ТРУБНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1998 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Известно много различных конструкций трубных головок, являющихся составной частью фонтанной арматуры. Одной из таких конструкций является трубная головка [1], включающая корпус со ступенчатым осевым и радиальными каналами в виде крестовика, внутри которого установлен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. Снаружи трубодержателя размещены уплотнительные элементы и нажимная втулка. С последней взаимодействуют стопорные болты, установленные в верхних радиальных каналах корпуса. В верхней и нижней частях корпуса выполнены присоединительные фланцы. Нижние радиальные каналы корпуса служат для связи с затрубным пространством скважины и также имеют присоединительные фланцы.

Однако известная трубная головка имеет ряд серьезных недостатков, затрудняющих обслуживание и замену отдельных узлов фонтанной арматуры, а также проведение внутрискважинных работ.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению, т.е. прототипом, является трубная головка [2], состоящая из цилиндрического корпуса, в котором выполнены ступенчатый осевой и радиальные каналы, а также боковые отводы, размещенные ниже последних. В осевом канале корпуса установлен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. В радиальных каналах корпуса находятся стопорные болты, которые имеют возможность взаимодействия с трубодержателем. В трубодержателе размещена обойма с шаровым запорным органом и седлами. Шаровой запорный орган имеет осевой канал и узел управления в виде поворотного вала. Снаружи, вокруг обоймы, концентрично установлена втулка с радиальным каналом для размещения поворотного вала.

Известная трубная головка конструктивно сложна, недостаточно надежна в эксплуатации и, кроме того, значительно увеличивает высоту фонтанной арматуры.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности работы трубной головки, расширение ее технологических возможностей при одновременном значительном уменьшении высоты фонтанной арматуры.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении тем, что в трубной головке, имеющей цилиндрический корпус с присоединительными фланцами, ступенчатым осевым и радиальными каналами, а также с размещенными на разных уровнях по высоте корпуса, но ниже радиальных каналов боковыми отводами, установленный в осевом канале корпуса трубодержатель для подвески лифтовой колонны, узел его крепления в корпусе в виде стопорных болтов, которые размещены в радиальных каналах корпуса и могут взаимодействовать с трубодержателем, установленные в последнем шаровой запорный орган и седла, узел управления шаровым запорным органом в виде поворотного вала и герметизирующей крышки, а также установленную концентрично снаружи трубодержателя втулку с двумя радиальными каналами, один из которых предназначен для размещения поворотного вала, установлены фиксирующие элементы в виде пальцев, которые размещены в нижней части корпуса, при этом трубодержатель выполнен с наружным кольцевым выступом, с осевым пазом и фигурными проточками на своей наружной поверхности, а также с двумя радиальными каналами, один из которых служит для размещения поворотного вала, корпус - с радиальным каналом для размещения поворотного вала, шаровой запорный орган - со сквозным и глухим радиальными каналами, оси которых, а также ось поворотного вала взаимно перпендикулярны, причем поворотный вал установлен в соосных радиальных каналах корпуса, втулки и трубодержателя, которые соответствующим образом размещены относительно друг друга, при этом ось верхнего бокового отвода корпуса совпадает с осями других радиальных каналов втулки и трубодержателя, а нижний боковой отвод - с осевым пазом трубодержателя, причем втулка своим нижним торцом взаимодействует со ступенчатым осевым каналом корпуса, а верхним - с наружным кольцевым выступом трубодержателя, при этом ось верхнего бокового отвода корпуса, а также оси соответствующих ему радиальных каналов втулки и трубодержателя лежат в одной плоскости с осями сквозного и глухого каналов шарового запорного органа, причем пальцы взаимодействуют с фигурными проточками трубодержателя, а на корпусе установлена верхняя крышка в виде переходного присоединительного фланца со ступенчатым осевым каналом, в котором размещена верхняя часть трубодержателя, при этом боковая наружная поверхность корпуса выполнена с гранями, плоскости которых перпендикулярны осям его боковых отводов и радиального канала для размещения поворотного вала.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнительный анализ предложенного технического решения, проведенный по патентной и технической литературе, не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не выявил в них признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Конструкция предложенной трубной головки поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан ее общий вид в разрезе; на фиг. 2 - вид сбоку на фиг. 1; на фиг. 3 - вид сверху на фиг. 1.

Предложенная трубная головка состоит из цилиндрического корпуса 1 с присоединительными фланцами 2 и 3. В корпусе 1 выполнены ступенчатый осевой и радиальные каналы, а также боковые отводы 4 и 5. Последние размещены в корпусе 1 на разном уровне, но ниже радиальных каналов.

В осевом канале корпуса 1 установлен трубодержатель 6 для подвески лифтовой колонны. Он выполнен с осевым и двумя радиальными каналами, с наружным кольцевым выступом 7, а также имеет на своей наружной поверхности осевой паз 8 и фигурные проточки 9. В верхней и нижней частях осевого канала трубодержателя 6 выполнены резьбы соответственно для присоединения монтажного патрубка (установки пробки и др.) и для присоединения лифтовой колонны.

