УСТРОЙСТВО БЕЗРЕЗЬБОВОГО КРЕПЛЕНИЯ ПОЛЫХ ПРОБОК, ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ОТВЕРСТИЯ В КОРПУСЕ СКВАЖИННОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2008 года по МПК E21B43/08 E21B33/134 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а более конкретно к изготовлению и монтажу скважинных фильтров в составе обсадных колонн.

Известно устройство крепления полых пробок с шестигранником в глухом отверстии, герметизирующих циркуляционные отверстия в корпусе фильтра. Крепление производится посредством конической резьбы, соединяющей пробки и отверстие в корпусе фильтра, с помощью ручного пневматического гайковерта.

Известное устройство крепления резьбовых пробок в корпусе скважинного фильтра содержит:

- переносной корпус устройства;

- смонтированный в корпусе исполнительный механизм привода инструмента - сменного торцевого ключа;

- рабочий орган - сменный торцовый ключ;

- механизм ручного переноса корпуса и управления работой устройства;

- гибкий трубопровод, связывающий исполнительный механизм с источником энергии.

(см. Технические условия на изготовление фильтров для горизонтальных скважин типа ФГС, разработанные ВНИИ БТ г.Москва и предприятием г.Калуша, Украина ФГС 146.6000-1 ТУ 3800 1367000.036-96).

Резьбовое соединение пробок с отверстиями в корпусе фильтра обеспечивает надежную герметизацию корпуса. Однако резьбовое соединение имеет крупный недостаток. Оно трудоемко в изготовлении. Дело в том, что в зависимости от длины корпус скважинного фильтра на проволочной основе содержит от нескольких десятков до нескольких сотен циркуляционных резьбовых отверстий и пробок к ним. Длина фильтра, в зависимости от назначения, может быть свыше десяти метров (фильтры). В общей трудоемкости изготовления указанных фильтров наибольшую часть составляют трудозатраты на изготовление резьбовых отверстий и пробок с конической резьбой. При этом пробки из алюминиевого сплава изготавливают преимущественно точением из прутка с большим отходом металла в стружку.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предлагается безрезьбовой способ крепления пробок в корпусе фильтра и оригинальное устройство их крепления. При этом конструкция отверстия в корпусе фильтра и конструкция пробки изменяются следующим образом.

Отверстия и пробки к ним предлагается изготавливать гладкими, цилиндрическими, двухступенчатыми. В этом случае пробки свободно вводятся в отверстие до упора в ступень с меньшим диаметром, благодаря чему она фиксируется в отверстии, а не проходит "на провал" в корпусе фильтра. При этом торец пробки с открытым глухим отверстием в ней утопает в отверстии на величину ΔS, равную:

ΔS=S_о-S_п, мм,

где S_о - глубина ступени в отверстии;

S_п - высота ступени в пробке.

Значение ΔS обычно принимают равным ΔS=1,5...2,0 мм, а значение S_о - в зависимости от варианта крепления пробки в отверстии. Остальное тело пробки с глухим отверстием выступает внутрь корпуса за пределы толщины его стенки на некоторую обязательную длину.

Основным методом крепления пробки в отверстии корпуса фильтра принимают метод локальной пластической деформации поверхности корпуса в зоне отверстия путем воздействия на эту поверхность давящим инструментом или путем воздействия давящим инструментом на боковые стенки глухого отверстия в пробке с одновременным давящим воздействием на ее открытый торец. В этом случае целесообразно отверстие в корпусе делать коническим с малым уклоном (расширением конуса) к оси корпуса. В первом случае металл корпуса плотно охватывает контактирующую с ним поверхность ступени пробки, наплывая на утопающий в корпусе торец пробки, обеспечивая плотное герметичное соединение.

Между ступенями в корпусе и пробке может быть установлена уплотняющая среда в виде, например, пасты "Герметик", или уплотняющая прокладка типа стандартного резинового кольца.

Поверхность верхней ступени пробки или отверстия в корпусе может быть покрыта клеящим составом, например, марки БФ-2 по ГОСТ 12172-74.

Перечисленные дополнительные меры к креплению пробок методами локальной пластической деформации поверхности корпуса или пробки способствуют обеспечению герметичности соединения.

Известно устройство герметичного соединения двух металлических тел в виде ручного переносного пневматического молотка. Его недостатком, при использовании в качестве устройства крепления полых пробок в отверстиях корпуса фильтра, является недостаточное усилие, развиваемое рабочим органом, повышенный шум при работе, а также недостаточный вылет скобы, охватывающей скрепляемые объекты.

