УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин для герметизации на устье трубного канала бурильной или лифтовой колонны при ликвидации газонефтеводопроявлений.

Известно много различных конструкций подобных устройств для герметизации устья скважины. Одно их этих устройств (1) имеет разъемный цилиндрический корпус с присоединительными резьбами на концах и с центральным осевым ступенчатым и радиальным каналами. В осевом канале корпуса установлены подпружиненные седла, между которыми размещен шаровой запорный орган с осевым каналом и с пазом на наружной поверхности. Шаровой запорный орган установлен в корпусе с возможностью поворота. Узел поворота шарового запорного органа выполнен в виде фигурной муфты, размещенной в радиальном канале корпуса. Усилие прижатия седел к шаровому запорному органу определяется, в основном, степенью затяжки корпусных деталей.

Известное устройство имеет ряд недостатков, таких как низкая надежность при эксплуатации, невозможность определения величины избыточного давления в трубном канале скважины и др.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, т.е. прототипом, является устройство для герметизации устья скважины (2). Оно состоит из цилиндрического корпуса с присоединительными резьбами на концах. В корпусе выполнены центральный осевой ступенчатый и радиальный каналы. В осевом канале корпуса установлены подпружиненное нижнее и верхнее седла, размещенный между ними с возможностью поворота шаровой запорный орган и узел фиксации в виде центрирующей втулки, опорных сухарей и стопорного кольца. Шаровой запорный орган выполнен с осевым каналом и пазом на наружной поверхности. Ось симметрии этого паза проходит через центр шарового запорного органа и перпендикулярна оси канала в нем. Узел поворота шарового запорного органа выполнен в виде фигурной муфты и размещен в радиальном канале корпуса.

К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточную эксплуатационную надежность и невозможность оперативного контроля величины давления в трубном канале скважины при закрытом шаровом запорном органе. Кроме того, отсутствует возможность закачки в случае необходимости утяжеленного промывочного раствора или другой жидкости непосредственно в трубный канал скважины при закрытом шаровом запорном органе и др.

Задачей предлагаемого технического решения явления повышение надежности работы устройства, обеспечение возможности оперативного определения величины избыточного давления в трубном канале скважины, расширение технологических возможностей устройства.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении тем, что устройство для герметизации устья скважины, которое содержит корпус цилиндрической формы с центральным осевым ступенчатым и радиальными каналами, а также с присоединительными резьбами на концах, размещенный в корпусе между подпружиненными нижним и верхним седлами с возможностью поворота шаровой запорный орган, имеющий осевой канал и паз на наружной поверхности, ось симметрии которого проходит через центр шарового запорного органа и перпендикулярна оси канала в нем, выполненный в виде размещенной в радиальном канале корпуса фигурной муфты узел поворота шарового запорного органа и узел фиксации, состоящий из центрирующей втулки, опорных сухарей и стопорного кольца, снабжено узлом замера и сброса давления, который состоит из управляемого клапана и взаимодействующего с ним ключом управления, дополнительным шаровым запорным органом с седлами и узлами его поворота и фиксации, размещенным над основным шаровым запорным органом, распорной втулкой с радиальными каналами на боковой поверхности и извлекаемой заглушкой, которая установлена в радиальном канале корпуса с помощью резьбового или байонетного соединения и выполнена со сквозным осевым каналом, в котором размещен подпружиненный обратный клапан, причем в корпусе выполнены три дополнительных радиальных канала, первый из которых предназначен для размещения управляемого клапана, расположен под нижним седлом основного шарового запорного органа и имеет ступенчатую форму с наименьшим внутренним диаметром со стороны центрального осевого канала корпуса, второй выполнен над узлом фиксации основного шарового запорного органа и служит для размещения в нем узла поворота дополнительного шарового запорного органа, а третий выполнен между верхним седлом и узлом фиксации основного шарового запорного органа, между которыми расположена также распорная втулка, и предназначен для установки в нем извлекаемой заглушки, причем ступенчатый радиальный канал, кроме ступени с наименьшим внутренним диаметром, выполнен с внутренними резьбами, а управляемый клапан имеет вид цилиндрической пробки с наружной резьбой на боковой поверхности, ответной внутренней резьбе на средней ступени радиального канала, при этом пробка имеет возможность осевого перемещения относительно ступенчатого радиального канала и выполнена со сквозными осевыми каналами, шлицевым соединением на наружном торце для управления клапаном, а на ее внутреннем торце может быть выполнен центральный осевой выступ с конической или шаровой наружной поверхностью для перекрытия ступенчатого радиального канала в корпусе.

