Цанговый соединитель Российский патент 2019 года по МПК E21B33/04 

Настоящее изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам оборудования устья скважин, в частности, к устройствам для соединения корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно раскрытое в документе RU 2118441 С1 (опубликован 27.08.1998) устройство устьевого оборудования скважин, содержащее соединительные элементы в виде трубной головки, выполненной с возможностью соединения с крестовиной колонной головки по посадочному конусу и колонной головки, задвижки и уплотнительные кольца.

Известное устройство устьевого оборудования скважин имеет недостаточное качество герметизации, большую элементную базу и недостаточно надежно в процессе эксплуатации.

Известно также устройство устьевого оборудования скважин, содержащее соединяемые элементы в виде трубной и колонной головки, задвижки и уплотнительные кольца (раскрыто в документе RU 2171357 С2, опубликован 27.07.2001).

Трубная головка известного устройства выполнена с возможностью соединения с крестовиной колонной головки по посадочному конусу. Известное устройство снабжено дополнительными упругими кольцами и быстроразъемными соединениями в виде соединительного резьбового кольца с опорными буртиками. Дополнительные кольца установлены в кольцевых канавках, выполненных на торцах соединяемых элементов устройства. Опорные буртики выполнены на внутренней поверхности соединительного резьбового кольца для взаимодействия с разрезными кольцевыми опорными вкладышами. Вкладыши установлены в кольцевых канавках, выполненных на наружных поверхностях соединяемых элементов устройства. Упругое уплотнительное кольцо, втулка с боковыми отверстиями, второе упругое уплотнительное кольцо и нажимное кольцо установлены последовательно в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями крестовины колонной и трубной головки и на буртике трубной головки. Нажимное кольцо взаимодействует с накидной гайкой. Накидная гайка образует с крестовиной колонной головки резьбовую пару.

К недостаткам известного устройства следует отнести необходимость временных затрат на свинчивание соединений, выполненных в виде резьбовых колец с опорными буртиками. Кроме того, указанное соединение требует повышенного коэффициента запаса прочности, обусловленного необходимостью обеспечения требуемого уровня надежности соединения, воспринимающего усилие растяжения и изгибающий момент при операциях монтажа и обслуживания оборудования.

Также из уровня техники известно устройство, раскрытое в документе US 9169710 В2 (опубликован 30.04.2015), относящееся к устьевому соединителю. Известный соединитель содержит корпус, поршень и множество цанг. Корпус известного соединителя содержит окончание, выполненное с возможностью соединения с первым соединяемым элементом, и полость, выполненную с возможностью приема второго из соединяемых элементов. Поршень выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в корпусе соединителя. Цанги устанавливаются относительно корпуса соединителя, прилегая к поршню, и выполнены подвижными в радиальном направлении относительно него. Цанги имеют профиль вдоль своей наружной поверхности, соответствующий профилю поршня, расположенному вдоль его внутренней поверхности. Цанги дополнительно содержат профиль зацепления, расположенный вдоль их внутренней поверхности и выполненный с возможностью зацепления со вторым из соединяемых элементов так, чтобы цанги зажимали второй из соединяемых элементов.

Недостатками устройства, известного из документа US 9169710 В2, является большая элементная база и сложность конструкции, что приводит к существенному усложнению операции сборки устройства, а также большое количество болтовых соединений, что влечет за собой снижение степени надежности устройства.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема, решаемая созданием заявляемого изобретения, заключается в создании цангового соединителя для соединения корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, обеспечивающего повышенный уровень надежности и герметичности с одновременным снижением массогабаритных характеристик и упрощением операций сборки, монтажа и демонтажа оборудования на скважинах.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении степени надежности и герметичности соединения при одновременном снижении массогабаритных характеристик и упрощении операций сборки, монтажа и демонтажа оборудования на скважинах.