Внутри трубодержателя 6 соосно размещены шаровой запорный орган 10 и седла 11. В шаровом запорном органе 10 выполнены осевые каналы: сквозной 12 и глухой 13, оси которых взаимно перпендикулярны.

В корпусе 1 трубодержатель 6 фиксируется с помощью узла крепления в виде стопорных болтов 14. Они установлены в радиальных каналах корпуса 1 с возможностью взаимодействия с трубодержателем 6.

Снаружи трубодержателя концентрично размещена втулка 15 с кольцевыми уплотнительными элементами и двумя радиальными каналами. Верхний торец втулки 15 взаимодействует с наружным кольцевым выступом 7 трубодержателя 6, а нижний - со ступенчатым осевым каналом корпуса 1.

Узел управления шаровым запорным органом 10 выполнен в виде поворотного вала 16, ось которого перпендикулярна осям сквозного 12 и глухого 13 каналов шарового запорного органа 10. На поворотном валу 16 размещена герметизирующая крышка 17, которая присоединяется к корпусу 1. Под крышкой 17 на поворотном валу 16 установлен упорный подшипник 18, облегчающий вращение поворотного вала 16 и препятствующий его выдавливанию из радиального канала корпуса 1 под действием избыточного внутреннего давления. На конце поворотного вала 16 имеются шлицы для взаимодействия с ответным пазом, выполненном на наружной поверхности шарового запорного органа 10. Поворотный вал 16 размещается в радиальных каналах корпуса 1, втулки 15 и трубодержателя 6. Последние установлены относительно друг друга таким образом, что их соответствующие радиальные каналы для размещения поворотного вала 16 соосны. Одновременно с этим ось верхнего бокового отвода 4 совпадает с осями других радиальных каналов втулки 15 и трубодержателя 6, а нижний боковой отвод 5 - с осевым пазом 8 трубодержателя 6. Ось верхнего бокового отвода 4, оси соответствующих ему радиальных каналов втулки 15 и трубодержателя 6, а также оси сквозного 12 и глухого 13 каналов шарового запорного органа 10 располагаются в одной плоскости.

В нижней части корпуса 1 установлены фиксирующие элементы в виде пальцев 19, которые могут взаимодействовать с фигурными проточками 9 трубодержателя 6.

На корпусе 1 размещена верхняя крышка в виде переходного присоединительного фланца 20. Он имеет ступенчатый осевой канал, в котором находится верхняя часть трубодержателя 6. Переходный фланец 20 соединяется с корпусом 1 с помощью шпилек.

Для удобства присоединения запорно-регулирующей арматуры и герметизирующей крышки 17 к корпусу 1 на его боковой поверхности выполнены грани, плоскости которых перпендикулярны осям боковых отводов 4 и 5, а также оси радиального канала для размещения поворотного вала 16.

Трубная головка работает следующим образом. После завершения обвязки устья на колонной головке устанавливают корпус 1 трубной головки. Присоединительный фланец 3 корпуса 1 с помощью шпилек закрепляют на верхнем фланце колонной головки. Затем осуществляют спуск в скважину лифтовой колонны. К последней лифтовой трубе присоединяют трубодержатель 6, снаружи которого размещена втулка 15, а внутри - шаровой запорный орган 10 и седла 11. С помощью монтажного патрубка устанавливают трубодержатель 6 в ступенчатом осевом канале корпуса 1. При этом пальцы 19 входят в фигурные проточки 9 трубодержателя 6, ориентируя его в заданном положении относительно корпуса 1. Трубодержатель 6 фиксируют в корпусе 1 с помощью стопорных болтов 14. Втулка 15 при этом своим нижним торцом взаимодействует со ступенчатым осевым каналом корпуса 1, а верхним - с наружным кольцевым выступом 7 трубодержателя 6. Установленные на втулке 15 кольцевые уплотнительные элементы находятся в сжатом состоянии и надежно герметизируют пространство между трубодержателем 6 и внутренней поверхностью корпуса 1. В соосных радиальных каналах корпуса 1, втулки 15 и трубодержателя 6 размещают поворотный вал 16, который своими шлицами взаимодействует с ответным пазом на наружной поверхности шарового запорного органа 10. Снаружи на поворотный вал 16 устанавливают упорный подшипник 18 и закрепляют герметизирующую крышку 17.

На корпусе 1 размещают переходный присоединительный фланец 20, который соединяют с фланцем 2 с помощью шпилек. После этого приступают к обвязке фонтанной арматуры манифольдом. На переходном присоединительном фланце 20 устанавливают стволовую рабочую задвижку и буфер с манометром, на боковом отводе 4, связанном с трубным каналом скважины, размещают последовательно две задвижки (рабочую и резервную), а на боковом отводе 5, связанном с затрубным пространством скважины, одну задвижку.

После окончательной обвязки фонтанной арматуры манифольдом трубная головка готова к работе.

Предложенная трубная головка не нуждается в традиционной фонтанной елке и способна самостоятельно выполнять роль фонтанной арматуры в целом.

