КРАН ШАРОВОЙ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/12 

Изобретение относится к оборудованию, используемому в бурении, а также при капитальном ремонте газовых, нефтяных или иных скважин для устранения открытых фонтанов пластовых флюидов.

Известен кран шаровой, предназначенный для предотвращения выброса промывочной жидкости и пластовых флюидов, представляющий собой комбинацию шарового крана и обратного клапана, седло которого расположено внутри шаровой пробки (а.с. N 1546615, кл. E 21 B 34/06, 1988 г.).

Основным недостатком конструкции этого устройства является неоправданно большие масса и наружные габариты корпуса, обусловленные вводом шаровой пробки внутрь корпуса через весьма большое отверстие в боковой стенке и последующей установке в нем опорного кольца под подшипник с наружным размером, равным, по крайней мере, диаметру шаровой пробки и резьбовой крышки (12). В таком случае отношение наружного диаметра корпуса (D_к) к наружному диаметру шаровой пробки (D_ш.п.) будет иметь значение от 1,8 до 2, в то время как промышленные аналоги не превышают значения 1,5.

Устройство обладает также повышенным гидравлическим сопротивлением из-за суженного прохода в шаровой пробке, обусловленного конструкцией заделки уплотнительных элементов (8) в седлах (7). Уплотнительные элементы вводятся в торцевую кольцевую канавку седла, внутренняя концентрическая стенка которой и сужает проход, что создает трудности с наведением и установкой крана шарового на фонтанирующую из труб среду.

Повышенная металлоемкость удорожает изделие и требует больших физических ручных затрат на его установку в аварийных ситуациях на скважинах.

Принимая во внимание, что настоящий кран шаровой является аварийным средством, недостатком его можно считать также возможность управления им только с одной позиции, которая в силу неопределенности положения крана в составе буровых труб (БТ) или насосно-компрессорных труб (НКТ), поднятых над ротором, может быть весьма невыгодной для установки специального ключа.

Известен также кран шаровой, содержащий корпус цилиндрической формы, внутри которого размещены седла, упругие прокладки и шаровая пробка, имеющая палец управления с кольцевым резиновым уплотнением в отверстии стенки корпуса (Кутепов А. И. и др. Справочник-каталог по оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов, Москва, "Недра", 1981, стр. 38, рис. 1.20. Кран шаровой типа КШЦ).

Палец управления в этом устройстве взаимодействует с шаровой пробкой через шлицевое соединение и удерживается в ступенчатом отверстии стенки корпуса внутренними заплечиками.

Однако и эта конструкция обладает почти теми же недостатками, а именно большой металлоемкостью из-за необходимости введения внутрь корпуса двух стаканов, на торцах которых в местах стыка (а он расположен по оси вращения шара и на представленном чертеже явно не обозначен) образованы цилиндрические поверхности за счет смыкания полуотверстий, перпендикулярных оси корпуса, для размещения цапф вращения (цилиндрических поясков) шаровой пробки, суженным проходом в шаровой пробке из-за размещения уплотнительного элемента (4) в торцевой кольцевой канавке седла (1), ограниченными пространственными возможностями по управлению (закрытию) крана в аварийной ситуации.

Кроме того, стаканы усложняют конструкцию и создают определенные трудности технологического характера при изготовлении крана. Существенным моментом здесь является необходимость точного совмещения оси пальца управления (6) с плоскостью стыка стаканов (5) и (13).

Даже обеспечив при изготовлении крана эту необходимую точность, сохранить ее при эксплуатации не удается из-за значительных осевых усилий, испытываемых стаканами от одностороннего давления среды. Отверстия в стаканах в месте размещения цапф раздавливаются, шаровая пробка смещается с оси управления пальца (6) и кран, как свидетельствует практика эксплуатации, становится неработоспособным (не открывается или не закрывается).

Цель изобретения - повышение надежности управления краном в экстремальной ситуации, упрощение конструкции и снижение металлоемкости.

Цель достигается тем, что в стенках корпуса выполнены два соосных гладких отверстия одного размера, в которых размещены пальцы управления, взаимодействующие с шаровой пробкой и связанные с ней на резьбе, причем резьбовые концы пальцев управления выходят во внутренний проходной канал шаровой пробки и в его полости законтрены, при этом седла по внутренней поверхности футерованы эластомером, а упругие прокладки поджаты к седлам упорными гайками.

Просмотр библиографических и патентных материалов по фондам библиотек г. Саратова не выявил совокупности заявляемых признаков в данной области техники, что позволяет считать настоящее решение новым (отвечающим критерию "новизна").

Изобретательский уровень заявляемого решения не следует явным образом из уровня техники в области специальной запорной арматуры.

Решение реализуется не простым сочетанием деталей, а еще и приемом изготовления их. В нашем случае шаровая пробка и пальцы управления рассматриваются как отдельная сборка, предшествующая полной сборке крана. Т.е. пальцы вворачиваются до отказа в пробку с определенным натягом, а затем выполняют в их торцах шлицы управления и контровку выступающих внутрь пробки резьбовых концов.

