Электрогидравлический пенетратор Российский патент 2019 года по МПК E21B33/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области подводной добычи, в частности, к устройствам, обеспечивающим соединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен раскрытый в документе US 5941574 А (опубликован 24.08.1999) горизонтальный пенетратор, представляющий собой соединитель для напорных каналов, содержащий подвижный элемент, выполненный с возможностью избирательного зацепления и расцепления с неподвижным элементом для обеспечения разъединяемого соединения. Подвижный элемент выполнен с возможностью перемещения посредством основного привода, соединенного с оправкой, преимущественно зафиксированной по отношению к неподвижному элементу, но выполненной с возможностью перемещения относительно неподвижного элемента так, чтобы обеспечивать аварийное перемещение подвижного элемента независимо от основного привода. Таким образом, подвижный элемент может быть расцеплен с неподвижным элементом за счет движения оправки в случае отказа основного привода.

Предпочтительно, привод, а также оправка известного из упомянутого документа пенетратора могут приводиться в движение механическим способом с помощью подводного аппарата дистанционного управления.

В частности, привод известного из US 5941574 А пенетратора может включать в себя соединительный механизм для передачи движения от подводного аппарата дистанционного управления. Оправка может содержать воротник с пальцами, находящимися в зацеплении с неподвижным корпусом посредством упорной гильзы. Указанная упорная гильза может быть зафиксирована срезным штифтом к воротнику и присоединена к воротнику посредством соединения мертвого хода, таким образом натяг указанной гильзы будет сперва срезать срезные штифты, позволяя гильзе перемещаться и освобождая пальцы для расцепления с корпусом, а затем протягивая воротник от корпуса посредством соединения мертвого хода. Привод может содержать резьбовой шпиндель либо приводную муфту, зафиксированные с возможностью вращения внутри оправки и перемещения дополнительной приводной гайки или приводной муфты, к которой присоединен подвижный элемент. Может быть предусмотрено множество неподвижных элементов, зацепляемых с множеством подвижных элементов. Также, из уровня техники известен пенетратор, раскрытый в документе СА 2759904 С (опубликован 11.02.2014). Пенетратор, известный из указанного документа, содержит корпус и размещенный внутри указанного корпуса шток поршня, выполненный с возможностью линейного перемещения внутри корпуса таким образом, чтобы соединять и разъединять гидравлические и электрические контакты со сборкой фонтанной арматуры. Известный пенетратор может включать в себя систему крепления штока поршня к корпусу, включающую в себя канал, выполненный в штоке поршня, зажимное кольцо, запоры и стопорную муфту.

Шток поршня известного из СА 2759904 С пенетратора может перемещаться возвратно-поступательно внутри камеры корпуса посредством использования гидравлического механизма. При этом для приведения в движение штока поршня из соединенного положения в разъединенное положение давление может быть подано через гидравлический канал. Гидравлика также может быть использована для перемещения штока в соединенное положение.

Кроме того, известный пенетратор может включать механизм экстренного разъединения, который может быть использован для перемещения поршня из соединенной позиции в разъединенную в случае отказа в режиме нормального разъединения.

Известные из упомянутых публикаций пенетраторы позволяют обеспечивать эффективное в штатном режиме работы соединение и разъединение гидравлических и электрических каналов между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы. Тем не менее, часто возникает необходимость обеспечить упомянутое эффективное соединение при аварийном/нештатном режимах работы (при появлении давления до 34,5 МПа в камере пенетратора), в частности, в случае отказа механизма сброса давления из камеры пенетратора либо при нарушении герметичности корпуса пенетратора.

Кроме того, конструктивные особенности известных пенетраторов не позволяют нивелировать угловые отклонения поршня, возникающие при его перемещении между разъединенным и соединенным положениями, а также не позволяют обеспечить в достаточной степени эффективное экстренное разъединение в случае отказа штатного механизма перемещения поршня пенетратора.

Предлагаемое изобретение направлено на то, чтобы преодолеть по меньшей мере один недостаток, присущий техническим решениям уровня техники.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, решаемой при создании настоящего изобретения, стало создание электрогидравлического пенетратора, конструкция которого позволяет обеспечить эффективное соединение и разъединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в нивелировании угловых отклонений поршня электрогидравлического пенетратора, возникающих при его перемещении между разъединенным и соединенным положениями.

Кроме того, заявленный пенетратор позволяет обеспечить эффективное соединение и разъединение гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы, в том числе при аварийном/нештатном режимах работы, а также эффективное экстренное разъединение в случае отказа штатного механизма перемещения поршня пенетратора.

Заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решаются и достигаются за счет того, что электрогидравлический пенетратор для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы содержит:

корпус, выполненный с возможностью вывода гидравлических и электрических линий;

размещенный внутри корпуса поршень, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня,

причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий,

второй участок поршня и третий участок поршня,

шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и между вторым и третьим участками поршня, причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны,

при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня, причем гидравлические линии выполнены с возможностью соединения с корпусом посредством элементов приема гидравлических линий, размещенных в полостях, выполненных в полых шпилечных элементах, проходящих через отверстия, выполненные в охватывающем поршень кольцевом элементе, и корреспондирующие им отверстия, выполненные в торце корпуса,

при этом электрогидравлический пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а перемещение поршня осуществляется механическим способом с помощью приводного вала, размещенного внутри корпуса.

Кроме того, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решаются и достигаются за счет того, что передача движения от приводного вала поршню осуществляется через передаточный элемент, размещенный в корпусе, причем в указанном передаточном элементе выполнено отверстие, охватывающее приводной вал, и отверстие, охватывающее поршень, причем в отверстии, охватывающем приводной вал, выполнен резьбовой профиль, соответствующий резьбовому профилю, выполненному на участке приводного вала, а в поршне выполнен упорный профиль фиксации передаточного элемента относительно поршня, за счет которого обеспечивается линейное перемещение поршня из разъединенного положения в соединенное положение.

Также, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решаются и достигаются за счет того, что перемещение поршня из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет дополнительного цангового элемента, который при нахождении поршня в соединенном положении зажимается внутри полости, образованной между поршнем и корпусом, а при вращении приводного вала, передаваемого посредством передаточного элемента, протягивается в освобожденное положение, обеспечивая перемещение поршня в разъединенное положение.

Дополнительно, заявленные техническая проблема и технический результат соответственно решаются и достигаются за счет того, что механизм экстренного отсоединения представляет собой цанговый патрон, выполненный с возможностью закрепления приводного вала и поршня внутри корпуса, причем указанный цанговый патрон содержит продольные секторы, находящиеся в зацеплении с профилем корпуса; и оправку, обеспечивающую зажатие цангового патрона и корпуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

- на фиг. 1 схематично представлен электрогидравлический пенетратор в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения,

- на фиг. 2 изображен внешний вид электрогидравлического пенетратора с установленным корпусом,

- на фиг. 3 показан электрогидравлический пенетратор без корпуса,

- на фиг. 4 более детально изображен первый, второй и третий участки поршня электрогидравлического пенетратора в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи описан электрогидравлический пенетратор в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 1-4 схематично представлен электрогидравлический пенетратор, содержащий корпус (1) и размещенный внутри корпуса (1) поршень (2), причем поршень (2) содержит первый участок (3) поршня (2), второй участок (4) поршня (2) и третий участок (5) поршня (2).

В каждом из участков (3) и (5) поршня (2) расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины (6), а во втором участке (4) поршня (2) расположены четыре опорные проушины (6), по две с каждой стороны. Опорные проушины (6), каждая, своим концом с выступающей областью выступают за соответствующий первый участок (3), второй участок (4) либо третий участок (5) поршня (2). Противоположные друг другу на первом, втором и третьем участке (3), (4) и (5) поршня (2) выступающие области вместе образуют вилочную часть, внутри которой удерживаются пальцы (7). Пальцы (7) удерживаются, каждое, в отверстии (8), выполненном в выступающей области опорной проушины (6).

Также, в каждом из участков (3) и (5) поршня (2) расположена полость в виде полусферы, а во втором участке (4) поршня (2) расположены две полости в виде полусферы, по одной с каждой стороны. В полостях между первым и вторым участками (3) и (4) поршня (2), а также вторым и третьим участками (4) и (5) поршня (2) размещены шары (9). Шары (9) выполнены с отверстиями, в которых размещены пальцы (7).

Поршень (2) выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении в камере (10), образованной внутри корпуса (1), причем указанное перемещение осуществляется между разъединенным положением поршня (2) и соединенным положением поршня (2).

Первый участок (3) поршня (2) содержит размещенные на одном из своих окончаний электрические соединители (11) и гидравлические соединители

(12), выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня (2) в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических линий

(13) и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры горизонтального типа и подвеской насосно-компрессорной трубы.

Для обеспечения соединения гидравлических линий (13) с корпусом (1) пенетратора в камере (10) размещен кольцевой элемент (14), охватывающий поршень (2), и своими внешними сторонами соприкасающийся с внутренними стенками корпуса (1), формирующими камеру (10). В указанном кольцевом элементе (14) выполнены радиально расположенные отверстия, корреспондирующие отверстиям, выполненным в торце корпуса (1). Каждое указанное отверстие кольцевого элемента (14) и корреспондирующее ему отверстие, выполненное в торце корпуса (1), соединены размещенным в упомянутых отверстиях полым шпилечным элементом (15), в торце которого выполнена радиальная полость, в которой размещен элемент (16) приема гидравлических линий (13). С целью ограничения упомянутого перемещения поршня (2) из разъединенного положения в соединенное положение в корпусе (1) с его внутренней стороны выполнен упорный торец (17).