Заявленная техническая проблема и указанный технический результат соответственно решается и достигается тем, что цанговый соединитель содержит корпус колонной головки и корпус блока задвижек устьевой елки, выполненные с возможностью установки между внешней поверхностью корпуса колонной головки и внутренней поверхностью корпуса блока задвижек устьевой елки уплотнения, а также с возможностью установки в кольцевых канавках, выполненных на торцах корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, основного кольцевого металлического уплотнения, при этом цанговый соединитель содержит цанговый патрон, выполненный с возможностью установки внутри корпуса блока задвижек устьевой елки и содержащий множество продольных секторов, причем каждый продольный сектор цангового патрона содержит верхний концевой элемент, выполненный таким образом, чтобы входить в кольцевое углубление, выполненное на внутренней поверхности корпуса блока задвижек устьевой елки, и нижний концевой элемент, содержащий кольцевые канавки, соответствующие кольцевым канавкам, выполненным на внутренней поверхности корпуса колонной головки, причем цанговый соединитель дополнительно содержит оправку, выполненную с возможностью линейного перемещения между открытым положением, в котором между внутренней поверхностью корпуса колонной головки и нижними концевыми элементами продольных секторов цангового патрона сохраняется зазор, и закрытым положением, в котором кольцевые канавки нижних концевых элементов продольных секторов цангового патрона входят в зацепление с кольцевыми канавками внутренней поверхности корпуса колонной головки, обеспечивая таким образом соединение между корпусом колонной головки и корпусом блока задвижек устьевой елки.

Зацепление кольцевых канавок нижних концевых элементов продольных секторов цангового патрона с кольцевыми канавками внутренней поверхности корпуса колонной головки обеспечивает внутреннее соединение корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, причем указанное соединение воспринимает исключительно усилие растяжения при эксплуатации, операциях монтажа и обслуживания оборудования; усилия, воздействующие на соединение при приложении изгибающего момента, воспринимаются корпусом блока задвижек устьевой елки. За счет указанного разнесения элементов, воспринимающих усилие растяжения и изгибающего момента, достигается повышение степени надежности и герметичности соединения при одновременном снижением массогабаритных характеристик.

Герметичность соединения обеспечивается за счет установки основного кольцевого металлического уплотнения между торцами корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, а также неметаллического или комбинированного неметаллического и металлического уплотнения между внешней поверхностью корпуса колонной головки и внутренней поверхностью корпуса блока задвижек устьевой елки.

Кроме того, в связи с отсутствием фланцевых соединений, а также отсутствием необходимости свинчивания соединений за счет использования цангового патрона достигается упрощение процессов монтажа и демонтажа оборудования на скважинах.

Таким образом, совокупность признаков изобретения в предпочтительном варианте его осуществления, раскрытых выше и представленных в формуле изобретения, обеспечивает достижение заявленного технического результата.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Вышеуказанные преимущества изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания предпочтительного варианта его осуществления, данного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- на фиг. 1 изображен цанговый соединитель при нахождении оправки в открытом положении в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения,

- на фиг. 2 представлен цанговый соединитель при нахождении оправки в закрытом положении в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения,

- на фиг. 3 изображен механизм, при помощи которого производится подгонка внешнего периметра оправки цангового соединителя в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описан цанговый соединитель в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен цанговый соединитель, содержащий корпус (1) колонной головки и корпус (2) блока задвижек устьевой елки. Между внешней поверхностью корпуса (1) колонной головки и внутренней поверхностью корпуса (2) блока задвижек устьевой елки установлено уплотнение (3). В одном из вариантов осуществления изобретения уплотнение (3) выполнено неметаллическим. В другом варианте осуществления изобретения уплотнение (3) выполнено комбинированным неметаллическим и металлическим.

На торцах корпуса (1) колонной головки и корпуса (2) блока задвижек устьевой елки выполнены кольцевая канавка (4) и кольцевая канавка (5) соответственно. В указанных кольцевых канавках (4) и (5) установлено основное кольцевое металлическое уплотнение (6).

Цанговый соединитель содержит цанговый патрон (7), установленный внутри корпуса (2) блока задвижек устьевой елки. Цанговый патрон (7) состоит из множества продольных секторов (8). Каждый продольный сектор (8) содержит верхний концевой элемент (9) и нижний концевой элемент (10).

Верхний концевой элемент (9) входит в кольцевое углубление (11) внутренней поверхности корпуса (2) блока задвижек устьевой елки.

Нижний концевой элемент (10) содержит кольцевые канавки (12), соответствующие кольцевым канавкам (13), выполненным на внутренней поверхности корпуса (1) колонной головки.

Цанговый соединитель также содержит оправку (14), выполненную с возможностью линейного перемещения между открытым положением (иллюстрируется на фиг. 1) и закрытым положением (показано на фиг. 2).