Известны пневматические клепальные прессы, основным недостатком которых, при использовании в качестве устройств крепления полых пробок в отверстиях корпуса фильтра, является их большая масса и стационарный характер использования вследствие этого. Перемещать корпус фильтра относительно пресса также неэффективно ввиду его большой длины - свыше десяти метров и массы.

Рациональнее переносить устройство крепления полых пробок в отверстиях корпуса фильтра относительно корпуса.

Таким образом, наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является устройство безрезьбового крепления полых пробок, герметизирующих циркуляционные отверстия в корпусе скважинного фильтра на проволочной основе, содержащее:

- переносной корпус устройства крепления пробок, охватывающий корпус фильтра с циркуляционными отверстиями, выполненными по окружности корпуса в несколько рядов;

- смонтированный в корпусе устройства крепления исполнительный механизм в виде гидро-(пневмо)цилиндра с поршнем и штоком-держателем инструмента - рабочего органа крепления пробки;

- рабочий орган;

- механизм замыкания-размыкания рабочего органа и корпуса фильтра;

- механизм ручного перемещения корпуса устройства;

- гибкий трубопровод, связывающий исполнительный механизм с источником энергии,

принятое за прототип (см. Справочник технолога машиностроителя. В двух томах. Том 1 стр.496...498. Фиг.65. Машгиз. М., 1959 г.).

Технический результат по использованию безрезьбовых отверстий в корпусе скважинного фильтра и безрезьбовых герметизирующих полых пробок достигается тем, что устройство крепления безрезьбовых пробок в отверстиях корпуса фильтра согласно изобретению выполнено отличающимся от прототипа следующими признаками.

1. Переносной корпус выполнен подвижным относительно корпуса фильтра в горизонтальной и вертикальной плоскостях, из двух разборных частей, охватывающих корпус фильтра и жестко связанных между собой посредством стяжных колон. При этом верхняя часть со смонтированным в ней исполнительным механизмом, его приводом и рабочим органом имеет форму каретки, посредством шарнирно связанных с ней осями двуплечих рычагов с неравной длиной плеч опирающейся через плечо рычага и вращающийся на нем ролик на корпус фильтра, а через второе большее плечо рычага связана с рукояткой перемещения и управления захватом корпуса фильтра в замок с рабочим органом путем поворота рукоятки в сторону от оси каретки, прижимая нижнюю часть корпуса устройства крепления с установленной на ней сменной призмой к корпусу фильтра.

2. В качестве рабочего органа, производящего крепление безрезьбовой пробки путем давящего воздействия с проникающим в глубину поверхности корпуса фильтра в зоне отверстия движением, обеспечивая герметичность сопряжения, используются керны, расположенные симметрично от продольной оси корпуса фильтра.

3. Угол заточки конуса керна выполняют равным 30-45°.

4. В качестве рабочего органа, производящего крепление безрезьбовой пробки в отверстиях корпуса фильтра путем давящего воздействия одновременно на боковые стенки глухого отверстия в пробке и на ее открытый торец, используют коническую (клиновую) оправку с рабочим буртом при введении оправки в отверстие пробки.

5. Между ступенями пробки и отверстия в корпусе фильтра вводят уплотняющую среду, например, в виде пасты "Герметик" или уплотняющую прокладку в виде стандартного резинового кольца.

6. На стяжные колонны, связывающие жестко верхнюю и нижнюю части корпуса устройства крепления, устанавливают, посредством сменных проставок, цилиндрические центраторы, фиксирующие положение корпуса устройства крепления относительно корпуса фильтра.

7. На контактирующие поверхности пробки или отверстия в корпусе фильтра наносят клеящий состав, например, марки БФ-2 по ГОСТ 17272-74.

8. Вращение поршня и его штока с рабочим органом относительно собственной оси предотвращают скользящим штифтом, жестко заделанным в корпусе устройства крепления.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, соответствующий признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное устройство соответствует требованиям "новизна".

Заявленное устройство не является очевидным и не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное устройство соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертежах представлены:

на Фиг.1 - общий вид устройства.

на Фиг.2 - вид в плане.

на Фиг.3 - поперечный разрез по А-А на Фиг.1.

на Фиг.4 - рабочий орган в виде кернов, сечение по В-В на Фиг.3.

на Фиг.5 - рабочий орган в виде конической оправки, сечение В-В на Фиг.3.

на Фиг.6а) - конструкция литой пробки с малой высотой (буртом) первой ступени и большой разницей в ступенях по диаметру.

