КРАН-ДРОССЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК E21B21/10 E21B34/02 E21B43/12 

Изобретение относится к оборудованию манифольдов нефтяных и газовых скважин, а именно к запирающими регулирующим давление устройствам в системе скважина-пласт, и может быть использовано при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известны прямоточные пробковые краны различного конструктивного исполнения, основными элементами которых являются литой или кованный корпус и конусная или цилиндрическая пробка с поперечным каналом и уплотнениями (Справочное руководство по цементировочному оборудованию. О.И. Бездробный, А.И. Булатов, В.Д. Барановский и др.- М.: Недра, 1979, 202 с.].

Недостатками пробковых кранов являются невозможность ручного управления ими при давлении свыше 6-7 МПа и недостаточная их герметичность по круговой поверхности контакта пробки и корпуса в перемычках между каналами, особенно после нескольких открытий-закрытий крана под давлением. Положение усугубляется при наличии в жидкости (растворе) абразивных частиц.

Известен угловой дроссель, включающий полый корпус, фланцы, установленные в корпусе подвижный и неподвижный диски с овальными каналами и поворотную вилку-вращатель [Oij and Gas J, 1981, g XI, v 79,w 45,c 164].

Известен также угловой дроссель, включающий полый корпус, фланцы, установленные в корпусе подвижный и неподвижные подпружиненные диски с овальными каналами, поворотную вилку-вращатель, камеру низкого давления и разгрузочную камеру [авт. св. СССР N 1104239, кл. E 21 B 33/03, 1984] - принято за прототип.

Недостатками этой конструкции являются: угловое исполнение (возможно зашламление вилки и невозможность последующего проворота), невозможность достичь полной разгрузки от давления (max 45%) и необходимость создания значительных прижимающих усилий пружиной (>2 т при P≥30 МПа), невозможность конструктивного размещения такой пружины без увеличения габаритов и веса, значительные габариты и вес дросселя в целом (масса >35 кг без привода).

Необходимость создания значительных прижимающих усилий определяется требованием полной герметичности контакта дисков под давлением. Как показали исследования, в этом случае P_к≥0,75 P.

Эти недостатки особенно существенны при использовании дросселя (прототипа) в системе обвязки скважины, подверженной частому монтажу и демонтажу, например, при цементировании и опрессовке скважин.

Зашламовка вилки может привести к отказу дросселя и всей системы управления скважиной.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы крана-дросселя и уменьшение его габаритов и веса путем выполнения крана-дросселя прямоточным и снижения усилия вращения подвижного диска.

Это достигается тем, что кран-дроссель, содержащий полый корпус, установленные в нем подвижный и неподвижный диски с овальными каналами и уплотнениями, прижимную пружину, вращатель, снабжен кожухом, ориентированно закрепленным на корпусе и выполненным в виде резьбовой центрирующей втулки с упорным буртом и круговым пазом и гайки; поворотным управляющим рычагом, размещенным в круговом пазу центрирующей втулки и соединенным с вращателем, выполненным в виде ступенчатой втулки, а корпус выполнен из двух соосно расположенных частей, соединенных между собой вращателем с возможностью его поворота так, что ступень втулки с меньшим диаметром расположена между одной из частей корпуса и шарнирно-установленным подвижным подпружиненным диском, а ступень втулки с большим диаметром расположена между второй частью корпуса и кожухом; диски подвижно соединены с корпусом внутренними втулками.

На фиг. 1 показан продольный разрез крана-дросселя, на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1.

Кран-дроссель состоит из полого корпуса, выполненного из двух соосно расположенных частей 1 и 2, с центральным входным 3 и выходным 4 каналами, соединяющего части 1 и 2 вращателя 5 неподвижного 6 и подвижного 7 дисков с овальными каналами 8, резьбовой центрирующей втулки с упорным буртом 9, гайки 10, нажимной пружины 11, внутренних втулок 12, подвижно соединяющих диски 6 и 7 с частями 1 и 2 корпуса поворотного управляющего рычага 13.

Вращатель 5 выполнен в виде ступенчатой втулки, ступень с меньшим диаметром которой подвижно установлена в расточке части корпуса, а в ней шарнирно установлен подпружиненный пружиной 11 подвижный диск 7.

А ступень втулки (вращатель) с большим диаметром подвижно расположена на цапфе части 2 корпуса.