Предлагаемое техническое решение является промышленно-применимым и полезным, так как оно повышает надежность управления краном в экстремальных условиях за счет уменьшения физических затрат на его ручную переноску и наведение на фонтанирующую струю флюида, а также наличием еще одного места для установки съемного ключа после ввинчивания крана с подвеску НКТ. Эти преимущества особо ощутимы при использовании крана в условиях работы бригад по капитальному ремонту скважины, где перекрытие НКТ должно производиться за какие-то считанные секунды.

На фиг. 1 представлен осевой диаметральный разрез крана шарового, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3, 4 - виды Б на фиг. 1 для открытого и закрытого положения крана, на фиг. 5 - вид В на фиг. 1 (в увеличении).

Кран состоит из корпуса 1, в котором установлена шаровая пробка 2, имеющая два резьбовых отверстия, перпендикулярных оси проходного канала. Резьбовые отверстия в пробке расположены против гладких отверстий в стенках корпуса 1, через которые с наружной стороны в шаровую пробку 2 ввернуты до упора пальцы управления 3. На цилиндрической гладкой части пальцы управления 3 имеют кольцевые резиновые уплотнения, а по торцам, выступающим из корпуса 1, - шлицевые пазы для съемочного ключа. Направление шлицев на обоих пальцах управления 3 совпадает с осью корпуса 1. Поэтому расположение шлицев поперек корпуса дает визуальную информацию о закрытом положении шарового затвора.

Резьбовые концы пальцев управления 3 выступают во внутренний канал шаровой пробки 2 и имеют в этом месте контровочные элементы 4. С каждого торца корпуса 1 шаровая пробка имеет седло 5, прижимаемое к ней за счет упругой прокладки 6. Вместо прокладок могут использоваться тарельчатые пружины. Прокладка 6 поджимается к седлу гайкой 7. Кольцевые стыки корпуса 1 и седел 5 уплотнены резиновыми кольцами.

Внутренняя поверхность седла футерована прочным эластомером 8.

Есть несколько вриантов использования крана в процессе бурения и капитального ремонта скважин.

При бурении кран устанавливается под ведущей трубой и находится в открытом положении. При первых признаках начала возникновения открытого фонтанирования бурильщик поднимает буровой инструмент так, чтобы кран располагался над ротором бурового станка и специальным ключом, взаимодействуя с удобно расположенным в этот момент пальцем управления 3, поворачивает его вправо (по часовой стрелке) на 90^o. В процессе ликвидации фонтана, т.е. осуществления целого комплекса мероприятий по задавливанию скважины, например, через трубы, кран шаровой открывается тем же специальным ключом также вращением на 90^o вправо (по часовой стрелке) пальца управления 3.

В условиях бригад по капитальному ремонту скважин кран шаровой находится на стеллаже в открытом положении.

Во время, например, извлечения НКТ может произойти внезапное снижение уровня задавочной жидкости в скважине, что повлечет за собой открытое фонтанирование. В этом случае бурильщик опускает подвеску НКТ на уровень, удобный для установки шарового крана, а другой член бригады вручную подносит кран от стеллажа до открытого конца подвески НКТ, наводит его на фонтанирующую струю флюида и затягивает трубное резьбовое соединение ручным ключом. После этого этот же или другой член бригады устанавливает специальный ключ на удобный для него палец управления 3 и поворачивает его на 90^o по часовой стрелке, что приводит к установке шаровой пробки 2 в закрытое положение и прекращению выброса флюида из НКТ.

Изобретение относится к оборудованию, используемому в бурении, а также при капитальном ремонте нефтяных, газовых и иных скважин для устранения открытых фонтанов пластовых флюидов. Внутри корпуса размещены седла, упругие прокладки и шаровая пробка. В стенках корпуса выполнены два соосных гладких отверстия одного размера. В отверстиях размещены пальцы управления. Два пальца управления сопряжены с шаровой пробкой на резьбе. Установка контровочных штифтов, препятствующих отвороту пальцев управления, предусмотрена со стороны проходного канала пробки в его полости. Контровка может быть выполнена и другим способом, например сваркой выступающих резьбовых концов. Седла имеют увеличенный проход за счет футеровки внутренней поверхности проходного канала прочным эластомером, например полиуретаном. Упругие прокладки поджаты к седлам упорными гайками. Пальцы управления имеют резиновые уплотнения. Использование изобретения позволяет повысить надежность управления краном в экстремальной ситуации, упрощает конструкцию и снижает металлоемкость. 5 ил.

Кран шаровой, содержащий корпус цилиндрической формы, внутри которого размещены седла, упругие прокладки и шаровая пробка, имеющая палец управления с кольцевым резиновым уплотнением в отверстии стенки корпуса, отличающийся тем, что в стенках корпуса выполнены два соосных гладких отверстия одного размера, в которых размещены пальцы управления, взаимодействующие с шаровой пробкой и связанные с ней на резьбе, причем резьбовые концы пальцев управления выходят во внутренний проходной канал пробки и в его полости законтрены, при этом седла по внутренней поверхности проходного канала футерованы прочным эластомером а упругие прокладки поджаты к седлам упорными гайками.