В одном из частных случаев ключ управления клапаном может быть выполнен в виде цилиндрического основания, имеющего наружные резьбы на обоих концах, одна из которых выполнена ответной внутренней резьбе наибольшего диаметра в ступенчатом радиальном канале корпуса, и выполненного с центральным осевым ступенчатым каналом, в котором установлены с возможностью осевого перемещения ступенчатый полый шток, уплотнительная манжета и грундбукса, а также из нажимной втулки и накидной гайки, причем шток выполнен с наружной и внутренней резьбами, а грундбукса и уплотнительная манжета размещены между ним и основанием, при этом нажимная втулка имеет внутреннюю резьбу, ответную наружной резьбе на штоке, и наружный кольцевой выступ на торце, а накидная гайка выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе основания, и с внутренним кольцевым выступом, причем она установлена снаружи основания с возможностью осевого перемещения относительно него и может взаимодействовать своим внутренним кольцевым выступом с наружным кольцевым выступом нажимной втулки, которая размещена снаружи штока с возможностью осевого перемещения относительно него и взаимодействия своим торцом с грундбуксой, при этом шток выполнен со стороны своего наименьшего наружного диаметра со шлицом, ответным шлицевому соединению для управления клапаном на наружном торце пробки.

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 предложенного устройства для герметизации устья скважины поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан его общий вид в разрезе; на фиг. 2 - общий вид ключа управления клапаном в разрезе; на фиг. 3 - общий вид устройства для герметизации устья скважины с присоединенным ключом управления клапаном; на фиг. 4 укрупненно изображен узел замера и сброса давления.

Устройство для герметизации устья скважины (см. фиг. 1 и 4) состоит из цилиндрического корпуса 1 с присоединительными резьбами на концах. В корпусе 1 выполнены центральный осевой ступенчатый и радиальные каналы. Внутри корпуса 1 установлены шаровые запорные органы 2, 3 с поджатыми тарельчатыми пружинами нижними 4, 5 и верхними 6, 7 седлами. Каждый из шаровых запорных органов 2, 3 размещен между соответствующими седлами с возможностью поворота и имеет осевой канал и паз на наружной поверхности. Ось симметрии этого паза проходит через центр шарового запорного органа и перпендикулярна оси канала в нем. Узлы поворота шаровых запорных органов 2, 3 выполнены в виде фигурных муфт 8, 9, размещенных в радиальных каналах корпуса 1.

Каждый из шаровых запорных органов 2, 3 вместе с соответствующими седлами фиксируется в корпусе 1 с помощью собственного узла фиксации, состоящего из центрирующей втулки 10, 11, опорных сухарей 12, 13 и стопорного кольца 14, 15. Центрирующие втулки 10, 11 и стопорные кольца 14, 15 предотвращают выпадение опорных сухарей 12, 13 из корпуса 1.

Седла 4 - 7 и фигурные муфты 8, 9 герметизируются в корпусе 1 с помощью уплотнительных элементов.

В корпусе 1, под нижним седлом 4, выполнен радиальный канал 16, в котором размещен управляемый клапан в виде цилиндрической пробки 17. Радиальный канал 16 имеет ступенчатую форму с последовательным увеличением внутреннего диаметра канала, причем его наименьший внутренний диаметр расположен со стороны центрального осевого канала корпуса 1. Все ступени радиального канала 16, кроме ступени с минимальным диаметром, выполнены с внутренними резьбами.

На наружной поверхности пробки 17 выполнена резьба, ответная внутренней резьбе средней ступени радиального канала 16. За счет этого пробка 17 имеет возможность осевого перемещения относительно радиального канала 16. Пробка 17 выполнена со сквозными осевыми каналами 18 и со шлицевым соединением 19 для управления клапаном на наружном торце. На ее внутреннем торце может быть выполнен центральный осевой выступ 20. Этот выступ 20 предназначен для перекрытия наименьшего внутреннего диаметра ступенчатого радиального канала 16 и может иметь коническую или шаровую наружную поверхность.

Между верхним седлом 6 шарового запорного органа 2 и узлом его фиксации установлена распорная втулка 21, а в корпусе 1 выполнен радиальный канал 22. В последнем с помощью резьбового или байонетного соединения размещена извлекаемая заглушка 23. В теле заглушки (на фиг. 1 и 3 не показан) выполнен сквозной осевой канал, в котором установлен подпружиненный обратный клапан. На боковой поверхности распорной втулки 21 имеются сквозные радиальные каналы.

Ключ управления клапаном (см. фиг. 2) состоит из цилиндрического основания 24 с центральным осевым каналом и с наружными резьбами на обоих концах. Наружная резьба на одном конце основания 24 выполнена ответной внутренней резьбе наибольшего диаметра в ступенчатом радиальном канале 16 корпуса 1. В центральном осевом канале основания 24 размещены ступенчатый полый шток 25, уплотнительная манжета 26 и грундбукса 27.