Благодаря такому исполнению вся осевая нагрузка воспринимается кожухом (центрирующая втулка 9, гайка 10) и вращатель разгружен от осевых нагрузок, возникающих при давлении потока раствора через кран.

Части 1 и 2 корпуса ориентированно закреплены относительно друг друга резьбовой центрирующей втулкой 9 при помощи шпонок 14 и 15.

Благодаря этому вращатель в значительной степени разгружен от возможных поперечных нагрузок.

Поворотный управляющий рычаг 13 соединен с вращателем и находится в круговом пазу (90 град.) резьбовой центрирующей втулки 9, что и определяет крайние положения рычага 13 и подвижного диска 7 (положение открыто- закрыто).

Неподвижный диск 6 установлен и закреплен от проворота в расточке части 2 корпуса при помощи шаров 16.

Шарнирная установка на шарах 16, подпружиненного пружиной 11 подвижного диска 7 в расточке вращателя 5 позволяет ему самоустанавливаться по неподвижному диску 6.

Диски 6 и 7 в свою очередь подвижно соединены при помощи втулок 12 с частями 1 и 2 корпуса, что обеспечивает минимальное прижимающее усилие на диски от перепада давления, а следовательно, снижение усилия вращения подвижного диска 7 под давлением.

Для обеспечения смазки опорных поверхностей вращателя 5 предусмотрена установка пресс-масленки 17.

Кран-дроссель работает следующим образом. Кран-дроссель соединяется своими частями 1 и 2 корпуса с соответствующими частями трубопровода манифольда.

При работе пластовый флюид, буровой или цементный раствор проходит через входной канал 3 и через каналы 8 (при совмещении их) в дисках 6 и 7 выходит в канал 4 на выход.

Вращением управляющего рычага 13 (при помощи стального прутка или привода) через вращатель 5 осуществляется взаимное перекрытие (открытие) каналов 8 дисков и дросселирование раствора. Вращение осуществляется до установления заданного перепада давления или до полного перекрытия (открытия) каналов 8.

Привод вращателя может быть ручной или дистанционный от гидравлики или пневматики.

Под действием перепада давления и усилия пружины 11 диски 6 и 7 прижимаются друг к другу с усилием, достаточным, чтобы исключить неплотность стыка дисков (при условии их качественного изготовления) и прорыв раствора наружу (в открытое пространство).

Благодаря такому выполнению крана-дросселя обеспечивается его прямоточное исполнение, исключается зашламление вращателя и снижается усилие, необходимое для вращения вращателя и подвижного диска (в 4-5 раз) под давлением, что повышает его надежность и облегчает управление.

Общеизвестно, что пробковые краны и известные конструкции дискового дросселя не могут управляться вручную при давлении ≥7 МПа.

В нашем случае, как показали испытания, возможно управление вручную при перепаде давления 32 МПа.

Изобретение относится к оборудованию манифольдов нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Корпус устройства выполнен из двух соосных частей, соединенных между собой с возможностью его проворота. Вращатель выполнен в виде втулки. Части корпуса ориентированно закреплены наружным кожухом и шпонками. Кожух выполнен с круговым пазом, в котором расположен рычаг управления, связанный с вращателем. Круговой паз обеспечивает поворот рычага управления на требуемый угол. Неподвижный диск закреплен в одной из частей корпуса. Подвижный диск установлен во вращателе. Диски подвижно соединены внутренними втулками с частями корпуса и поджаты пружиной. Повышается надежность работы, снижаются габариты и масса. 2 ил.

Кран-дроссель, содержащий полый корпус, установленные в нем подвижный и неподвижный диски с овальными каналами и уплотнениями, прижимную пружину, вращатель, отличающийся тем, что он снабжен кожухом, ориентированно закрепленным на корпусе и выполненным в виде резьбовой центрирующей втулки с упорным буртом и круговым пазом и гайки, поворотным управляющим рычагом, размещенным в круговом пазу центрирующей втулки и соединенным с вращателем, выполненным в виде ступенчатой втулки, а корпус выполнен из двух соосных частей, соединенных между собой вращателем с возможностью его проворота так, что ступень втулки с меньшим диаметром расположена между одной из частей корпуса и шарнирно установленным подвижным подпружиненным диском, а ступень втулки с большим диаметром расположена между второй частью корпуса и кожухом, диски подвижно соединены с корпусом внутренними втулками.