ТРУБНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 2002 года по МПК E21B33/03 

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

Известна трубная головка (1), 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 (2), состоящая из 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 между верхними и нижними боковыми отводами 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 осевыми каналами, а также с верхним и нижним седлами. Внутренний диаметр сквозного осевого канала в шаровом запорном органе превышает наружный диаметр трубодержателя. Узел управления шаровым запорным органом выполнен в виде установленного в радиальном канале корпуса поворотного вала, ось которого перпендикулярна осям сквозного и глухого осевых каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения. На корпусе размещен переходный фланец с осевым каналом. В осевом канале корпуса установлена нажимная втулка, которая может взаимодействовать с верхним седлом.

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

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности и экологической безопасности в процессе эксплуатации трубной головки, упрощение ее обслуживания и ремонта, а также предотвращение возможности несанкционированного отбора пластового флюида (нефти, газового конденсата и т.д.).

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении тем, что в трубной головке, имеющей корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальным каналами, а также с верхними и нижними боковыми отводами, выполненными с присоединительными фланцами для установки коренных задвижек, размещен трубодержатель для подвески лифтовой колонны. Трубодержатель установлен в осевом канале корпуса между верхними и нижними боковыми отводами и фиксируется в нем с помощью узла крепления. На уровне верхних боковых отводов в осевом канале корпуса над трубодержателем размещен шаровой запорный орган со сквозным и глухим осевыми каналами, оси которых перпендикулярны друг другу, а также верхнее и нижнее седла. Наружный диаметр трубодержателя меньше, чем внутренний диаметр сквозного осевого канала в шаровом запорном органе. Узел управления шаровым запорным органом состоит из поворотного вала, установленного в радиальном канале корпуса. Ось поворотного вала перпендикулярна осям сквозного и глухого каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения. На корпусе размещен переходный фланец с осевым каналом. В осевом канале корпуса установлена нажимная втулка, которая может взаимодействовать с верхним седлом. В кольцевой проточке, выполненной на уровне нижних боковых отводов в осевом канале корпуса, размещены патрубок, кольцевой поршень и пружина. Патрубок жестко связан верхней частью с корпусом и концентрично установлен в осевом канале корпуса снаружи трубодержателя. На нижнем конце патрубка имеется наружный кольцевой выступ, а в верхней части, на уровне нижних боковых отводов корпуса, по окружности выполнен ряд сквозных радиальных каналов. Снаружи патрубка размещена пружина, которая своей нижней частью опирается на наружный кольцевой выступ, а верхней частью взаимодействует с нижним торцом кольцевого поршня. Последний установлен в осевом канале корпуса между внутренней поверхностью кольцевой проточки и наружной поверхностью патрубка с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения и перекрытия нижних боковых отводов корпуса и сквозных радиальных каналов в патрубке. На уровне нижних боковых отводов в корпусе, по его окружности, выполнены сквозные радиальные отверстия, в которых размещены стопорные элементы. Они имеют вид болтов с коническими наконечниками, которые могут взаимодействовать с верхним торцом кольцевого поршня. В глухом осевом канале шарового запорного органа может быть размещен сменный дросселирующий узел. Такие же дросселирующие узлы могут быть установлены в верхних боковых отводах корпуса.

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 корпуса 1 с боковыми гранями, выполненного со ступенчатым осевым и радиальным каналами. Корпус 1 имеет верхний 2 и нижний 3 присоединительные фланцы и боковые отводы 4 и 5, размещенные по высоте на двух уровнях. Два верхних боковых отвода 4 предназначены для сообщения с трубным каналом, а два нижних боковых отвода 5 - с затрубным пространством скважины.

Верхние 4 и нижние 5 боковые отводы имеют присоединительные фланцы для установки коренных задвижек. Боковые грани корпуса 1 выполнены перпендикулярными осям верхних 4 и нижних 5 боковых отводов.

В ступенчатом осевом канале корпуса 1 между верхними 4 и нижними 5 боковыми отводами установлен трубодержатель 6 для подвески лифтовой колонны. В верхней и нижней частях трубодержателя 6 выполнены резьбы соответственно для присоединения монтажного патрубка (установки пробки и т.д.) и для присоединения лифтовой колонны.

Трубодержатель 6 фиксируется в корпусе 1 с помощью узла крепления в виде стопорных винтов 7. Они размещены в радиальных отверстиях корпуса 1 с возможностью взаимодействия с трубодержателем 6.

В осевом канале корпуса 1 над трубодержателем 6, на уровне верхних боковых отводов 4, установлен шаровой запорный орган 8, имеющий сквозной 9 и глухой 10 осевые каналы, а также верхнее 11 и нижнее 12 седла. Седла 11 и 12 могут быть выполнены подпружиненными. Сквозной 9 и глухой 10 осевые каналы в шаровом запорном органе 8 взаимно перпендикулярны друг другу.