Шток 25 выполнен с наружной и внутренней резьбами, а со стороны своего наименьшего наружного диаметра - со шлицом 28 для управления клапаном, ответным шлицевому соединению 19 на наружном торце пробки 17. Уплотнительная манжета 26 и грундбукса 27 установлены между основанием 24 и полым штоком 25.

Снаружи штока 25 размещена нажимная втулка 29, которая имеет на торце наружный кольцевой выступ и выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе штока 25. Нажимная втулка 29 может перемещаться в осевом направлении относительно штока 25.

На основании 24 установлена накидная гайка 30. Она имеет внутреннюю резьбу, ответную наружной резьбе основания 24, и выполнена с внутренним кольцевым выступом. Накидная гайка 30 имеет возможность осевого перемещения относительно основания 24 и взаимодействия своим внутренним кольцевым выступом с наружным кольцевым выступом нажимной втулки 29.

На конце штока 25, со стороны его наибольшего наружного диаметра, выполнено гнездо 31 с внутренней резьбой, предназначенное для присоединения крана под манометр и самого манометра (на фиг. 2 и 3 не показаны).

Устройство для герметизации устья скважины работает следующим образом.

В случае угрозы возникновения газонефтеводопроявления или при его непосредственном возникновении устройство устанавливают на устье скважины, соединив его с бурильной или лифтовой колонной. Затрубное пространство скважины герметизируют с помощью превенторов. Поворотом шарового запорного органа 2 перекрывают трубный канал скважины. При этом шаровой запорный орган 3 является резервным. Оперативный контроль за величиной избыточного давления в трубном канале осуществляют с помощью управляемого клапана и ключа управления им (см. фиг. 3). Для этого основание 24 ввертывают в радиальный канал 16 корпуса 1. Шток 25 с размещенными на нем уплотнительной манжетой 26, грундбуксой 27, нажимной втулкой 29 и накидной гайкой 30 вводят в осевой канал основания 24, направляя шлиц 28 в шлицевое соединение 19 пробки 17. Вращением нажимной втулки 29 относительно штока 25 добиваются ее упора в грундбуксу 27. Герметизацию штока 25 относительно основания 24 осуществляют путем затяжки накидной гайки 30. Усилие через нажимную втулку 29 и грундбуксу 27 передается на уплотнительную манжету 26, сжимая ее в осевом направлении. К гнезду 31 штока 25 присоединяют кран под манометр и сам манометр. Вращением штока 25 (вместе с пробкой 17) открывают радиальный канал 16. Избыточное давление в трубном канале через радиальный канал 16, осевые каналы 18 в пробке 17, полый шток 25 и открытый кран под манометр передается на манометр. Кран под манометр позволяет отсоединять и заменять манометр, а также стравливать избыточное давление в атмосферу.

После окончания замеров величины избыточного давления в трубном канале вращением штока 25 (вместе с пробкой 17) герметично перекрывают радиальный канал 16 в корпусе 1.

Отсоединение ключа управления от корпуса 1 осуществляют в обратном порядке.

В случае необходимости предложенное устройство может обеспечить возможность закачки в трубный канал утяжеленного промывочного раствора или другой жидкости. Для этого при закрытом шаровом запорном органе 2 вынимают извлекаемую заглушку 23 и к открытому радиальному каналу 22 присоединяют гидравлическую линию от цементировочного агрегата или насоса. После этого перекрывают запорный шаровой орган 3, выравнивают давление над и под шаровым запорным органом 2, открывают его и осуществляют закачку жидкости в трубный канал скважины.

Через этот же радиальный канал 22 можно осуществить экстренное стравливание избыточного давления из трубного канала с отводом пластового флюида на факел или в амбар.

В случае негерметичности обоих закрытых шаровых запорных органов 2, 3 во внутреннюю полость корпуса 1 между ними может быть закачана под давлением уплотнительная смазка. Для этого используют подпружиненный обратный клапан в извлекаемой заглушке 23.

Источники информации.

1. Под редакцией В.И.Хоботько. Справочник-каталог по оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов. М., Недра, 1981, с. 37 - 39, рис. 1.19.

