ТРУБНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2001 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве устьевого оборудования при эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Известна конструкция трубной головки (1), которая состоит из цилиндрического корпуса со ступенчатым осевым и радиальными каналами, а также боковыми отводами. В осевом канале корпуса установлен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. В радиальных каналах корпуса размещены стопорные болты, взаимодействующие с трубодержателем. В последнем установлена обойма с шаровым запорным органом и седлами. Шаровой запорный орган имеет сквозной осевой канал и узел управления в виде поворотного вала. Снаружи, вокруг обоймы, концентрично размещена втулка с радиальным каналом для поворотного вала.

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

Известна также трубная головка, включающая в себя цилиндрический корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальными каналами, с боковыми отводами, которые размещены по высоте на двух уровнях. В осевом канале корпуса установлен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. Узел крепления трубодержателя выполнен в виде установленных в радиальных каналах корпуса стопорных болтов, которые имеют возможность взаимодействия с трубодержателем. В корпусе размещен шаровой запорный орган с верхним и нижним седлами. В шаровом запорном органе выполнены сквозной и глухой осевые каналы, взаимно перпендикулярные друг другу. Узел управления шаровым запорным органом имеет крышку и поворотный вал, установленный в радиальном канале корпуса. Ось поворотного вала перпендикулярна осям сквозного и глухого каналов шарового запорного органа. Сверху на корпусе размещен переходный фланец со ступенчатым осевым каналом. В последнем и в осевом канале корпуса установлена фигурная втулка, в которой размещено верхнее седло.

Известная трубная головка имеет сложную конструкцию, которая ограничивает ее технологические возможности, а также затрудняет монтаж и обслуживание.

Наиболее близкой к известному техническому решению, т.е. прототипом, является трубная головка (3), состоящая из цилиндрического корпуса с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальным каналами, а также с верхними и нижними боковыми отводами, имеющими присоединительные фланцы для установки коренных задвижек. В осевом канале корпуса установлен трубодержатель для подвески лифтовой колонны и узел крепления трубодержателя. Над последним в осевом канале корпуса размещен шаровой запорный орган со взаимно перпендикулярными друг другу сквозным и глухим центральными осевыми каналами, а также с верхним и нижним седлами. Узел управления шаровым запорным органом выполнен в виде поворотного вала, ось которого перпендикулярна осям сквозного и глухого центральных осевых каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения. На корпусе размещен переходный фланец со ступенчатым осевым каналом. В нем и в осевом канале корпуса установлена фигурная втулка.

Известная трубная головка имеет ряд конструктивных недостатков, снижающих надежность работы, а также затрудняющих ее монтаж и обслуживание.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности работы трубной головки, расширение ее технологических возможностей и упрощение обслуживания в процессе монтажа и эксплуатации.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении тем, что в трубной головке, имеющей цилиндрический корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальным каналами, а также с верхними и нижними боковыми отводами, имеющими присоединительные фланцы для установки коренных задвижек, размещен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. Трубодержатель установлен в осевом канале корпуса и фиксируется в нем с помощью узла крепления. В осевом канале корпуса над трубодержателем размещен шаровой запорный орган со сквозным и глухим центральными осевыми каналами, оси которых перпендикулярны друг другу, а также верхнее и нижнее седла. Узел управления шаровым запорным органом состоит из поворотного вала, установленного в радиальном канале корпуса. Ось поворотного вала перпендикулярна осям сквозного и глухого центральных каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения. На корпусе размещен переходный фланец со ступенчатым осевым каналом. В последнем и в осевом канале корпуса установлена фигурная втулка. Она жестко связана с корпусом. Внутри фигурной втулки размещено верхнее седло. В шаровом запорном органе выполнен дополнительный глухой центральный осевой канал, а в корпусе - дополнительный верхний боковой отвод. Их оси соосны оси поворотного вала. С наружной стороны в боковых отводах корпуса могут быть выполнены кольцевые внутренние проточки для размещения в них запорных узлов в виде шаровых кранов. Присоединительные фланцы на боковых отводах корпуса выполнены съемными. Они имеют возможность взаимодействия с установленными внутри боковых отводов корпуса запорными узлами.

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

Сравнительный анализ предлагаемого 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 предлагаемой трубной головки поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 показаны фронтальная и профильная проекции общего вида трубной головки, а на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1.

Предлагаемая трубная головка состоит из цилиндрического корпуса 1 с боковыми гранями, выполненного со ступенчатым осевым и радиальным каналами. Корпус 1 имеет верхний и нижний присоединительные фланцы и боковые отводы 2 и 3, размещенные по высоте на двух уровнях. Верхние боковые отводы 2 предназначены для сообщения с трубным каналом, а нижний боковой отвод 3 - с затрубным пространством скважины. На фиг.1 показан только один боковой отвод 3. Второй подобный боковой отвод может быть выполнен в корпусе 1 на уровне нижнего бокового отвода 3 для сообщения с затрубным пространством скважины, как это имеет место в традиционной конструкции фонтанной арматуры.

