УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ Российский патент 1995 года по МПК G01M3/28 

Изобретение относится к нефтегазодобыче, в частности к бурению и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известно устройство для обнаружения утечек в замковых соединенных труб, содержащее две зажимные плашки (опорную и откидную) с закрепленным в них разъемным уплотнителем, замковый механизм, выполненный в виде перекидного рычага с тягой для зажима плашек в закрытом положении откидной плашки, привода откидной плашки с системой пневмогидроуправления (патент США N 3371521, 1968).

Недостатком этого устройства является необходимость ручных манипуляций с перекидным рычагом замкового механизма перед закрытием и после открывания откидной плашки приводными цилиндрами.

Известно устройство для обнаружения утечек соединений труб, содержащее привод для механического откидывания перекидного рычага замкового механизма перед закрытием и после открытия откидной плашки и дополнительный привод, состоящий из системы рычагов и шарниров для фиксации зажимных плашек после их закрытия посредством откидных петель и вертикально вводимой осью-штоком пневмоцилиндра (патент США N 4099405, 1978).

Недостатками этого устройства являются наличие нескольких (пять) раздельно действующих рычажных систем, требующих наличия большого количества распределительных и регулирующих элементов в системе гидропневмоуправления, повышенные сложность и масса устройства.

Известно устройство для обнаружения утечек соединенных труб, содержащее две зажимные плашки, одна из которых откидная, разъемный уплотнитель и сегментные полукольца, закрепленные в плашках, замковый механизм, выполненный в виде перекидного рычага с тягой, системы рычагов опрокидывания перекидного рычага после открытия и перед закрытием откидной плашки, приводов, обеспечивающих перемещение откидной плашки и перекидного рычага с системой гидропневмоуправления (патент Великобритании N 2123566А).

Недостатками такого устройства для обнаружения утечек соединений труб являются многозвенность рычажно-шарнирной системы привода замкового механизма и низкая безопасность вследствие большого радиуса опрокидывания перекидного рычага замкового механизма при открывании последнего.

Технический результат состоит в испытании соединений труб наружной опрессовкой давлением жидкости в процессе монтажа трубопроводов (или колонн), имеющих достаточно большое количество стыков.

Для достижения технического результата в устройстве для обнаружения утечек соединений труб содержится опорная зажимная плашка, откидная зажимная плашка с приводом, шарнирно связанная с опорной зажимной плашкой, разъемный эластичный уплотнитель и сегментные полукольца, закрепленные в зажимных плашках, замковый механизм с приводом, приводным цилиндром со штоком и гильзой, система гидропневмоуправления, замковый механизм выполнен в виде вильчатого корпуса с направляющими и конусным отверстием, зажимные плашки выполнены с хвостовиками со скосами, которые в закрытом положении откидной плашки образуют с наклонными сторонами конусного отверстия вильчатого корпуса клиновое соединение, опорная зажимная плашка выполнена с ползунами шарнирно связана с вильчатым корпусом и установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством ползунов по направляющим вильчатого корпуса.

Кроме того, для фиксации плашек относительно друг друга после закрытия, хвостовики одной из зажимных плашек выполнены с выступами, а хвостовики другой зажимной плашки выполнены с ответными пазами.

Для фиксации плашек в закрытом положении при опрессовке (испытаниях соединения труб) привод замкового механизма выполнен в виде двуплечего рычага, шарнирно связанного с вильчатым корпусом, причем один конец рычага соединен шарнирно с опорной зажимной плашкой, а другой со штоком приводного цилиндра, гильза которого шарнирно связана с вильчатым корпусом.

Такое выполнение устройства позволяет при том же уровне механизации перемещений исполнительных механизмов без ручных операций исключить один из приводов, что влечет за собой уменьшение массы устройства и упрощает систему гидропневмоуправления за счет исключения известных распределительных элементов управления приводом, уменьшает мощность силовой установки, упрощает пульт управления. Кроме того, замена замкового механизма с перекидным рычагом, применяемого в известных технических решениях, который при опрокидывании создает опасную для оператора зону, на клиновой механизм с малым ходом позволяет защитить оператора от движущихся частей, например защитным ограждением, при этом значительно уменьшается опасная зона, что для буровой площадки с ограниченным пространством, насыщенной оборудованием, имеет большое преимущество.

На фиг. 1 показано устройство для обнаружения утечек соединений труб и его размещение на буровой установке; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 вид А на фиг.2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2; замковый механизм в открытом состоянии; на фиг. 5 то же, откидная зажимная плашка после закрытия на испытываемом соединении труб; на фиг.6 то же, замковый механизм после фиксации в корпусе устройства; на фиг. 7 разрез В-В на фиг.3; на фиг.8 разрез Г-Г на фиг. 6, подвод испытательного давления к уплотнителю через откидную зажимную плашку; на фиг. 9 разрез D-D фиг.6, крепление уплотнения в корпусе опорной плашки.