2. Авторское свидетельство N 1682526, E 21 B 33/03, 1991.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве и ремонте нефтяных и газовых скважин. Устройство состоит из корпуса с центральным осевым ступенчатым и радиальными каналами. В корпусе размещены шаровые запорные органы с седлами, узлами поворота в виде фигурных муфт и узлами фиксации. В ступенчатом радиальном канале установлен управляемый клапан а виде пробки с осевыми каналами и шлицевым соединением на наружном торце. Между запорными органами выполнен радиальный канал, в котором установлена извлекаемая заглушка. Клапан управляется с помощью ключа, состоящего из основания с центральным осевым ступенчатым каналом, в котором установлены полый шток, уплотнительная манжета и грундбукса. Снаружи полого штока размешена нажимная втулка. На одном конце полого штока выполнен шлиц для управления клапаном, ответный шлицевому соединению на пробке, а на другом - гнездо с внутренней резьбой под манометр. Снаружи основания установлена накидная гайка, с помощью которой можно осуществить герметизацию полого штока относительно основания. При угрозе возникновения газонефтеводопроявления устройство устанавливают на устье скважины и соединяют с бурильной или лифтовой колонной. Трубный канал скважины перекрывают с помощью одного из запорных органов, второй остается резервным. Величину избыточного давления в трубном канале скважины определяют путем соединения ключа управления клапаном с радиальным каналом 1. Вращением полого штока вместе с пробкой открывают радиальный канал. Величину избыточного давления в трубном канале скважины отмечают по показаниям манометра, установленного на полом штоке. В случае необходимости через радиальный канал при закрытом одном шаровом запорном органе и открытом другом можно осуществить подачу утяжеленного промывочного раствора в трубный канал скважины. Использование изобретения повышает надежность работы устройства, обеспечивает возможность оперативного определения величины избыточного давления в трубном канале скважины, расширяет технологические возможности. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для герметизации устья скважины, содержащее цилиндрический корпус с центральным осевым ступенчатым и радиальным каналами, а также с присоединительными резьбами на концах, установленные в корпусе подпружиненное нижнее и верхнее седла, размещенный между ними с возможностью поворота шаровой запорный орган с осевым каналом и пазом на наружной поверхности, ось симметрии которого проходит через центр шарового запорного органа и перпендикулярна оси канала в нем, узел поворота шарового запорного органа в виде фигурной муфты, размещенной в радиальном канале корпуса, и узел фиксации в виде центрирующей втулки, опорных сухарей и стопорного кольца, отличающееся тем, что оно снабжено узлом замера и сброса давления в виде управляемого клапана, выполненного с возможностью взаимодействия с ключом управления, размещенным над основным шаровым запорным органом дополнительным шаровым запорным органом с подпружиненным нижним и верхним седлами, узлами его поворота и фиксации, извлекаемой заглушкой и распорной втулкой с радиальными каналами на боковой поверхности, причем в корпусе дополнительно выполнены три радиальных канала, один из которых выполнен под нижним седлом основного шарового запорного органа, имеет ступенчатую форму с наименьшим внутренним диаметром со стороны центрального осевого канала корпуса и предназначен для размещения в нем управляемого клапана, второй выполнен над узлом фиксации основного шарового запорного органа и служит для размещения в нем узла поворота дополнительного шарового запорного органа, а третий служит для размещения в нем извлекаемой заглушки и выполнен между верхним седлом и узлом фиксации основного шарового запорного органа, при этом между последними установлена распорная втулка, а ступенчатый радиальный канал выполнен с внутренними резьбами, кроме ступени с наименьшим внутренним диаметром, причем управляемый клапан выполнен в виде цилиндрической пробки с наружной резьбой на боковой поверхности, ответной внутренней резьбе на средней ступени радиального канала, которая установлена в нем с возможностью осевого перемещения, при этом пробка выполнена со сквозными осевыми каналами и шлицевым соединением для управления клапаном на наружном торце. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ключ управления состоит из цилиндрического основания с наружными резьбами на обоих концах, одна из которых выполнена ответной внутренней резьбе наибольшего диаметра в ступенчатом радиальном канале корпуса, и с центральным осевым ступенчатым каналом, размещенных в центральном осевом ступенчатом канале основания с возможностью осевого перемещения ступенчатого полого штока с наружной и внутренней резьбами, уплотнительной манжеты, грундбуксы, а также нажимной втулки и накидной гайки, причем уплотнительная манжета и грундбукса размещены между штоком и основанием, при этом нажимная втулка выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе на штоке, и с наружным кольцевым выступом на торце, размещена снаружи штока с возможностью осевого перемещения относительно него и взаимодействия своим торцом с грундбуксой, а накидная гайка выполнена с внутренней резьбой, ответной наружной резьбе основания, и с внутренним кольцевым выступом, установлена снаружи основания с возможностью осевого перемещения относительно него и взаимодействия своим внутренним кольцевым выступом с наружным кольцевым выступом нажимной втулки, причем полый шток выполнен со стороны своего наименьшего наружного диаметра со шлицом, ответным шлицевому соединению для управления клапаном на наружном торце пробки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутреннем торце пробки выполнен центральный осевой выступ с конической или шаровой наружной поверхностью, который имеет возможность перекрытия ступенчатого радиального канала в корпусе. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что извлекаемая заглушка установлена в радиальном канале корпуса с помощью резьбового или байонетного соединения. 5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что извлекаемая заглушка выполнена со сквозным осевым каналом, в котором установлен подпружиненный обратный клапан.