УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРЕВЕНТОР Российский патент 1995 года по МПК E21B33/06 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности, к противовыбросовому оборудованию универсальным превенторам, предназначенным для обеспечения надежности герметизации устья скважин как с колонной труб, так и без них при аварийном проявлении скважин в процессе бурения или проведении других внутрискважинных работ.

Известен универсальный превентор конструкции АзИНМАШа типа ПУ1-180х35К2, ПУ1-280х35, ПУ1-350х350 и ПУ1-230х35А [1]
Универсальный превентор состоит из корпуса с крышкой, конусного уплотнителя, гидравлической системы для управления превентором, включающей плунжер с конусной поверхностью. Конусный уплотнитель своим верхним торцом упирается в крышку и не имеет возможности осевого перемещения вверх-вниз, а по расположенной в его нижней части конусной поверхности сопрягается с подвижным плунжером. При осевом перемещении последнего под воздействием системы гидроуправления происходит радиальное обжатие конусного уплотнителя до контакта с уплотняемой трубой или полным перекрытием превентора на "нуль". К недостаткам известного универсального превентора относится: невысокая надежность и долговечность металлоармированного конусного уплотнителя, из-за выдавливания резиновой массы уплотнителя (особенно при закрытии на "нуль"). Повышенная металлоемкость и большие габаритные размеры, обусловленные необходимостью использования системы гидроупpавления превентора с повышенной мощностью. В реальных условиях для этой цели используются увеличением диаметров плунжерной пары гидросистемы управления.

Техническая сущность изобретения заключается в использовании скважинного давления для облегчения управления превентором и обеспечения повышенного эффекта "самоуплотнения" конусного уплотнителя превентора.

Это обеспечивается иным, по сравнению с известным превентором, расположении конусного уплотнителя, при котором уплотнитель по конусной поверхности сопрягаясь с конусной расточкой, выполненной в крышке, а своим нижним торцом упирается в верхний торец подвижного плунжера гидросистемы управления превентором.

В процессе закрытия превентора конусный уплотнитель под действием плунжера перемещается вверх, одновременно обжимаясь по конусной поверхности за счет своего относительного перемещения с ответной конусной поверхностью, выполненной в крышке превентора. За счет указанного выше обжатия происходит радиальная деформация конусного уплотнителя до контакта с уплотняемой трубой или закрытия на "нуль".

Благодаря этому конструктивному исполнению узла уплотнения конусный уплотнитель обеспечивает более высокий (по сравнению с известным) эффект "самоуплотнения" за счет скважинного давления и требует меньших осевых нагрузок от действия плунжера при закрытии на трубе и на "нуль", а это последнее позволяет снизить мощность и габаритные размеры плунжерной пары системы гидроуправления превентора, а, следовательно, и снизить высотные и габаритные характеристики превентора в целом.

На фиг. 1 схематично представлена техническая сущность изобретения; на фиг. 2 универсальный превентор, общий вид.

Суммарное усилие 1, действующее на конусный уплотнитель, складывается из усилия Р_пл от действия плунжера, определяемое давлением рабочей среды в системе гидроуправления и конструктивными размерами плунжерной пары, а также из усилия, действующего на конусный уплотнитель от воздействия на последний давления скважинной среды Р.

В отличие от известного усилие, действующее на конусный уплотнитель от воздействия давления скважинной среды, совпадает по направлению с усилием, действующим на уплотнитель со стороны плунжера гидросистемы, способствуют тем самым закрытию превентора. Благодаря этому для управления превентором требуется гидросистема с меньшей мощностью, чем у известного.

Одновременно следует отметить, что в предлагаемой конструкции превентора благодаря расположению конусного уплотнителя в замкнутой конусной расточке, выполненной в крышке, исключается возможность выдавливания резиновой массы в верхней части уплотнителя.

В известной же конструкции между нижним торцом крышки и плунжером имеется зазор, в который под давлением скважинной среды и давления обжатия конусного уплотнителя часть резиновой массы уплотнителя выдавливается в этот зазор с последующим защемлением и срезыванием при дальнейшем перемещении плунжера вверх. Этому выдавливанию резиновой массы уплотнителя в указанный выше зазор способствует тангенциальная составляющая Т от общего усилия Р.