Устройство для обнаружения утечек соединений труб 1 (фиг.1) входит в состав оборудования буровой установки и подвешивается на буровой вышке 2 через строп 3, вертлюг 4 на пневмоцилиндре 5 для установки по высоте относительно испытываемого соединения 6 колонны 7 труб, спускаемой в буровую скважину, и пола буровой площадки 8. Колонна 7 подвешена на элеваторе 9 кронблока буровой вышки 2 и посажена на клинья 10 в буровом роторе 11.

Устройство 1 содержит замковый механизм 12, систему 13 гидропневмоуправления, привод 14 замкового механизма (фиг.2,3), привод 15 откидной зажимной плашки, разъемный эластичный уплотнитель 16 (фиг.4), сегментные полукольца 17 (фиг.7).

Замковый механизм 12 (фиг. 4) включает шарнирно связанные между собой оребренные полуцилиндры с отбортовкой корпусов вовнутрь и закрепленные на вильчатом корпусе 20 с направляющими 21 посредством ползунов 22 (фиг.7).

Привод 14 замкового механизма (фиг.4) шарнирно соединяет опорную плашку 18 с корпусом 20 и состоит из приводных цилиндров 23, двуплечих рычагов 24, тяг 25 и осей 26-30.

Откидная зажимная плашка 19 соединена с опорной плашкой 18 посредством полушестерен 31, 32, серег 33 и привода 15 откидной зажимной плашки, состоящего из приводных цилиндров 34, кронштейнов 35, 36 и осей 37-40.

Полушестерни 31, 32 соответственно насажены на оси 37, 38 и зафиксированы штифтами 41, 42 к плашкам 18, 19 таким образом, чтобы их зубья находились в зацеплении в любом из рабочих положений плашек 18, 19.

На хвостовиках 43 ребер опорной плашки 18 выполнен выступ 44, а на хвостовиках 45 ребер откидной плашки 19 выполнен ответный паз 46.

Хвостовики 43, 45 обеих плашек 18, 19 имеют конические скосы 47, 48 (фиг. 5,6), а ответное отверстие корпуса 20 наклонные поверхности 49, причем величина оптимального угла для конических скосов 47, 48 и наклонных поверхностей 49 одинакова и выбирается в зависимости от коэффициента трения, коэффициента передачи силы, коэффициента полезного действия для трехзвенных механизмов по известным в технике формулам и номограммам.

Разъемный эластичный уплотнитель 16 (фиг.8) имеет заармированные вставки 50 для подвода испытательного давления через ввертные штуцера 51 от системы 13 гидропневмоуправления и вставки 52 (фиг.9) для закрепления неподвижной части уплотнителя 16 в опорной плашке 18 винтами 53.

В верхней и нижней части плашек 18, 19 закреплены попарно сегментные полукольца 17 стандартными крепежными винтами (не показаны).

Устройство для испытания соединений труб на герметичность работает следующим образом.

Перед работой устройство 1 (фиг.1) приводится в исходное положение (фиг. 4): штоки приводных цилиндров 23 находятся в выдвинутом состоянии, в штоки приводных цилиндров 34 находятся во втянутом состоянии; в зажимные плашки 18, 19 в их верхней и нижней частях устанавливаются сегментные полукольца 17 (фиг. 7) и закрепляются стандартными крепежными изделиями обычным способом. Затем в опорную плашку 18 (фиг.9) между сегментными полукольцами 17 устанавливается разъемный уплотнитель 16 и закрепляется винтами 53. После закрытия откидной зажимной плашки 19 уплотнитель 16 фиксируется на ней штуцерами 51, связанными с системой гидропневмоуправления гибкими рукавами (не показаны), далее плашка 19 снова открывается и устройство готово к работе.

После свинчивания спускаемых в буровую скважину труб колонна 7 (фиг.1) подвешивается на элеваторе 9 в верхней части и на клиньях 10 бурового ротора 11 ниже испытываемого соединения 6. При помощи системы 13 гидропневмоуправления воздух подается к пневмоцилиндру 5 в штоковую или поршневую полости, после чего происходит выравнивание устройства 1, закрепленного на пневмоцилиндре 5, по высоте относительно испытываемого соединения.

В таком положении за счет строп 3 и вертлюга 4 устройство подается к испытываемому соединению 6 труб (фиг. 4) до упора в него раскрытого ложа уплотнителя 16.

Затем от системы гидропневмоуправления в поршневую полость приводных цилиндров 34 подается, например, воздух, штоки приводных цилиндров 34, выдвигаясь, воздействуют через ось 40 на кронштейны 36 и опрокидывают откидную плашку 19. Плашка 19 совершает движение по определенной траектории: вращается одновременно вокруг оси 38 и оси 37, причем вращение вокруг оси 37 осуществляется вместе с серьгой 33 обкатыванием зубьев полушестерни 32 по зубьям полушестерни 31. Это позволяет обеспечить плавный перегиб уплотнителя 16 в месте излома при раскрытии плашки 19. В конце хода штоков цилиндров 34 выступ 44 входит в паз 46 (фиг.5), что предохраняет от смещения плашек вдоль оси 54 после их закрытия относительно друг друга.