В открытом положении между внутренней поверхностью корпуса (1) колонной головки и нижними концевыми элементами (10) продольных секторов (8) цангового патрона (7) сохраняется зазор.

В закрытом положении кольцевые канавки (12) нижних концевых элементов (10) продольных секторов (8) цангового патрона (7) входят в зацепление с кольцевыми канавками (13) внутренней поверхности корпуса (1) колонной головки, обеспечивая таким образом соединение между корпусом (1) колонной головки и корпусом (2) блока задвижек устьевой елки.

Корпус (2) блока задвижек устьевой елки устанавливается на корпус (1) колонной головки через основное кольцевое металлическое уплотнение (6). Оправка (14) находится в открытом положении. Далее, путем запрессовки оправки (14) происходит разжатие продольных секторов (8) цангового патрона (7), кольцевые канавки (12) нижних концевых элементов (10) продольных секторов (8) цангового патрона (7) входят в зацепление с кольцевыми канавками (13) внутренней поверхности корпуса (1) колонной головки, обеспечивая таким образом соединение между корпусом (1) колонной головки и корпусом (2) блока задвижек устьевой елки.

Закрепление корпуса (2) блока задвижек устьевой елки на корпусе (1) колонной головки осуществляется при помощи инструмента для спуска. Инструмент для спуска дополнительно оснащают конструкцией, обеспечивающей возможность создания требуемого расчетного усилия вдоль продольной оси корпуса (1) колонной головки.

Перед спуском корпуса (2) блока задвижек устьевой елки оправку (14) устанавливают в открытое положение, корпус (2) блока задвижек устьевой елки опускают к устью скважины и после центрирования на корпусе (1) колонной головки, инструментом для спуска производится перемещение оправки в закрытое положение.

Оправка (14) для зажима цангового патрона (7) фиксируется от произвольного перемещения последующей установкой подвески насосно-компрессорных труб.

Для обеспечения требуемого усилия поджатия основного кольцевого металлического уплотнения (6) производится подгонка внешнего периметра оправки (14), находящегося в контакте с продольными секторами (8) цангового патрона (7).

Указанную подгонку реализуют посредством механизма, изображенного на фиг. 3.

Нижняя часть оправки (14) обработана под установку разрезного кольца (15), состоящего из секторов, которые удерживаются на корпусе оправки (14) комплектом (16) кольцевых пружин. Внутренняя поверхность секторов разрезного кольца (15) выполнена конической. Снизу секторы разрезного кольца (15) фиксируются крышкой (17), которая крепится к оправке (14) при помощи винтов (18).

Таким образом, при эксплуатации цангового соединителя, оснащенного упомянутым механизмом, исключается перемещение секторов разрезного кольца (15) в осевом направлении. Внешняя поверхность втулки (19) выполнена конической, с уклоном, противоположным уклону разрезного кольца (15).

Изменение внешнего диаметра оправки (14) производится путем перемещения втулки (19) в осевом направлении. Перемещение осуществляется при помощи гайки (20), установленной на резьбовой части крышки (17).

Втулка (19) выполнена таким образом, что часть упорных поверхностей втулки (19) выступает за пределы крышки (17) через пазы, предусмотренные механизмом. Таким образом, обеспечивается возможность регулировки внешнего диаметра оправки (14) без необходимости ее демонтажа и разбора.

Регулировка требуемого усилия запрессовки оправки (14) производится в следующей последовательности:

устанавливают корпус (2) блока задвижек устьевой елки на корпус (1) колонной головки,

устанавливают оправку (14) в закрытое положение,

фиксируют усилие закрытия,

устанавливают оправку (14) в открытое положение,

демонтируют корпус (2) блока задвижек устьевой елки с корпуса (1) колонной головки,

перемещают оправку (14) в закрытое положение,

производят расчет для определения направления вращения гайки (20), а также количества оборотов вращения,

при помощи гайки (20) перемещают втулку (19) в требуемом направлении, переводят оправку (14) в открытое положение.