Превентор состоит из корпуса 1, крышки 2 с выполненным в ней конусным отверстием, в котором установлен основной конусный металлоармированный резиновый уплотнитель 3. В нижней части корпуса 1 выполнена гидравлическая система для управления превентора, включающая плунжер 4 с уплотнительными элементами 5 и 6 и верхним своим концом упирающийся в торцевую поверхность (со стороны большого диаметра) основного конусного уплотнителя 3. Плунжер 4 разделяет две полости I и II гидросистемы, в которые через штуцеры 7 и 8 в зависимости от направления перемещения плунжера 4 подается (или сливается) рабочая жидкость, например, масло от станции управления. Корпус I превентора соединен с переводником 9.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. В процессе закрытия превентора давление рабочей среды (например, гидравлического масла), подается через штуцер 7 в полость 1, расположенную под поршнем плунжера 4. Последний, перемещаясь вверх, поднимает основной конусный уплотнитель 3, до плотного контакта с сопрягаемой конусной поверхностью крышки 2. Дальнейшее перемещение плунжера 4 вверх вызывает радиальное обжатие конусного уплотнителя 4. При этом благодаря наличию металлических вставок (арматуры) почти полностью исключена осевая деформация конусного уплотнителя 3.

При этом за счет радиальной деформации конусного уплотнителя 3 происходит уменьшение внутреннего диаметра уплотнителя 3 до полного контакта с уплотняемой трубой (процесс закрытия на трубе) или до полного смыкания внутренних поверхностей уплотнителя 3 (процесс закрытия на "нуль"). В процессе обжатия уплотнителя 3 до полного закрытия "на трубе" или на "нуль" действующее давление скважинной среды на уплотнитель 3 сверху и снизу практически одинаково.

Благодаря разности площадей верхнего и нижнего торца конусного уплотнителя 3 возникает дополнительно усилие, обжимающее уплотнитель 3, способствующее процессу герметизации разобщаемых полостей и тем самым снижающее необходимую мощность гидропривода для управления превентором.

С момента начала герметизации благодаря наличию эффекта "самоуплотнения", в отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении отпадает необходимость постоянного поддержания повышенного давления в системе гидроуправления превентором для обеспечения герметизации межтрубного пространства или при закрытии на "нуль".

Давление рабочей среды в системе гидроуправления может быть минимальным, но достаточным для обеспечения эффекта "самоуплотнения".

В процессе открытия превентора давление рабочей среды от станции управления подается в полость, расположенную над поршнем плунжера, одновременно соединив полость под поршнем со сливной линией.

При этом плунжер 4 начинает перемещаться вниз, обеспечивая уменьшение степени радиального обжатия уплотнителя 3. Таким образом происходит разгерметизация межколонного или внутритрубного пространства.

К основным преимуществам предлагаемой конструкции универсального превентора относятся:
повышенная надежность и долговечность основного уплотнителя за счет уменьшения выдавливания резиновой массы уплотнителя;
снижение необходимой мощности гидропривода для управления превентором за счет использования скважинного давления;
повышенная герметизирующая способность основного уплотнителя и превентора в целом за счет использования эффекта "самоуплотнения";
снижение эксплуатационных расходов в связи с отсутствием необходимости постоянного поддерживания давления в системе гидроуправления (в полости А) в процессе герметизации превентора;
уменьшение весовых и габаритных размеров превентора в связи с возможностью уменьшения мощности гидропривода.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности для предупреждения нефтегазопроявлений путем герметизации устья скважины. Сущность изобретения: снижение износа и повышение долговечности упругого конусного уплотнителя за счет размещения уплотнителя в конической расточке, выполненной в крышке 2 превентора, при этом нижний торец уплотнителя упирается в верхний торец подвижного плунжера 4 гидросистемы управления превентором, а по верхнему торцу уплотнитель установлен с зазором. 2 ил.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРЕВЕНТОР, содержащий полый корпус с крышкой, размещенные в корпусе плунжер и конусный уплотнитель, установленный над плунжером, отличающийся тем, что крышка выполнена с конической расточкой, а конусный уплотнитель размещен в расточке с зазором по верхнему торцу и возможностью взаимодействия нижнего торца с плунжером.