ВНУТРЕННИЙ ПРОТИВОВЫБРОСОВЫЙ ПРЕВЕНТОР Российский патент 2015 года по МПК E21B33/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к внутреннему противовыбросовому превентору. Точнее, изобретение относится к внутреннему противовыбросовому превентору для использования в бурильной колонне, содержащему корпус с закрывающим элементом затвора и относящимися к нему уплотнениями, причем закрывающий элемент затвора выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением.

Уровень техники

Основная функция внутреннего противовыбросового превентора заключается в том, чтобы отсекать проход бурового раствора (бурового флюида) внутри бурильной колонны в том случае, когда давление в скважине превышает пределы во время бурильных операций на буровой установке.

Однако внутренний противовыбросовый превентор часто используется также для предотвращения выброса буровых флюидов каждый раз, когда верхний привод бурильной колонны отсоединяют от нее, - например, каждый раз, когда к бурильной колонне добавляют новую трубу или секцию. Эта вторичная функция внутреннего противовыбросового превентора как «предохранительного устройства для сохранения бурового раствора» приводит к повышенному износу уплотнений затвора, что имеет ряд нежелательных последствий.

Наиболее очевидными недостатками являются сокращение срока службы внутреннего противовыбросового превентора, утечки, когда затвор используется в качестве предохранительного устройства для сохранения бурового раствора после проверки давления, риск преждевременных простоев буровой установки и необходимость в более частой замене уплотнений.

Хотя использование индивидуальных затворов могло бы справиться с этими проблемами, такое решение потребовало бы дополнительного пространства в бурильной штанге верхнего привода (бурильной машины), которое не всегда имеется в распоряжении. Длина бурильной штанги между верхним приводом и бурильной колонной ограничена ходом манипулятора трубы верхнего привода, который должен иметь возможность захватывать раструб верхней трубы бурильной колонны непосредственно под бурильной штангой.

Обычная компоновка бурильной штанги между верхним приводом и бурильной колонной включает перепускной переводник, дистанционно управляемый внутренний противовыбросовый превентор и второй внутренний противовыбросовый превентор, причем второй внутренний противовыбросовый превентор используется как затвор на верхнем конце бурильной колонны, остающейся в скважине и отсоединенной от верхнего привода, и как переводник с перенарезаемой резьбой в бурильной колонне, который принимает на себя износ и повреждение резьбы при соединении и отсоединении верхнего привода и бурильной колонны.

Обычно внутренний противовыбросовый превентор представляет собой шаровой затвор с тем преимуществом, что уплотнение имеет радиальную симметрию, что делает его простым для изготовления.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является устранение или ограничение недостатков известных решений уровня техники.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет признаков, изложенных в последующем описании и формуле изобретения.

Предложен внутренний противовыбросовый превентор для использования в бурильной колонне, содержащий корпус, имеющий закрывающий элемент затвора и относящиеся к нему уплотнения, причем закрывающий элемент затвора выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением, при этом закрывающий элемент затвора снабжен внутренним закрывающим элементом затвора, который выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением внутри наружного закрывающего элемента затвора.

Таким образом, согласно изобретению тело затвора известного из уровня техники внутреннего противовыбросового превентора снабжено дополнительным внутренним закрывающим элементом затвора, который приводится в действие независимо от наружного закрывающего элемента и позволяет выполнять операцию сохранения бурового раствора без негативного воздействия на характеристику уплотнения внутреннего противовыбросового превентора и без необходимости в дополнительной длине бурильной штанги между верхним приводом и бурильной колонной.

Проходное сечение внутреннего закрывающего элемента затвора может быть сравнимо, по существу равно или равно проходному сечению наружного закрывающего элемента затвора. При этом внутренний закрывающий элемент затвора не будет ограничивать поток через внутренний противовыбросовый превентор при полностью открытом положении.

Наружный закрывающий элемент затвора может быть выполнен из отдельных частей, а соединение между первой частью и второй частью может быть расположено таким образом, чтобы не находиться в контакте с уплотнениями во время перемещения между открытым и закрытым положением. Эта особенность устраняет риск повышенного износа уплотнений.