на Фиг.6б) - конструкция из точеной из прутка пробки с большой высотой первой ступени и малой разницей между диаметрами ступеней. Пробка под раздачу конической оправкой.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения заключаются в следующем.

Устройство безрезьбового крепления полых пробок в отверстиях корпуса скважинного фильтра содержит следующие механизмы и агрегаты (см. Фиг.1, 2).

1. Стенд с двумя стойками 1, закрепленными на полу (фундаменте) цеха. На стойках 1 установлены ролики 2, обеспечивающие перемещение корпуса фильтра и вращение его вокруг собственной оси. Корпус фильтра представляет собой трубу с циркуляционными отверстиями по окружности в несколько рядов.

Корпус фильтра в виде трубы 3 с двухступенчатыми цилиндрическими отверстиями укладывают на ролики 2 стоек 1.

2. Гидроагрегат 4 с гибким трубопроводом 5, сообщающим его с устройством 6 крепления пробок. Гидроагрегат 4 выполняет функции энергоносителя, подающего в устройство крепления пробок рабочее тело в виде жидкости заданного давления, в качестве которой чаще всего используют масло индустриальное.

Гидроагрегат снабжен электрозолотниковой системой управления рабочим циклом. Содержит насосную установку с электроприводом, фильтрами, предохранительными и редукционными клапанами, аппаратурой контроля и сигнализации.

Содержит исполнительный механизм (см. Фиг.3) в виде цилиндра 7 с поршнем 8 двухстороннего действия. Шток 9 поршня 8 имеет посадочное отверстие для крепления оправки 10 - держателя инструмента, рабочего органа.

Чтобы исключить вращение поршня 8 в процессе работы, что может нарушить положение рабочего органа, например, симметрично расположенных относительно оси корпуса 3 фильтра кернов 11, поршень 8 фиксируется в корпусе - каретке 6 посредством штифта 13.

4. Устройство 6 крепления пробок (см. Фиг.3). Содержит корпус из двух частей - верхней в виде каретки и нижней в виде плиты 25 со сменной призмой 14. Обе части охватывают корпус 3 фильтра и жестко соединяются посредством четырех колонн 15 с гайкой 18. На колоннах 15 установлены центраторы 16, которые посредством сменных проставок 17 и призмы 14 фиксируют корпус 6 относительно корпуса 3 фильтра.

Содержит механизм захвата корпуса 3 фильтра в замок. На верхней части корпуса 6 - каретке закреплены две скобы 19 (см. Фиг.1, 2).

К скобам 19 посредством осей шарнирно прикреплены двуплечие рычаги 20. На малом плече рычагов 20 установлены вращающиеся ролики 21. На большом плече рычагов 20 закреплены рукоятки 22. На Фиг.1, 2 рукоятки показаны в положении, когда корпус 6 и корпус 3 фильтра зажаты в "замок". В этом положении корпус - каретка 6 посредством роликов 21 опирается на корпус 3 фильтра сверху, а рама 13 посредством призмы 14 опирается на корпус 3 фильтра снизу. На Фиг.3 показано, что они захватили в "замок" корпус 3 фильтра диаметром "ФД₂". Такое положение корпуса в устройстве крепления пробки соответствует рабочему ходу исполнительного механизма - поршня 8 вниз (см. Фиг.3).

Если рукоятки 22 двуплечих рычагов 20 повернуть в сторону корпуса 6, то призма 14 опустится вниз и освободит корпус 3 фильтра. В этом положении корпус - каретка 6 может перемещаться по корпусу 3 фильтра в положение: "Крепление очередной пробки в этом ряду их".

Рабочий орган может быть представлен в 2-х вариантах.

Первый вариант. Пробку 12.1 крепят в корпусе 3 фильтра посредством воздействия кернов 11.1 на поверхность корпуса 3 в зоне отверстия, как показано на Фиг.4.

Второй вариант. Пробку 12.2 крепят в корпусе 3 фильтра посредством воздействия конической клиновой оправки 11.2 на стенки отверстия в пробке 12.2 и одновременно посредством бурта на оправке на открытый торец пробки 12.2.

Конструкция пробки. Исполнение пробки в обоих вариантах: двухступенчатое с гладкой цилиндрической поверхностью обоих ступеней, с глухим отверстием внутри.

Первый вариант пробки может отличаться высотой первой ступени и ее диаметром. Высоту делают минимальной, в виде бурта толщиной Sσ ≈ -3 мм.

Диаметр больше на 3-5 мм.

Соответственно исполнению пробки изготовляют и отверстие в корпусе 3 фильтра. Целесообразно под бурт пробки укладывать уплотнительную прокладку 23 (Фиг.4).

