УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ПОЖАРОВ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 1998 года по МПК E21B35/00 

Изобретение относится к противоположной технике, в частности к устройствам для устранения пожаров в нефтяных скважинах.

Известно устройство для тушения пожара [1] содержащее резервуар, над которым размещен бункер с огнетушащим материалом. Днище бункера выполнено разъемным и зафиксировано гибкой затяжкой, один конец которой закреплен на днище резервуара легкоплавким стопором. Между резервуаром и бункером установлен механический разбрасыватель огнетушащего порошка, выполненный в виде лопатки, один конец которой прикреплен к механизму ее вращения, имеющему свернутую в спираль пластичную пружину и смонтированному внутри кожуха, имеющего круговой паз для вращения в нем лопатки вокруг вертикальной оси. Лопатка зафиксирована стержнем, нижний конец которого опущен в резервуаре и закреплен на его днище легкоплавким стопором. Верхняя часть кожуха выполнена конусообразной. Однако это устройство малоэффективно для устранения пожаров в нефтяных скважинах.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2] содержащее полый цилиндрический корпус, узел для перекрытия кольцевого пространства между корпусом и нефтенесущей колонной и узел отвода жидкости из нефтенесущей колонны за пределы корпуса, включающий прикрепленный снаружи корпуса трубчатый отвод с клапаном.

Однако это устройство имеет существенные недостатки. Так, подземные работы трудоемки и безопасны для работающих, сложность и надежность механизма образования отводного отверстия в нефтенесущей колонне, большая продолжительность тушения пожаров нефтяных скважин.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и эффективности путем сокращения времени пожаротушения в нефтяных скважинах.

Поставленная цель достигается тем, что корпус выполнен разъемным, верхняя и нижняя части которого телескопически связаны между собой, а между ними размещен узел для перекрытия кольцевого пространства между корпусом и нефтенесущей колонной, выполненной в виде гидравлического замка с предохранительным чехлом, состоящего из трех уплотнительных колец, имеющих в сечения форму усеченного конуса, причем вершины конусов верхнего и нижнего уплотнительных колец обращены к периферии корпуса, а промежуточных колец к его оси, при этом в стенке корпуса выполнены вертикальные пазы, а в нижней части корпуса неподвижно закреплен цанговый трехкулачковый механизм, состоящий из неподвижно закрепленной в нижней части корпуса траверсы с осевым гнездом, на которой под углом в 120^o относительно друг друга размещены подпружиненные вниз кулачки, лапки которых установлены с возможностью размещения в вертикальных пазах корпуса, а в осевом гнезде траверсы неподвижно закреплена нижним концом штанга, верхний конец которой закреплен с возможностью взаимодействия с опирающейся на траверсу гайкой, под цанговым трехкулачковым механизмом к нижней части корпуса подвижно прикреплена втулка в виде усеченного конуса с переменной конусностью, в нижнем основании которого установлен пригруз с канатным расчалом из трех вант, расположенных под углом 120^o относительно друг друга, ниже пригруза установлен закольцованный газовод, сообщенный через штуцера с внутренней полостью втулки, а через трубопровод с газозапасником и пусковым клапаном, в верхней части втулки выполнены три вертикальных паза, расположенных по окружности под углом 120^o относительно друг друга, а напротив каждого паза с наружной стороны стенки втулки закреплены упоры, с которыми взаимодействуют установленные на неподвижно закрепленной внутри нижней части корпуса траверсе подпружиненные наружу кулачки с возможностью выхода за пределы втулки и корпуса через выполненные в них вертикальные пазы, внутри конической части втулки закреплена осевая направляющая втулка, выполненная в виде усеченного конуса переменной конусности, вершина которого обращена кверху и оканчивается цилиндрической обечайкой.

Узел для отвода жидкости из нефтенесущей колонны за пределы корпуса дополнительно снабжен размещенной на нижней части корпуса конусной решеткой в виде продолговатой иглы, энергоударным механизмом и крышкой. Причем конусная решетка выполнена из жестких ребер, острием направленных к периферии корпуса, трубчатый отвод размещен ниже энергоударного механизма. Клапан установлен в корпусе на уровне трубчатого отвода с возможностью взаимодействия его верхнего торца с нижним торцем крышки, нижняя часть клапана выполнена в виде стакана, опрокинутого днищем кверху, в стенке которого в зоне горловины трубчатого отвода выполнено цилиндрическое окно, сообщающее полость корпуса с трубчатым отводом, а в стенке корпуса выполнен поперечный паз для ограничения хода клапана.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в сборе, вид сбоку; на фиг. 2 вид гидравлического замка до герметизации; на фиг. 3 вид гидравлического замка после герметизации; на фиг. 4 узел крепежа деталей конусного решетка к корпусу; на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 вид по стрелке А на фиг. 4; на фиг. 7 узел клапана в разрезе; на фиг. 8 узел соединения корпуса с колоколом.