За счет возможности поворота шарового запорного органа 10 и установки его в одном из четырех фиксированных положений значительно расширяются технологические возможности трубной головки. При этом обеспечивается возможность эксплуатации скважины через боковую и стволовую рабочие задвижки; возможность замены боковой и стволовой рабочих задвижек под избыточным давлением на устье скважины без ее предварительной задавки; возможность монтажа на ней противовыбросового оборудования (превенторов) для проведения спускоподъема лифтовой колонны под избыточным давлением на устье скважины без ее предварительной задавки и т.д.

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Трубная головка состоит из корпуса с радиальными и ступенчатым осевым каналами и с боковыми отводами. В корпусе размещен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. Он имеет наружный кольцевой выступ, осевой паз и фигурные проточки на наружной поверхности, а также два радиальных канала. В трубодержатель установлены седла и шаровой запорный орган. Снаружи трубодержателя концентрично размещена втулка с кольцевыми уплотнительными элементами и двумя радиальными каналами. Она взаимодействует с его наружным кольцевым выступом и со ступенчатым осевым каналом корпуса. В корпусе трубодержатель крепится с помощью стопорных болтов. Узел управления шарового запорного органа выполнен в виде поворотного вала. В нижней части корпуса установлены пальцы, которые могут взаимодействовать с фигурными проточками трубодержателя. В запорном органе выполнены сквозной и глухой осевые каналы. Оси этих каналов и ось поворотного вала взаимно перпендикулярны. Корпус, втулка и трубодержатель размещены относительно друг друга так, что их радиальные каналы для размещения поворотного вала соосны. Боковые отводы выполнены на разных уровнях по высоте корпуса. Ось верхнего бокового отвода совпадает с осями соответствующих радиальных каналов втулки и трубодержателя, причем они, а также оси каналов запорного органа расположены в одной плоскости. Нижний боковой отвод совпадает с осевым пазом трубодержателя. На наружной боковой поверхности корпуса выполнены грани, плоскости которых перпендикулярны осям его боковых отводов и радиального канала для размещения поворотного вала. На корпусе установлен переходный присоединительный фланец со ступенчатым осевым каналом для размещения верхней части трубодержателя. На колонной головке размещают корпус. Через его осевой канал в скважину спускают лифтовую колонну, а трубодержатель устанавливают внутри корпуса. Пальцы входят в фигурные проточки, ориентируя трубодержатель относительно корпуса. Уплотнительные элементы втулки герметизируют пространство между ним и корпусом. Сверху на корпус устанавливают переходный фланец, а к запорному органу присоединяют поворотный вал. На боковых отводах и на переходном фланце размещают задвижки. Фонтанную арматуру обвязывают манифольдом, после чего она готова к эксплуатации. Использование изобретения повышает надежность работы трубной головки, расширяет ее технологические возможности при одновременном значительном уменьшении высоты фонтанной арматуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубная головка, включающая цилиндрчиеский корпус с присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальными каналами, а также с боковыми отводами, размещенными ниже последних, установленный в осевом канале корпуса трубодержатель для подвески лифтовой колонны, размещенный в трубодержателе шаровой запорный орган со сквозным осевым каналом и седла, узел управления шаровым запорным органом в виде поворотного вала, ось которого перпендикулярна к оси его сквозного осевого канала, и герметизирующей крышки, втулку с двумя радиальными каналами, один из которых служит для размещения поворотного вала, и узел крепления трубодержателя в корпусе в виде стопорных болтов, установленных в радиальных каналах корпуса и имеющих возможность взаимодействия с трубодержателем, отличающаяся тем, что она снабжена установленными в нижней части корпуса фиксирующими элементами в виде пальцев, боковые отводы корпуса размещены на разных уровнях по его высоте, а втулка - концентрично снаружи трубодержателя, при этом шаровой запорный орган выполнен с глухим осевым каналом, перпендикулярным сквозному осевому каналу в нем и оси поворотного вала, трубодержатель - с наружным кольцевым выступом, с осевым пазом и фигурными проточками на своей наружной поверхности и двумя радиальными каналами, один из которых служит для размещения поворотного вала, корпус - с радиальным каналом для размещения поворотного вала, причем трубодержатель и втулка установлены в корпусе так, что их радиальные каналы для размещения поворотного вала соосны, а ось верхнего бокового отвода корпуса совпадает с осями других радиальных каналов втулки и трубодержателя, при этом они расположены в одной плоскости с осями сквозного и глухого каналов шарового запорного органа, а нижний боковой отвод корпуса совпадает с осевым пазом трубодержателя, причем пальцы установлены с возможностью взаимодействия с его фигурными проточками, при этом втулка размещена так, что своим нижним торцом она взаимодействует со ступенчатым осевым каналом корпуса, а верхним - с наружным кольцевым выступом трубодержателя. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что на наружной боковой поверхности корпуса выполнены грани, плоскости которых перпендикулярны к осям его боковых отводов и радиального канала для размещения поворотного вала. 3. Головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена верхней крышкой в виде переходного присоединительного фланца со ступенчатым осевым каналом для размещения в нем верхней части трубодержателя.