Во втором варианте высота первой ступени пробки может быть большой, а перепад диаметров между ступенями не более 0,5÷1,0 мм. При этом отверстие первой ступени в корпусе 3 фильтра делают коническим с малым уклоном (расширением) ко второй ступени, (см. Фиг.5)

В этом случае первую ступень пробки, перед установкой и креплением ее в корпусе 3, целесообразно покрывать клеевым составом.

Устройство крепления безрезьбовых пробок работает следующим образом.

Исходное положение. Стенд со стойками 1 свободен. Устройство крепления 6 установлено на стеллаже (на чертежах не показан). Гидроагрегат выключен.

Труба корпуса 3 фильтра с просверленными двухступенчатыми отверстиями цеховым краном захватывается со своего стеллажа и укладывается на стойки 1, при этом ряд циркуляционных отверстий устанавливают строго вверх. На трубу корпуса 3 фильтра надевают корпус - каретку устройства крепления 6 согласно Фиг.3. Рукоятки 22 повернуты в положение у цилиндра 7. Сменная призма 14, центраторы 16 и проставки 17 соответствуют диаметру трубы "ФД₂" корпуса фильтра. Такое положение корпуса 6, в сборе с верхней кареткой и нижней рамой 13, соответствует положению, удобному для транспортирования - качения корпуса 6 по трубе 3 от одного отверстия к другому.

Далее корпус 6 устанавливают над первым отверстием в ряду их. В каждое отверстие в верхнем ряду предварительно введены герметизирующие пробки. Рукоятки 22 разводят в стороны от центратора 7, при этом корпус 6 в сборе с рамой 13 поднимается вверх. Призма 14 прижимает трубу корпуса 3 фильтра к роликам 21. Труба корпуса 3 фильтра 2а в этом случае захвачена в "замок". Керны 11.1 находятся над отверстием в корпусе 3 фильтра.

Крепление пробки в отверстии производят по первому варианту. Это значит, в держателе 9 следует установить оправку 10.1 с инструментом в виде четырех кернов 11.1. В отверстия трубы корпуса 3 фильтра следует установить пробки по чертежу 12.1.

Перечисленные операции выполняют при положении корпуса 6 на стеллаже в процессе подготовки его к работе, а пробки по чертежу 12.1 вставляют в отверстия после установки трубы корпуса 3 на стойки 1.

Включают гидроагрегат. Гидроагрегат имеет три режима работы: холостой ход, наладка, рабочий ход.

При работе на холостом ходу рабочий орган неподвижен. Рабочая жидкость в цилиндр 7 исполнительного механизма при этом подается через отверстие "б" в штоковую полость. Поршень 8 поднят в крайнее верхнее положение. Излишек рабочей жидкости сливается через золотник управления в бак рабочей жидкости.

При работе в режиме "наладка рабочая" жидкость низкого давления подается через отверстие "а" в поршневую полость. Поршень медленно опускается вниз. Центрирующая оправка 24 рабочего органа входит в отверстие пробки 12.1, а керны 11.1 касаются поверхности трубы корпуса 3 фильтра. Жидкость из штоковой полости идет на слив через предохранительный клапан.

Рабочий ход. Через отверстие "а" в цилиндр 7 подается жидкость высокого давления. На поршне 8 развивается усилие, необходимое для внедрения кернов 11.1 в тело трубы корпуса 3. Корпус 3 в зоне отверстия деформируется, обжимая верхнюю ступень пробки 12.1. Соединение пробки с отверстием становится герметичным. Срабатывает реле предельного давления. Срабатывает золотник.

Давление в поршневой полости сбрасывается и жидкость идет на слив. В штоковой полости давление жидкости поднимается, рабочий орган идет вверх до упора поршня 8 в цилиндр 7, рабочий ход закончен. Агрегат далее работает на холостом ходу.

Рукоятки 22 переводятся в положение "к цилиндру 7". Труба корпуса 3 освобождается от захвата в замок. Корпус 6 перемещается на следующее отверстие в этом ряду. Далее цикл повторяется до тех пор, пока последняя пробка в отверстии ряда не будет закреплена. После этого труба корпуса 3 поворачивается на некоторый угол, чтобы очередной ряд отверстий встал строго вверх. Вставляются пробки, и цикл их крепления повторяется.

Крепление пробок по второму варианту.

Установить в шток 9 оправку 10.2 с рабочим органом 11.2 в виде конической (клиновой) оправки с буртом. Внешний диаметр бурта выполнен равным диаметру первой ступени полой пробки 12.2 (см. Фиг.5).