Внутренний диаметр сквозного осевого канала 9 превышает максимальный наружный диаметр трубодержателя 6, что обеспечивает его свободный пропуск через шаровой запорный орган 8.

Узел управления шаровым запорным органом 8 состоит из установленного в радиальном канале корпуса 1 поворотного вала 13. Ось поворотного вала 13 перпендикулярна осям сквозного 9 и глухого 10 осевых каналов в шаровом запорном органе 8 и проходит через точку их пересечения. На одном конце поворотного вала 13 имеется шлиц для взаимодействия с ответным пазом, выполненном на наружной поверхности шарового запорного органа 8. Противоположный конец поворотного вала 13 выполнен в виде фигурной муфты 14, с которой взаимодействует вставляемый в нее рычаг управления (на чертежах не показан). Узел управления шаровым запорным органом 8 может быть снабжен ограничителем поворота и указателями положений шарового запорного органа 8.

Сверху на присоединительном фланце 2 корпуса 1 размещен переходный фланец 15 с осевым каналом. В верхней части осевого канала корпуса 1 с помощью резьбового соединения установлена нажимная втулка 16, которая может взаимодействовать с верхним седлом 11 шарового запорного органа 8.

В осевом канале корпуса 1 на уровне нижних боковых отводов 5 выполнена кольцевая проточка. В ней, концентрично наружной поверхности трубодержателя 6, установлен патрубок 17 с наружным кольцевым выступом 18 в нижней части. Своим верхним концом патрубок 17 жестко связан с корпусом 1. В верхней части патрубка 17, на уровне нижних боковых отводов 5, по его окружности выполнены сквозные радиальные каналы 19.

В осевом канале корпуса 1, между внутренней поверхностью кольцевой проточки и наружной поверхностью патрубка 17, размещен кольцевой поршень 20. Его нижний торец взаимодействует с пружиной 21, которая установлена снаружи патрубка 17 и опирается на наружный кольцевой выступ 18. Кольцевой поршень 20 имеет возможность осевого возвратно-поступательного перемещения и может перекрывать нижние боковые отводы 5 корпуса 1 и сквозные радиальные каналы 19 в патрубке 17.

На уровне нижних боковых отводов 5 в корпусе 1 по его окружности выполнены радиальные отверстия, в которых размещены стопорные элементы 22. Они имеют вид болтов с коническими наконечниками 23. Последние могут взаимодействовать с верхним торцом кольцевого поршня 20.

В глухом осевом канале 10 шарового запорного органа 8 может быть установлен сменный дросселирующий узел 24 (например, диафрагма, штуцерная втулка и др.). Такие же сменные дросселирующие узлы 25 могут быть размещены в верхних боковых отводах 4 корпуса 1.

Корпус 1 устанавливается на колонной головке (на чертежах не показана).

На переходном фланце 15 может быть размещена стволовая задвижка (на чертежах не показана) и/или буферный фланец 26.

Трубная головка работает следующим образом.

После завершения обвязки устья на колонную головку устанавливают трубную головку в сборе, но без трубодержателя 6 и переходного фланца 15. Нижний присоединительный фланец 3 корпуса 1 с помощью шпилек закрепляют на верхнем присоединительном фланце колонной головки. Затем через сквозной осевой канал 9 в шаровом запорном органе 8 осуществляют спуск в эксплуатационную колонну лифтовой колонны. К последней лифтовой трубе присоединяют трубодержатель 6. С помощью монтажного патрубка его устанавливают в осевом канале корпуса 1 и фиксируют с помощью стопорных винтов 7. В глухом осевом канале 10 шарового запорного органа 8 монтируют дросселирующий узел 24.

На верхнем присоединительном фланце 2 корпуса 1 размещают и закрепляют с помощью шпилек переходный фланец 15. На него устанавливают буферный фланец 26 с манометром или стволовую задвижку (на чертежах не показана). В верхних боковых отводах 4, в случае необходимости, размещают дросселирующие узлы 25.

После присоединения к верхним 4 и нижним 5 боковым отводам корпуса 1 коренных задвижек и завершения обвязки манифольдом трубная головка готова к эксплуатации на устье скважины.

При необходимости проведения закачки жидкости в затрубное пространство скважины, к боковому отводу 5 присоединяют напорную линию от насосного агрегата. Под действием избыточного давления жидкости внутри бокового отвода 5 кольцевой поршень 20 начинает перемещаться вниз, преодолевая сопротивление пружины 21. После того, как кольцевой поршень 20 приоткроет сквозные радиальные каналы 19 в патрубке 17 (это визуально фиксируется по показаниям манометра на насосном агрегате), с помощью стопорных элементов 22 его отжимают вниз до полного открытия сквозных радиальных каналов 19. Через них в затрубное пространство скважины закачивают необходимую порцию жидкости. После отсоединения насосного агрегата (или снижения величины избыточного давления в боковом отводе 5) стопорные элементы 22 переводят в исходное (начальное) положение и кольцевой поршень 20 вновь перекрывает сквозные радиальные каналы 19 в патрубке 17 и нижние боковые отводы 5 корпуса 1.