Внутренний закрывающий элемент затвора может иметь сферическую или цилиндрическую форму. Выполненный в форме шара внутренний закрывающий элемент затвора позволяет использовать преимущество плоских круглых уплотнений. Однако механически может быть более сложно установить в одном шаре другой шар, а не цилиндр. Выполненный в форме цилиндра внутренний закрывающий элемент затвора требует более сложной механической обработки для установки уплотнений, но облегчает механическую обработку внутреннего закрывающего элемента затвора и улучшает конструктивную целостность наружного закрывающего элемента затвора. Следует заметить, что небольшие утечки во время операций сохранения бурового раствора обычно допустимы и позволяют использовать менее строгие допуски на механическую обработку.

Наружный и внутренний закрывающие элементы затвора могут быть выполнены с возможностью поворота вокруг общей оси поворота. При этом могут использоваться исполнительные системы известного внутреннего противовыбросового превентора, включая валы и исполнительные органы, хотя для наружного и внутреннего затворов и требуется выполнение различных функций.

Настоящее изобретение решает проблему ограниченного срока службы уплотнений внутреннего противовыбросового превентора, поскольку закрывающий элемент затвора остается неподвижным, когда внутренний закрывающий элемент затвора закрывается для операций сохранения бурового раствора.

Краткое описание графических материалов

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будет подробно описан пример осуществления изобретения.

На чертежах:

фиг.1 изображает в разрезе внутренний противовыбросовый превентор по изобретению,

фиг.2 изображает в перспективе в разрезе в увеличенном виде части внутреннего противовыбросового превентора при его использовании в качестве предохранительного устройства для сохранения бурового раствора,

фиг.3 изображает внутренний противовыбросовый превентор в разобранном виде,

фиг.4 изображает в перспективе в разрезе внутренний противовыбросовый превентор на начальной стадии закрытия при работе в качестве противовыбросового превентора,

фиг.5 изображает внутренний противовыбросовый превентор на том же виде в полностью закрытом положении.

Осуществление изобретения

Показанный на чертежах внутренний противовыбросовый превентор 1 содержит корпус 2, наружный сферический закрывающий элемент 4 затвора и внутренний сферический закрывающий элемент 6 затвора.

В этом предпочтительном примере выполнения корпус 2 снабжен внутренней резьбой 8 на верхней концевой части 10 и наружной резьбой 12 на нижней концевой части 14 для соединения без муфт с концами труб не показанной бурильной колонны с верхним приводом.

Здесь определения «верхний» и «нижний» относятся к внутреннему противовыбросовому превентору в его нормальном рабочем положении, показанном на чертежах.

Центральная продольная проточка 16 проходит между двумя концевыми частями 10, 14. Проточка 16 совмещается с внутренней полостью не показанной бурильной колонны.

Уступ 18 образован в проточке 16, поскольку верхняя часть 20 проточки 16 имеет диаметр больше, чем остальная часть проточки 16.

Наружный закрывающий элемент 4 затвора расположен в верхней части 20 проточки 16 и соединен с двумя полыми валами 22, которые выступают из отверстий 24 для валов в корпусе 2. Наружный закрывающий элемент 4 затвора и полые валы 22 могут поворачиваться вокруг оси 26. Один из полых валов 22 подсоединен к не показанному первому исполнительному органу.

Нижнее кольцо 28, которое опирается на уступ 18, снабжено первой уплотнительной поверхностью 30, которая выполнена плотно примыкающей к наружному закрывающему элементу 4 затвора. Нижнее кольцевое уплотнение 32, предусмотренное в нижнем кольце 28, предотвращает поток флюида между нижним кольцом и корпусом 2.

Верхнее кольцо 34, установленное над наружным закрывающим элементом 4 затвора, снабжено второй уплотнительной поверхностью 36, которая выполнена плотно примыкающей к наружному закрывающему элементу 4 затвора. Наружное кольцевое уплотнение 38, предусмотренное в верхнем кольце 34, предотвращает поток флюида между верхним кольцом и корпусом 2.

Первая уплотнительная поверхность 30 и вторая уплотнительная поверхность 36 являются уплотнительными поверхностями наружного закрывающего элемента затвора.

Наружный закрывающий элемент 4 затвора имеет отверстие 40, площадь которого сравнима, а по существу эквивалентна или равна площади поперечного сечения нижней части проточки 16.

Внутренний закрывающий элемент 6 затвора помещен внутри наружного закрывающего элемента 4 затвора и соединен с двумя валами 42. Каждый из валов 42 проходит через концентричную проточку 44 в соответствующем полом валу 22. Внутренний закрывающий элемент 6 затвора и валы 42 могут поворачиваться вокруг оси 26.

Не показанный второй исполнительный орган подсоединен к одному из валов 42.