Установить трубу корпуса 3 фильтра на стойки 1 циркуляционными отверстиями вверх. Первая ступень отверстий в этом варианте выполнена конической, с увеличением диаметра в сторону второй ступени.

Ввести пробки 12.2 в отверстия в трубе корпуса 3 фильтра. Пробки входят свободно с минимальным зазором.

Далее повторяют операции, проводимые аналогично первому варианту до операции "Наладка".

Операцию "Наладка" в этом варианте выполняют, вводя коническую оправку 11.2 в отверстие пробки 12.2 на 2...3 мм. Далее включают рабочий ход и задавливают пробку 12.7 в отверстие трубы корпуса 3 конической оправкой, воздействуя на стенки полого отверстия в ней и на открытый торец пробки 12.2 рабочим давлением. Далее операции повторяются аналогично первому варианту.

Преимущество этого варианта заключается в простоте конструкции пробки и более высокой стойкости инструмента, т.к. оправка коническая с буртом воздействует на пробку, выполненную из более пластичного и вязкого материала, каким является сплав алюминия, по сравнению с материалом термообработанной трубы корпуса 3 фильтра.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения требований о возможности промышленного использования изобретения, т.е. требование "промышленная применимость" выполнено.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Переносной корпус устройства безрезьбового крепления полых пробок выполнен подвижным относительно корпуса фильтра в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Корпус состоит из двух разборных частей, жестко связанных между собой посредством стяжных колон. Верхняя часть имеет форму каретки. В ней смонтирован исполнительный механизм, его привод и рабочий орган. На каретке закреплены две скобы. К скобам посредством осей шарнирно прикреплены двуплечие рычаги с неравной длиной плеч. Каретка опирается через плечо рычага и вращающийся на нем ролик на корпус фильтра. Через второе большее плечо рычага каретка связана с рукояткой ручного переноса, перемещения и захвата в «замок» корпуса фильтра. На нижней части переносного корпуса установлена сменная призма. Техническим результатом является снижение трудоемкости изготовления фильтров. 1 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство безрезьбового крепления полых пробок, герметизирующих циркуляционные отверстия в корпусе скважинного фильтра на проволочной основе, содержащее переносной корпус устройства крепления пробок, охватывающий корпус фильтра с циркуляционными отверстиями, выполненными по окружности корпуса в несколько рядов; смонтированный в корпусе устройства исполнительный механизм в виде гидро(пневмо)цилиндра с поршнем и штоком - держателем инструмента - рабочего органа крепления пробки; рабочий орган; механизм замыкания-размыкания рабочего органа и корпуса фильтра; механизм ручного переноса устройства крепления и управления им; гибкий трубопровод, связывающий исполнительный механизм с источником энергии, отличающееся тем, что переносной корпус выполнен подвижным относительно корпуса фильтра в горизонтальной и вертикальной плоскостях, из двух разборных частей, охватывающих корпус фильтра и жестко связанных между собой посредством стяжных колонн, при этом верхняя часть со смонтированным в ней исполнительным механизмом, его приводом и рабочим органом имеет форму каретки, посредством шарнирно связанных с ней двуплечих рычагов с неравной длиной плеч опирающейся через плечо рычага и вращающийся на нем ролик на корпус фильтра, а через второе большее плечо рычага связанной с рукояткой ручного переноса, перемещения и захвата в "замок" корпуса фильтра путем поворота рычага в сторону от оси каретки, прижимая нижнюю часть переносного корпуса с установленной на ней сменной призмой к корпусу фильтра.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочего органа, производящего крепление пробки путем давящего воздействия с проникающим в глубину поверхности корпуса фильтра в зоне отверстия, движением, обеспечивая герметичность сопряжения, используются керны, расположенные симметрично от продольной оси корпуса фильтра.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол заточки конуса керна выполняют равным 30-45°.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве рабочего органа производящего крепление безрезьбовой пробки в отверстии корпуса фильтра путем давящего воздействия одновременно на боковые стенки глухого отверстия в пробке и ее открытый торец, используют коническую (клиновую) оправку с рабочим буртом, при введении оправки в отверстие пробки.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на стяжные колонны, связывающие жестко верхнюю и нижнюю части корпуса устройства крепления, устанавливают посредством сменных проставок цилиндрические центраторы, фиксирующие положение корпуса устройства крепления относительно корпуса фильтра.6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вращение поршня и его штока с рабочим органом относительно собственной оси предотвращают скользящим штифтом, жестко заделанным в корпусе устройства крепления.