заклинивает запорные элементы 8 своим коническим выступом 17 под действием давления в полости Б на площадь поршня 6 и пружины 14.

При снятии давления в полости Б и отсутствии давления в полости В поршень 6 своим коническим выступом 17 удерживает в заклиненном положении запорные элементы 8, упирающиеся своей наружной конической поверхностью 23 в запирающий конический бурт 11 втулки 10 и удерживающие через опорное кольцо 19 и шток 5 в прижатом с усилием к трубе 24 положении плашку 2. Дополнительно первый поршень 6 удерживается в заклиненном положении пружиной 14.

При нахождении в скважине бурильной трубы 24 наименьшего применяемого диаметра второй поршень 7 перемещается в цилиндре 4 дополнительно еще на ход фиксации, обеспечивающий надежное уплотнение трубы резиной плашки 2, при этом дополнительно смещаются запорные элементы 8 по удлиненному запирающему коническому бурту 11 втулки 10, а первый поршень 6 своим коническим выступом 17 дополнительно входит во внутреннюю коническую поверхность 18 запорных элементов 8, обеспечивая фиксацию плашки 2 в прижатом с усилием положении к трубе 24.

Таким образом, обеспечивается надежное поджатие и фиксация плашек 2 превентора к бурильным трубам различного диаметра.

Расфиксация и открытие плашек превентора производится следующим образом. При подаче давления в полость В (при этом полость Б соединена на слив) второй поршень 7 начинает двигаться назад, упирается буртом на внутренней поверхности своего цилиндрического выступа 15 в первый поршень 6 и перемещает его на штоке 5 до упора в дополнительный поршень 12, одновременно освобождая наружный конический выступ 17 поршня 6 из внутренней конической поверхности 18 запорных элементов 8, производя их расфиксацию.

При движении назад второго поршня 7 запорное кольцо 9 пружинами 21 удерживается в выточке втулки 10. При дальнейшем движении второго поршня 7 с первым поршнем 6, дополнительным поршнем 12, штоком 5 и плашкой 2 опорное кольцо 19 выталкивает запорные элементы 8 из запирающего конического бурта 11 втулки 10, при этом запорные элементы 8 сжимаются к центру, своим коническим выступом входят в запорную втулку 9 и вместе с ней движутся вправо. По достижении вторым поршнем 7 конического положения первый поршень 6 под действием давления в полости В вместе с дополнительным поршнем 12 запорными элементами 8, запорной втулкой 9, опорным кольцом 19, штоком 5 с плашкой 2 продолжает перемещаться внутри второго поршня 7 до упора в конце хода дополнительного поршня 12 в кольцо 16, обеспечивая полное открытие плашки 2.

Универсализация работы превентора с разными плашками позволяет устанавливать на скважине один тип плашечных превенторов, расширяет функциональные возможности в эксплуатации, сокращает номенклатуру применяемых плашек, что в совокупности с повышением надежности и упрощением конструкции превентора уменьшает трудоемкость его обслуживания.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей технике, в частности к превенторам, предназначенным для герметизации устья при наземном и подводном бурении нефтяных и газовых скважин. Цель изобретения - повышение надежности превентора в работе. Превентор имеет корпус 1, плашки 2, крышки 3, гидроцилиндры, содержащие узел фиксации с гидроприводом, состоящим из штока 5, поршня 6, расположенного на штоке 5, поршня 7, концентрично установленного вокруг поршня 6 в цилиндре 4, элементов (Э) уплотнения, запорных Э 8, запорного кольца (К) 9, пружин между кольцом и поршнем 7, запирающего конического бурта 11. Превентор снабжен дополнительным поршнем 12, закрепленным на конце штока 5, опорным К 19, установленным на штоке 5 и втулкой 10 с удлиненным буртом 11 на внутренней поверхности, установленной в крышке 3 и взаимодействующей с цилиндром 4. Поршень 12 взаимодействует с внутренней поверхностью и буртом поршня 7 в осевом направлении. Э 8 выполнены подпружиненными один относительно другого и самоподжимаются к бурту 11, втулке 10 и К 9 и контактируют с К 19. Поршень 7 имеет цилиндрический выступ 15, а втулка 10 - выточку с торца, равную длине К 9 и взаимодействущую с ним по торцу. В поршне 12 выполнено дроссельное отверстие 13, сообщающее полости поршней 6 и 7. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ПРЕВЕНТОР, содержащий корпус, в котором установлены плашки, крышки, жестко связанные с гидроцилиндрами, включающими шток с дополнительным поршнем и опорным кольцом, первый поршень, расположенный на штоке, второй поршень с буртом и выступом, концентрично установленным вокруг первого поршня, запорные элементы, запорное кольцо, втулку, жестко связанную с крышкой и выполненную с запирающим коническим буртом и внутренней цилиндрической выточкой, и пружины, установленные между первым поршнем и дополнительным поршнем, между вторым поршнем и запорным кольцом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, дополнительный поршень расположен между первым поршнем и буртом второго поршня с возможностью взаимодействия с ними и выполнен с дроссельными отверстиями, при этом запорное кольцо установлено с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью выступа второго поршня. 2. Превентор по п.1, отличающийся тем, что запорные элементы выполнены подпружиненными относительно друг друга.