Верхние и нижние боковые отводы 2 и 3 снабжены съемными присоединительными фланцами. Боковые грани корпуса 1 перпендикулярны осям верхних и нижних боковых отводов 2 и 3. Внутри боковых отводов 2 и 3 могут быть размещены запорные узлы в виде шаровых кранов. Для этого в боковых отводах 2 и 3 с наружной стороны выполнены внутренние кольцевые проточки, в которых размещаются упомянутые запорные узлы. Съемные присоединительные фланцы на боковых отводах 2 и 3 имеют возможность взаимодействия с размещенными внутри отводов 2 и 3 запорными узлами. Различные варианты крепления запорных узлов внутри боковых отводов 2 и 3 показаны на фиг.2 и 3. Запорные узлы, установленные в боковых отводах 2 и 3, позволяют упростить процесс опрессовки трубной головки и замену коренных задвижек при избыточном давлении на устье, а также сократить общее число задвижек, присоединяемых к трубной головке при обвязке ее манифольдом.

В ступенчатом осевом канале корпуса 1 установлен трубодержатель 4 для подвески лифтовой колонны 5. В верхней и нижней частях трубодержателя 4 выполнены резьбы соответственно для присоединения монтажного патрубка (установки пробки и т.д.) и для присоединения лифтовой колонны 5.

Трубодержатель 4 фиксируется в корпусе 1 с помощью узла крепления в виде стопорных болтов 6. Они размещены в радиальных отверстиях корпуса 1 с возможностью взаимодействия с трубодержателем 4.

Внутри корпуса 1 над трубодержателем 4 установлен шаровой запорный орган 7, имеющий сквозной 8 и глухой 9 центральные осевые каналы, а также верхнее 10 и нижнее 11 седла. Седла 10 и 11 могут быть выполнены подпружиненными. Сквозной 8 и глухой 9 центральные осевые каналы в шаровом запорном органе 7 взаимно перпендикулярны друг другу.

Трубодержатель 4 размещен в осевом канале корпуса 1 под нижним седлом 11 шарового запорного органа 7. Внутренний диаметр сквозного центрального осевого канала 8 в последнем превышает максимальный наружный диаметр трубодержателя 4, что обеспечивает его свободный пропуск через шаровой запорный орган 7.

Узел управления шаровым запорным органом 7 состоит из установленного в радиальном канале корпуса 1 поворотного вала 12 с рычагом управления 13 и герметизирующей крышки 14.

Ось поворотного вала 12 перпендикулярна осям сквозного 8 и глухого 9 центральных осевых каналов в шаровом запорном органе 7 и проходит через точку их пересечения. Под крышкой 14 на поворотном валу 12 установлен упорный подшипник, облегчающий вращение и препятствующий выдавливанию поворотного вала 12 из радиального канала корпуса 1 под действием внутреннего избыточного давления. На одном конце поворотного вала 12 имеется шлиц для взаимодействия с ответным пазом, выполненным на наружной поверхности шарового запорного органа 7. На противоположном конце поворотного вала 12 установлен рычаг управления 13. Узел управления шаровым запорным органом 7 может быть снабжен ограничителем поворота и указателями положения "открыто" и "закрыто".

Сверху на присоединительном фланце корпуса 1 размещен переходный фланец 15 со ступенчатым осевым каналом, в котором установлена фигурная втулка 16. Внутри нее с помощью резьбового соединения размещено верхнее седло 10 шарового запорного органа 7. На наружной поверхности фигурной втулки 16 выполнена резьба, с помощью которой она жестко закреплена в верхней части корпуса 1 (в осевом канале последнего выполнена ответная внутренняя резьба).

В шаровом запорном органе 7 выполнен дополнительный глухой центральный осевой канал 17, а в корпусе 1 - дополнительный боковой отвод 18. Их оси должны быть соосны оси поворотного вала 12. В дополнительном боковом отводе 18 может быть установлен запорный узел в виде шарового крана 19.

Корпус 1 размещен на колонной головке 20. Герметизация эксплуатационной колонны 21 осуществляется с помощью пакера 22.

На переходном фланце 15 может быть размещена стволовая задвижка (на фиг. не показана) и/или буферный фланец 23.

Трубная головка работает следующим образом.