Уплотнения 46 предотвращают течение флюидов между полыми валами 22 и корпусом 2 и между полыми валами 22 и валами 42.

Внутренние уплотнения 48 затвора, помещенные в соответствующих выемках 50 внутри наружного закрывающего элемента 4 затвора, предотвращают проход флюидов между наружным закрывающим элементом 4 затвора и внутренним закрывающим элементом 6 затвора.

Внутренний закрывающий элемент 6 затвора имеет отверстие 52, площадь которого сравнима, а по существу эквивалентна или равна площади отверстия 40 наружного закрывающего элемента 4 затвора.

В одном предпочтительном примере выполнения по фиг.2 наружный закрывающий элемент 4 затвора выполнен в виде первого сегмента 54 затвора и второго сегмента 56 затвора. После того как внутренние уплотнения 48 затвора и внутренний закрывающий элемент 6 затвора помещены внутри наружного закрывающего элемента 4 затвора, первый и второй сегменты 54, 56 затвора соединяют на поверхности 58 сопряжения с помощью болтов 60.

На фиг.3-5 корпус 2 удален, чтобы лучше показать рабочие функции внутреннего противовыбросового превентора 1.

При использовании в качестве предохранительного устройства для сохранения бурового раствора внутренний закрывающий элемент 6 затвора внутреннего противовыбросового превентора 1 поворачивают вокруг оси 26 для закрытия отверстия 40 затвора, тем самым предотвращая течение бурового раствора через внутренний противовыбросовый превентор 1, см. фиг.2.

Наружный закрывающий элемент 4 затвора не поворачивается, так что первая и вторая уплотнительные поверхности 30 и 36 не подвергаются износу.

При использовании в качестве внутреннего противовыбросового превентора внутренний закрывающий элемент 6 затвора устанавливают в открытое положение, см. фиг.4 и 5. Таким образом, внутренние уплотнения 48 не используются для работы в режиме внутреннего противовыбросового превентора.

Наружный закрывающий элемент 4 затвора поворачивают вокруг оси 26 в закрытое положение, см. фиг.5, предотвращая поток через внутренний противовыбросовый превентор. Первая и вторая уплотнительные поверхности 30 и 36, не подвергающиеся износу при использовании в качестве предохранительного устройства для сохранения бурового раствора, действуют как надежный герметичный барьер от давления в скважине.

Поверхность 58 сопряжения не проходит по уплотнительным поверхностям 30, 36 во время закрытия или открытия наружного закрывающего элемента 4 затвора.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к противовыбросовым превенторам. Техническим результатом является увеличение срока службы уплотнений внутреннего противовыбросового превентора. Внутренний противовыбросовый превентор содержит корпус, имеющий наружный закрывающий элемент затвора и относящиеся к нему уплотнения. Наружный закрывающий элемент затвора выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением и снабжен внутренним закрывающим элементом затвора. Внутренний закрывающий элемент затвора выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением внутри наружного закрывающего элемента затвора. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Внутренний противовыбросовый превентор (1) для использования в бурильной колонне, содержащий корпус (2), имеющий наружный закрывающий элемент (4) затвора и относящиеся к нему уплотнения (30, 36), причем наружный закрывающий элемент (4) затвора выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением, отличающийся тем, что наружный закрывающий элемент (4) затвора снабжен внутренним закрывающим элементом (6) затвора, который выполнен с возможностью перемещения между открытым и закрытым положением внутри наружного закрывающего элемента (4) затвора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходное сечение отверстия (52) внутреннего закрывающего элемента (6) затвора сравнимо с проходным сечением отверстия (40) наружного закрывающего элемента (4) затвора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный закрывающий элемент (4) затвора выполнен из отдельных частей.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность (58) сопряжения между первым сегментом (54) затвора и вторым сегментом (56) затвора расположена таким образом, чтобы отсутствовал ее контакт с уплотнениями (30, 36) во время перемещения между открытым и закрытым положением.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний закрывающий элемент (6) затвора имеет сферическую форму.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний закрывающий элемент (6) затвора имеет цилиндрическую форму.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный закрывающий элемент (4) затвора и внутренний закрывающий элемент (6) затвора выполнены с возможностью поворота вокруг общей оси (26) поворота.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный закрывающий элемент (4) затвора снабжен уплотнением (48) для герметизации относительно внутреннего закрывающего элемента (6) затвора.