В случае, если необходимо заменить дросселирующий элемент 24, шаровой запорный орган 8 поворачивают, устанавливая глухой осевой канал 10 в верхнее положение и перекрывая тем самым трубный канал скважины. После стравливания избыточного давления демонтируют буферный фланец 26 и заменяют дросселирующий узел 24 в глухом осевом канале 10.

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

Конструкция трубной головки обеспечивает возможность:
- эксплуатации скважины через верхние боковые отводы, а также через стволовую задвижку;
- замены коренных задвижек трубного канала и затрубного пространства, а также стволовой задвижки 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;
- быстрой замены установленных дросселирующих узлов;
- закачки жидкости в затрубное пространство скважины.

Источники информации
1. Патент РФ 2117749 C1, Е 21 В 33/03, опубл. 20.08.98 г., бюл. 23.

2. Патент США 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, газоконденсатных и газовых скважин. Трубная головка включает корпус с присоединительными фланцами с верхними и нижними боковыми отводами. В корпусе имеются ступенчатый осевой и радиальный каналы. В осевом канале установлен трубодержатель, который зафиксирован стопорными винтами. Над трубодержателем в осевом канале корпуса размещен шаровой запорный орган с верхним и нижним седлами. В шаровом запорном органе выполнены сквозной и глухой осевые каналы. Наружный диаметр трубодержателя меньше, чем внутренний диаметр сквозного осевого канала в шаровом запорном органе. Управляется шаровой запорный орган поворотным валом. Ось поворотного вала, а также оси сквозного и глухого осевых каналов шарового запорного органа взаимно перпендикулярны и пересекаются в одной точке. Сверху на корпусе установлен переходный фланец. В осевом канале корпуса установлена нажимная втулка, которая взаимодействует с верхним седлом. На уровне нижних боковых отводов в осевом канале корпуса выполнена кольцевая проточка. В проточке размещены патрубок, пружина и кольцевой поршень. В корпусе имеются радиальные отверстия, в которых установлены стопорные элементы в виде болтов с коническими наконечниками, которые могут взаимодействовать с верхним торцом кольцевого поршня. В глухом осевом канале шарового запорного органа может быть размещен дросселирующий узел. Подобные дросселирующие узлы могут быть установлены в верхних отводах корпуса. Повышается надежность и экологическая безопасность в процессе эксплуатации трубной головки, упрощается ее обслуживание и ремонт, а также предотвращается возможность несанкционированного отбора пластового флюида. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трубная головка, включающая корпус с верхним и нижним присоединительными фланцами, со ступенчатым осевым и радиальным каналами, с верхними и нижними боковыми отводами, имеющими присоединительные фланцы для установки коренных задвижек, размещенный в осевом канале корпуса на уровне верхних боковых отводов шаровой запорный орган со сквозным и глухим осевыми каналами, оси которых взаимно перпендикулярны друг другу, 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 осевых каналов в шаровом запорном органе и проходит через точку их пересечения, установленный в осевом канале корпуса между верхними и нижними боковыми отводами под шаровым запорным органом трубодержатель для подвески лифтовой колонны, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра сквозного осевого канала в шаровом запорном органе, узел крепления трубодержателя в осевом канале корпуса, размещенный на корпусе переходный фланец с осевым каналом, а также установленную в осевом канале корпуса с возможностью взаимодействия с верхним седлом нажимную втулку, отличающаяся тем, что она снабжена патрубком с наружным кольцевым выступом в нижней части, пружиной, кольцевым поршнем и стопорными элементами, причем на уровне нижних боковых отводов в осевом канале корпуса выполнена кольцевая проточка для установки в ней патрубка, пружины и кольцевого поршня, а в корпусе - сквозные радиальные отверстия для размещения в них стопорных элементов, при этом патрубок концентрично установлен в осевом канале корпуса снаружи трубодержателя, жестко связан своим верхним концом с корпусом и выполнен с рядом сквозных радиальных каналов в верхней части, размещенных по его окружности на уровне нижних боковых отводов корпуса, а кольцевой поршень установлен в осевом канале корпуса между внутренней поверхностью кольцевой проточки и наружной поверхностью патрубка с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения и перекрытия нижних боковых отводов корпуса и сквозных радиальных каналов в патрубке, причем пружина размещена с наружной стороны патрубка с возможностью взаимодействия с его наружным кольцевым выступом и с нижним торцом кольцевого поршня, при этом стопорные элементы установлены в корпусе по его окружности и выполнены в виде болтов с коническими наконечниками, которые имеют возможность взаимодействия с верхним торцом кольцевого поршня. 2. Трубная головка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена сменным дросселирующим узлом, размещенным в глухом осевом канале шарового запорного органа. 3. Трубная головка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена сменными дросселирующими узлами, размещенными в каждом из верхних боковых отводов корпуса.