После выдержки, необходимой для обжима уплотнителя вокруг испытываемого соединения 6, воздух от системы 13 гидропневмоуправления подается в штоковую полость приводных цилиндров 23 (фиг.4,5), штоки 55 втягиваются, воздействуя через ось 26 на двуплечие рычаги 24, которые через ось 27, неподвижно закрепленную на корпусе 20, перемещают ось 28 и тяги 25 с осью 26 внутрь паза корпуса 20, который своими наклонными боковыми поверхностями 49 взаимодействуют с коническими скосами 47, 48 хвостовиков 43, 45 плашек, при этом уплотнитель 16 обжимается вокруг соединения 6 усилием образованной клиновой пары: паз-хвостовики.

Устойчивость в вертикальном положении при движении замкнутых плашек придают ползуны 22 (фиг.7), имеющие антифрикционные свойства, скользящие по направляющим 21 в пределах хода плашек при срабатывании цилиндров 23.

После последовательного срабатывания приводных цилиндров 34, 23 от насосной установки системы 13 гидропневмоуправления испытательная жидкость, например пресная вода, под давлением Р_исп (фиг.8) через гибкие рукава (не показаны) и штуцера 51 подается в полость 56, образованную между внутренней поверхностью обжатого уплотнителя 16 и наружной поверхностью трубы и испытываемого соединения 6. Сегментные полукольца 17, имеющие конические поверхности, после обжатия сходятся в радиальном направлении и перекрывают зазор 57 между корпусами плашек 18, 19 и трубой колонны 7, выше и ниже испытываемого соединения 6.

Раскрытие замкового механизма 12 для испытания следующего соединения труб происходит в обратной последовательности срабатывания приводных цилиндров: сначала выдвигаются штоки 55 цилиндров 23, а затем вдвигаются штоки цилиндров 34.

Для исключения внеочередного срабатывания исполнительных цилиндров в системе гидропневмоуправления необходимо предусмотреть блокировочные устройства распределители.

Для обеспечения надежного открытия замкового механизма 12 после испытаний необходимо штоки 55 приводных цилиндров 23 выполнить максимально возможного диаметра по сравнению с поршнями этих цилиндров с обеспечением необходимого запирающего усилия, создаваемого в штоковых полостях цилиндров. Например, диаметр штока должен быть в 1,41 раза меньше диаметра поршня, при этом усилие, создаваемое цилиндром 23 на открытие в 2 раза больше усилия закрытия.

Испытания устройством 1 соединений труб повторяются по мере набора спускаемой в скважину колонны, обнаружение утечек фиксируется по падению давления в полости 56, например, манометром. После обнаружения утечек соединение 6 труб разбирается, возможные механические неисправности устраняются и проводятся повторная сборка и испытания. При невозможности исправления соединяемых труб последние заменяют новыми.

Использование: при нефтегазодобыче, в частности при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: устройство для испытаний соединений труб на герметичность содержит шарнирно связанные между собой опорную 18 и откидную 19 зажимные плашки, с закрепленными в них разъемным эластичным уплотнителем 16 и сегментными полукольцами 17, приводы откидной зажимной плашки и замкового механизма с системой пневмогидроуправления. Замковый механизм выполнен в виде вильчатого корпуса 20 с конусным отверстием, наклонные стороны которого обжимают при затягивании вовнутрь клин, образованный хвостовиками со скосами зажимных плашек в закрытом положении, причем перемещение плашек осуществляется посредством привода замкового механизма по направляющим 21 корпуса, с которыми взаимодействуют ползуны, закрепленные в верхней и нижней частях опорной плашки. Привод замкового механизма выполнен, например, в виде двуплечего рычага с шарнирной опорой и приводного цилиндра, причем для создания большего усилия на раскрытие замкового механизма работает поршневая полость приводного цилиндра привода замкового механизма, а на запирание штоковая. Кроме того, для предотвращения смещения плашек относительно друг друга в закрытом положении в плоскости разъема хвостовики одной из плашек снабжены выступами, которые входят в пазы на хвостовиках другой плашки. 2 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ УТЕЧЕК СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ, содержащее опорную зажимную плашку, откидную зажимную плашку с приводом, шарнирно связанную с опорной зажимной плашкой, разъемный эластичный уплотнитель и сегментные полукольца, закрепленные в зажимных плашках, замковый механизм с приводом, приводным цилиндром со штоком и гильзой, систему гидропневмоуправления, отличающееся тем, что замковый механизм выполнен в виде вильчатого корпуса с направляющими и конусным отверстием, зажимные плашки с хвостовиками со скосами, которые в закрытом положении откидной плашки образуют с наклонными сторонами конусного отверстия вильчатого корпуса клиновое соединение, опорная зажимная плашка выполнена с ползунами, шарнирно связана с вильчатым корпусом и установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством ползунов по направляющим вильчатого корпуса. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что хвостовики одной из зажимных плашек выполнены с выступами, а хвостовики другой зажимной плашки с ответными пазами. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что привод замкового механизма выполнен в виде двухплечевого рычага, шарнирно связанного с вильчатым корпусом, причем один конец рычага соединен шарнино с опорной зажимной плашкой, а другой конец со штоком приводного цилиндра, гильза которого связана с вильчатым корпусом.