Необходимо понимать, что описанный выше для примера предпочтительный вариант осуществления изобретения не ограничивает объем настоящего изобретения. После ознакомления с настоящим описанием специалисты в данной области техники могут предложить множество изменений и дополнений к описанным вариантам осуществления, все из которых будут попадать в объем патентной защиты изобретения, определяемый нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам оборудования устья скважины. Техническим результатом является повышение степени надежности и герметичности соединения при одновременном снижении массогабаритных характеристик и упрощении процессов монтажа и демонтажа оборудования на скважинах. Предложен цанговый соединитель, содержащий корпус колонной головки и корпус блока задвижек устьевой елки, выполненные с возможностью установки между внешней поверхностью корпуса колонной головки и внутренней поверхностью корпуса блока задвижек устьевой елки уплотнения, а также с возможностью установки в кольцевых канавках, выполненных на торцах корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, основного кольцевого металлического уплотнения. Указанный соединитель содержит цанговый патрон, выполненный с возможностью установки внутри корпуса блока задвижек устьевой елки и содержащий множество продольных секторов, причем каждый продольный сектор цангового патрона содержит верхний концевой элемент, выполненный таким образом, чтобы входить в кольцевое углубление, выполненное на внутренней поверхности корпуса блока задвижек устьевой елки, и нижний концевой элемент, содержащий кольцевые канавки, соответствующие кольцевым канавкам, выполненным на внутренней поверхности корпуса колонной головки. Цанговый соединитель дополнительно содержит оправку, выполненную с возможностью линейного перемещения между открытым положением, в котором между внутренней поверхностью корпуса колонной головки и нижними концевыми элементами продольных секторов цангового патрона сохраняется зазор, и закрытым положением, в котором кольцевые канавки нижних концевых элементов продольных секторов цангового патрона входят в зацепление с кольцевыми канавками внутренней поверхности корпуса колонной головки, обеспечивая таким образом соединение между корпусом колонной головки и корпусом блока задвижек устьевой елки. Кроме того, оправка содержит механизм для регулировки внешнего диаметра. Указанный механизм содержит: разрезное кольцо, выполненное с возможностью установки на нижнюю часть оправки, причем разрезное кольцо состоит из секторов, внутренняя поверхность которых выполнена конической; крышку, выполненную с возможностью фиксации секторов разрезного кольца; а также втулку, выполненную с возможностью перемещения в осевом направлении. Причем внешняя поверхность втулки выполнена конической, с уклоном, противоположным уклону разрезного кольца, а часть упорных поверхностей втулки выступает за пределы крышки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Цанговый соединитель для соединения корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, содержащий корпус колонной головки и корпус блока задвижек устьевой елки, выполненные с возможностью установки между внешней поверхностью корпуса колонной головки и внутренней поверхностью корпуса блока задвижек устьевой елки уплотнения, а также с возможностью установки в кольцевых канавках, выполненных на торцах корпуса колонной головки и корпуса блока задвижек устьевой елки, основного кольцевого металлического уплотнения; цанговый патрон, выполненный с возможностью установки внутри корпуса блока задвижек устьевой елки и содержащий множество продольных секторов, причем каждый продольный сектор цангового патрона содержит верхний концевой элемент, выполненный таким образом, чтобы входить в кольцевое углубление, выполненное на внутренней поверхности корпуса блока задвижек устьевой елки, и нижний концевой элемент, содержащий кольцевые канавки, соответствующие кольцевым канавкам, выполненным на внутренней поверхности корпуса колонной головки; причем цанговый соединитель дополнительно содержит оправку, выполненную с возможностью линейного перемещения между открытым положением, в котором между внутренней поверхностью корпуса колонной головки и нижними концевыми элементами продольных секторов цангового патрона сохраняется зазор, и закрытым положением, в котором кольцевые канавки нижних концевых элементов продольных секторов цангового патрона входят в зацепление с кольцевыми канавками внутренней поверхности корпуса колонной головки, обеспечивая таким образом соединение между корпусом колонной головки и корпусом блока задвижек устьевой елки; при этом оправка содержит механизм для регулировки внешнего диаметра, содержащий разрезное кольцо, выполненное с возможностью установки на нижнюю часть оправки, причем разрезное кольцо состоит из секторов, внутренняя поверхность которых выполнена конической; крышку, выполненную с возможностью фиксации секторов разрезного кольца; а также втулку, выполненную с возможностью перемещения в осевом направлении, причем внешняя поверхность втулки выполнена конической, с уклоном, противоположным уклону разрезного кольца, а часть упорных поверхностей втулки выступает за пределы крышки.

2. Цанговый соединитель по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено неметаллическим.

3. Цанговый соединитель по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено комбинированным неметаллическим и металлическим.