Устройство для устранения пожаров в нефтяных скважинах содержит полый цилиндрический корпус 1, узел для перекрытия кольцевого пространства 2 между корпусом и нефтенесущей колонной 3 и узел отвода жидкости 4 из нефтенесущей колонны 3 за пределы корпуса 1, включающий прикрепленный снаружи корпуса 1 трубчатый отвод 5 с клапаном 6. Корпус выполнен разъемным, верхняя 7 и нижняя 8 части которого телескопически связаны между собой, а между ними размещен узел для перекрытия кольцевого пространства 2 между корпусом 1 и нефтенесущей колонной 3, выполненный в виде гидравлического замка с предохранительным чехлом (не показан), состоящего из трех уплотнительных колец, имеющих в сечении форму усеченного конуса, причем вершины конусов верхнего 9 и нижнего 10 уплотнительных колец обращены к периферии корпуса 1, а промежуточных колец 11 к его оси, при этом в стенке корпуса 1 выполнены вертикальные пазы 12, а нижней части корпуса 1 неподвижно закреплен цанговый трехкулачковый механизм, состоящий из неподвижного закрепленной в нижней части корпуса 8 корпуса 1 траверсы 13 с осевым гнездом, на которой под углом 120^o относительно друг друга размещены подпружиненные вниз кулачки 14, лапки 15 которых установлены с возможностью размещения в вертикальных пазах 12 корпуса 1, а в осевом гнезде траверсы 13 неподвижно закреплена нижним концом штанга 16, верхний конец которой закреплен с возможностью взаимодействия с опирающейся на траверсу 17 гайкой 18. Под цанговым трехкулачковым механизмом к нижней части 8 корпуса 1 подвижно прикреплена втулка 19 в виде усеченного конуса с переменной конусностью, в нижнем основании которого установлен пригруз 20 с канатным расчалом из трех вант 21, расположенных под углом 120^o относительно друг друга. Ниже пригруза 20 установлен закольцованный газовод 22, сообщенный через штуцера с внутренней полостью втулки 19, а через трубопровод с газозапасником (не показан) и пусковым клапаном 23. В верхней части втулки 19 выполнены три вертикальных паза 24, расположенных по окружности под углом 120^o относительно друг друга, а напротив каждого с наружной стороны стенки втулки 19 закреплены упоры 25, с которыми взаимодействуют установленные на неподвижно закрепленной внутри нижней части 8 корпуса 1 траверсе 13 подпружиненные наружу кулачки 14 с возможностью выхода за пределы втулки 19 к корпусу 1 через выполненные в них вертикальные пазы 12 и 24. Внутри конической части втулки 19 закреплена осевая направляющая втулка 26, выполненная в виде усеченного конуса переменной конусности, вершина которого обращена кверху и оканчивается цилиндрической обечайкой 27.

Узел для отвода жидкости из нефтенесущей колонны 3 за пределы корпуса 1 снабжен размещенной на нижней части корпуса 1 корпусной решеткой 28 в виде продолговатой иглы, энергоударным механизмом 29 и крышкой 30, причем конусная решетка 28 выполнена из жестких ребер 31, острием направленных к периферии корпуса 1. Трубчатый отвод 5 размещен ниже энергоударного механизма 29, а клапан 5 установлен в корпусе 1 на уровне трубчатого отвода 5 с возможностью взаимодействия его верхнего торца с нижним торцем крышки 30. Нижняя часть клапана 6 выполнена в виде стакана, опрокинутого днищем кверху, в стенке которого в зоне горловины трубчатого отвода 5 выполнено цилиндрическое окно 32, сообщающее полость корпуса 1 с трубчатым отводом 5. В стенке корпуса 1 выполнен поперечный паз 33 для ограничения хода клапана 6. Гайки 18 гибко связана с приводом 34. Шток 35 пускового клапана 23 может взаимодействовать с одним из кулачков 14.