После завершения обвязки устья на колонной головке 20 устанавливают трубную головку в сборе (без трубодержателя 4 и переходного фланца 15). Нижний присоединительный фланец корпуса 1 с помощью шпилек закрепляют на верхнем присоединительном фланце колонной головки 20. Затем через сквозной центральный осевой канал 8 в шаровом запорном органе 7 осуществляют спуск в эксплуатационную колонну 21 лифтовой колонны 5. К последней лифтовой трубе присоединяют трубодержатель 4. С помощью монтажного патрубка его устанавливают в ступенчатом осевом канале корпуса 1. Трубодержатель 4 фиксируют в корпусе 1 с помощью стопорных болтов 6.

На верхнем присоединительном фланце корпуса 1 размещают и закрепляют с помощью шпилек переходный фланец 15. Верхнюю часть фигурной втулки 16 герметизируют в ступенчатом осевом канале переходного фланца 15 с помощью эластичных кольцевых элементов.

На переходном фланце 15 устанавливают буферный фланец 23 с манометром и/или стволовую задвижку.

После установки коренных задвижек и завершения обвязки манифольдом трубная головка готова к эксплуатации на устье скважины.

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

Конструкция трубной головки обеспечивает возможность
- эксплуатации скважины через боковые отводы, а также через стволовую задвижку;
- замены коренных задвижек трубного канала и затрубного пространства, стволовой задвижки, а также запорных узлов в боковых отводах корпуса под избыточным давлением на устье скважины (без ее предварительной задавки);
- монтажа на ней противовыбросового оборудования (превенторов) для проведения спуско-подъема лифтовой колонны под избыточным давлением на устье скважины (без ее предварительной задавки);
- ремонта шарового запорного органа без демонтажа трубной головки и предварительной задавки скважины.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 1514904, E 21 В 33/03, 1989.

2. Патент РФ N 2117749 C1, E 21 В 33/03, опубл. 20.08.98 г. Бюл. N 23.

3. Патент США N 4703807 А, кл. 166/373, опубл. 03.11.87 г.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в качестве устьевого оборудования при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Трубная головка включает корпус с боковыми отводами, присоединительными фланцами, ступенчатым осевым и радиальными каналами. В осевом канале корпуса установлен трубодержатель, который зафиксирован стопорными болтами. Внутри корпуса размещен шаровой запорный орган (ШЗО) с верхним и нижним седлами. В ШЗО выполнены взаимно перпендикулярные сквозной и глухой каналы. Наружный диаметр трубодержателя меньше, чем внутренний диаметр сквозного канала в ШЗО. Под нижним седлом в корпусе установлен трубодержатель. Узел управления ШЗО состоит из поворотного вала с рычагом управления и крышки. На корпусе размещен переходный фланец. В осевых каналах корпуса и переходного фланца установлена фигурная втулка, которая жестко связана с корпусом. Внутри фигурной втулки размещено верхнее седло. На переходном фланце установлен буферный фланец или стволовая задвижка. Трубную головку без трубодержателя и переходного фланца монтируют на верхнем фланце колонной головки. Лифтовую колонну спускают в скважину через осевой канал в ШЗО. После этого трубодержатель фиксируют стопорными болтами в осевом канале корпуса. Переходный фланец устанавливают на корпусе. Фигурную втулку герметизируют в осевом канале переходного фланца. На переходном фланце размещают буферный фланец или стволовую задвижку. После установки задвижек и обвязки манифольдом трубная головка готова к эксплуатации на устье скважины. Повышается надежность работы трубной головки, расширяются ее технологические возможности и упрощается обслуживание в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубная головка, включающая цилиндрический корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальным каналами, с двумя верхними и двумя нижними боковыми отводами, имеющими присоединительные фланцы для установки коренных задвижек, установленный в осевом канале корпуса трубодержатель для подвески лифтовой колонны, узел крепления трубодержателя в осевом канале корпуса, размещенный в осевом канале корпуса над трубодержателем шаровой запорный орган со сквозным и глухим центральными осевыми каналами, оси которых взаимно перпендикулярны, а также с верхним и нижним седлами, узел управления шаровым запорным органом в виде установленного в радиальном канале корпуса поворотного вала, ось которого перпендикулярна осям сквозного и глухого центральных осевых каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения, размещенный на корпусе переходный фланец со ступенчатым осевым каналом, а также установленную в нем и в осевом канале корпуса фигурную втулку, отличающаяся тем, что шаровой запорный орган выполнен с дополнительным глухим центральным осевым каналом, а корпус - с дополнительным верхним боковым отводом, оси которых соосны с осью поворотного вала, причем фигурная втулка жестко связана с корпусом, а верхнее седло размещено внутри фигурной втулки. 2. Трубная головка по п.1, отличающаяся тем, что присоединительные фланцы на боковых отводах корпуса выполнены съемными, а сами боковые отводы с наружной стороны - с внутренними кольцевыми проточками для размещения в них запорных узлов в виде шаровых кранов, причем последние установлены внутри боковых отводов с возможностью взаимодействия со съемными присоединительными фланцами.