Устройство работает следующим образом. Струя жидкости, под давлением выбрасывается из скважины, образовывает непрерывно движущийся поток в виде "гидравлического ствола". Нижним основанием конусной части втулки 19 устанавливается на поверхность грунта, затем корпус 1 в сборе в вертикальном положении вводят острие конусной решетки 28 внутрь втулки 19 с таким расчетом, чтобы лапки 15 кулачков 14 оказались против пазов 24 втулки 19, на торце которой выполнена указательная метка. После этого начинают медленное опускание корпуса 1 до момента появления резкого щелчка кулачков 14 об упоры 25. Это свидетельствует о том, что произошло надежное соединение корпуса 1 с втулкой 19, причем один из кулачков 14 нажимает на шток 35 пускового клапана 23, переводит его в положение "закрыто", с этого момента опускание корпуса прекращается. После этого газозапасник (не показан) заполняют газом, не поддерживающим горение. Затем устройство в сборе грузоподъемным механизмом или летательным аппаратом поднимают на высоту в зависимости от высоты выброса жидкости из скважины (например, если высота выброса жидкости 50 м, то нижнее основание втулки 19 должно быть на 6-8 м выше потолка выброса). Ванты 21 разбирают по своим местам. Потом устройство медленно перемещают по горизонтали в сторону выброса жидкости со скоростью, близкой 3-5 м/с.

При подходе нижнего основания втулки 19 к потолку выброса жидкости скорость перемещения снижается, ванты регулируют так, чтобы меньше было раскачки основания втулки 19. Как только основание оказалось в зоне выброса жидкости, устройство медленно начинают опускать, а ванты 21 по мере опускания равномерно подтягивают. Как только "гидравлический ствол" войдет в зону конусной части осевой направляющей втулки 26, с этого момента она вступает во взаимодействие с "гидравлическим стволом", обхватывая его создавая автоматически центрирование устройства относительно "гидравлического ствола", ванты 21 с этого момента удерживается в слабине. При выходе " гидравлического ствола" из цилиндрической обечайкой 27 в его сердцевину врезается отверстие конусной решетки 28, в результате этого струя жидкости в виде конусной воронки устремляется в пространстве 36, образованное между внешней частью конусной решетки 28 и внутренней стенкой конусной части втулки 19. В это время жидкость под давлением, часть ее устремляется через конусную решетку 28 в полость корпуса 1, а затем клапан 6 и трубчатый отвод 5 за пределы устройства. Другая часть жидкости сливается вниз между внутренней стенкой конусной части втулки 19 и наружной стенкой осевой направляющей втулки 26. После небольшой паузы в таком положении начинают опускание устройства. Ванты 21 по мере надобности подтягивают.

В момент касания основания втулки 19 земной поверхности включают в работу ударный механизм 29, с этого момента начнет опускаться корпус относительно втулки 19. Как только кулачки 14 выйдут из вертикальных пазов 12 и 24, один из кулачков 14 выйдет из взаимодействия со штоком 35 пускового клапана 23, который включит подачу газа из газовода 22, после этого пламя под полостью втулки 19 гаснет. Корпус 1 продвигается внутри нефтенесущей колонны 3 под действием энергоударного механизма 29. конусная решетка 28 достигает заданной глубины и ударный механизм 29 отключается, продвижение корпуса 1 прекращается. С момента жидкость устойчиво истекает из трубчатого отвода 5 и через зазор h, предусмотренный между наружной стенкой корпуса 1 и внутренней стенкой нефтенесущей колонны 3, выливается наружу. Для устранения утечки жидкости необходимо медленно поднять корпус 1, в этот момент при помощи цангового механизма пройдет окончательная центровка корпуса 1 относительно внутренней стенки нефтенесущей колонны 3. После этого снимают энергоударный механизм 29, затем приводом 34 приводит в действие гайку 18, которая взаимодействует со штангой 16, перемещая этим верхнюю часть 7 корпуса 1 вниз, создавая силу нажима на верхнее уплотнительное кольцо 9, которое обеспечивает силу сжатия, вытесняя за пределы корпуса 1 уплотнительное кольцо 11 в зону зазора h, образованного между корпусом 1 и внутренней стенкой нефтенесущей колоны 3, образуя распор между ними, ликвидируя утечку жидкости.

Для возобновления работы скважины в доаварийный режим необходимо при открытом положении клапана 6 снять крышку 30 и на этот фланец установить другой трубчатый отвод с клапаном, а клапан 6 перевести в положение "закрыто". После этого открыть клапан установленного отвода и восстановить работу скважины, втулку 19 демонтируют.

Использование: изобретение относится к технике пожаротушения в нефтяных скважинах. Сущность изобретения: устройство состоит из двух узлов: верхний узел содерижит корпус трубчатого сечения, состоящий из нижней и верхней частей, соединенных телескопически между собой, нижний узел выполнен в виде конусообразного колокола, связанного разъемно с корпусом устройства. Для обеспечения устойчивого вертикального положения устройства относительно продольной оси нефтенесущей колонны в момент ее опускания и ввода конусной решетки в сердцевину выброса струи жидкости оно имеет осевую направляющую втулку, закрепленную внутри колокола и выполненную в виде переменно-усеченного конуса, вершина которого обращена кверху. Для сокращения времени тушения пламени внутри колокола в момент опускания корпуса внутрь нефтенесущей колонны снаружи колокола выполнен кольцевой газовод, сообщенный через штуцера с внутренней полостью колокола. Для предотвращения выталкивания корпуса напором жидкости из нефтенесущей колонны в ходе ввода и опускания корпуса внутрь последней на нижнем конце нижней части корпуса установлена в виде иглы конусообразная решетка, сообщенная через внутреннюю полость корпуса и стаканообразный клапан с трубоотводом отвода жидкости за пределы устройства. Для надежной центровки и фиксации корпуса относительно нефтенесущей колонны в нижней части внутри корпуса неподвижно закреплен цанговый механизм, соединенный со штангой. Герметизация между внутренней стенкой нефтенесущей колонны и наружней стенкой корпуса осуществляется за счет гидравлического замка, состоящего из уплотнительных колец. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для устранения пожаров в нефтяных скважинах, содержащее полый цилиндрический корпус, узел для перекрытия кольцевого пространства между корпусом и нефтенесущей колонной и узел отвода жидкости из нефтенесущей колонны за пределы корпуса, включающий прикрепленный снаружи корпуса трубчатый отвод с клапаном, отличающееся тем, что корпус выполнен разъемным, верхняя и нижняя части которого телескопически связаны между собой, а между ними размещен узел для перекрытия кольцевого пространства между корпусом и нефтенесущей колонной, выполненной в виде гидравлического замка с предохранительным чехлом, состоящего из трех уплотнительных колец, имеющих в сечении форму усеченного конуса, причем вершины конусов верхнего и нижнего уплотнительных колец обращены к периферии корпуса, а промежуточных колец к его оси, при этом в стенке корпуса выполнены вертикальные пазы, а в нижней части корпуса неподвижно закреплен цанговый трехкулачковый механизм, состоящий из неподвижно закрепленной в нижней части корпуса траверсы с осевым гнездом, на которой под углом в 120^o относительно друг друга размещены подпружиненные вниз кулачки, лапки которых установлены с возможностью размещения в вертикальных пазах корпуса, а в осевом гнезде траверсы неподвижно закреплена нижним концом штанга, верхний конец которой закреплен с возможностью взаимодействия с опирающейся на траверсу гайкой, под цанговым трехкулачковым механизмом к нижней части корпуса подвижно прикреплена втулка в виде усеченного конуса с переменной конусностью, в нижнем основании которого установлен пригруз с канатным расчалом из трех вант, расположенных под углом 120^o относительно друг друга, ниже пригруза установлен закольцованный газовод, сообщенный через штуцера с внутренней полостью втулки, а через трубопровод с газозапасником и пусковым клапаном, в верхней части втулки выполнены три вертикальных паза, расположенных по окружности под углом 120^o относительно друг друга, а напротив каждого паза с наружной стороны стенки втулки закреплены упоры, с которыми взаимодействуют установленные на неподвижно закрепленной внутри нижней части корпуса траверсе подпружиненные наружу кулачки с возможностью выхода за пределы втулки и корпуса через выполненные в них вертикальные пазы, внутри конической части втулки закреплена осевая направляющая втулка, выполненная в виде усеченного конуса переменной конусности, вершина которого обращена кверху и оканчивается цилиндрической обечайкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел для отвода жидкости из нефтенесущей колонны за пределы корпуса дополнительно снабжен размещенной на нижней части корпуса конусной решеткой в виде продолговатой иглы, энергоударным механизмом и крышкой, причем конусная решетка выполнена из жестких ребер, острием направленных к периферии корпуса, трубчатый отвод размещен ниже энергоударного механизма, а клапан установлен в корпусе на уровне трубчатого отвода с возможностью взаимодействия его верхнего торца с нижним торцом крышки, нижняя часть клапана выполнена в виде стакана, опрокинутого днищем кверху, в стенке которого в зоне горловины трубчатого отвода выполнено цилиндрическое окно, сообщающее полость корпуса с трубчатым отводом, а в стенке корпуса выполнен поперечный паз для ограничения хода клапана.