Для сброса избыточного давления из камеры (10) в корпусе (1) пенетратора размещен механизм сброса давления (не показан).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения перемещение поршня (2) осуществляется механическим способом с помощью дистанционно управляемого аппарата. Например, дистанционно управляемый аппарат может быть соединен с приводным валом (18), размещенным внутри полости (19) корпуса (1) (указанное соединение не показано).

Приводной вал (18), а также поршень (2) закреплены внутри указанной полости (19) посредством цангового патрона (20), содержащего продольные секторы (21), находящиеся в зацеплении с профилем (22) корпуса (1), а также оправки (23), обеспечивающей зажатие цангового патрона (20) и корпуса (1). При упомянутом выше варианте осуществления изобретения передача движения от приводного вала (18) поршню (2) осуществляется через передаточный элемент (24), размещенный в полости (19) корпуса (1). В указанном передаточном элементе (24) выполнено отверстие, охватывающее приводной вал (18), а также отверстие, охватывающее поршень (2), причем приводной вал (18) и поршень (2) проходят через указанные отверстия и преимущественно параллельно друг другу. В отверстии, охватывающем приводной вал (18), выполнен резьбовой профиль, соответствующий резьбовому профилю, выполненному на участке приводного вала (18).

Таким образом, при вращении приводного вала (18) посредством дистанционно управляемого аппарата резьбовой профиль отверстия, охватывающего приводной вал (18), входит в зацепление с резьбовым профилем, выполненным на участке приводного вала (18), за счет чего происходит смещение передаточного элемента (24) вдоль оси приводного вала (18). При этом, за счет того, что в поршне (2) выполнен упорный профиль (25) фиксации передаточного элемента (24) относительно поршня (2), упомянутое смещение передаточного элемента (24) вызывает линейное перемещение поршня (2) в соединенное положение, при котором обеспечивается соединение гидравлических линий (13) и электрических линий.

Перемещение поршня (2) из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет вращения приводного вала (18) в обратную сторону и дополнительного цангового элемента (26), который при нахождении поршня (2) в соединенном положении, размещается внутри полости (27), образованной между поршнем (2) и корпусом (1). Упомянутый выше вариант осуществления изобретения, при котором перемещение поршня (2), обеспечивающее соединение и отсоединение гидравлических линий (13) и электрических линий, осуществляется механическим способом, позволяет обеспечить указанное соединение как при штатном режиме работы, так и при аварийном/нештатном режимах работы.

Также, в предпочтительном варианте осуществления изобретения электрогидравлический пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения в случае отказа описанного выше механизма перемещения поршня (2) между разъединенным положением поршня (2) и соединенным положением поршня (2).

Работа упомянутого механизма экстренного отсоединения заключается в следующем.

Продольные секторы (21) цангового патрона (20) удерживаются в зацеплении с профилем (22) корпуса (1) посредством оправки (23).

При экстренном отсоединении оправка (23) перемещается с помощью аварийного инструмента до упора в гайку (28), срезая штифты (29) и освобождая при этом цанговый патрон (20) и продольные секторы (21) от зацепления с корпусом (1).

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 области подводной добычи и может быть использовано для соединения гидравлических и электрических линий между подводной фонтанной арматурой и подвеской насосно-компрессорных труб. Предложен электрогидравлический пенетратор для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы, содержащий корпус, размещенный внутри корпуса поршень, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня, причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий, второй участок поршня и третий участок поршня, шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и вторым и третьим участками поршня, причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны, при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня, при этом электрогидравлический пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а перемещение поршня осуществляется механическим способом с помощью приводного вала, размещенного внутри корпуса. Изобретение позволяет обеспечить возможность нивелирования угловых отклонений поршня устройства, а также экстренное разъединение в случае отказа в работе штатного механизма перемещения поршня. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрогидравлический пенетратор для соединения гидравлических и электрических линий между блоком подводной фонтанной арматуры и подвеской насосно-компрессорной трубы, содержащий корпус, выполненный с возможностью вывода гидравлических и электрических линий; размещенный внутри корпуса поршень, выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри корпуса между разъединенным положением поршня и соединенным положением поршня, причем поршень содержит первый участок поршня, включающий в себя размещенные на одном из своих окончаний электрические и гидравлические соединители, выполненные таким образом, чтобы при нахождении поршня в соединенном положении обеспечивать соединение гидравлических и электрических линий, второй участок поршня и третий участок поршня, шары, размещенные в полостях, выполненных между первым и вторым участками поршня, и между вторым и третьим участками поршня, причем в каждом из первого и третьего участков поршня расположены по две диаметрально противоположные опорные проушины, а во втором участке поршня расположены четыре опорные проушины, по две с каждой стороны, при этом внутри шаров выполнены отверстия, через которые проходят пальцы, удерживающиеся в опорных проушинах участков поршня, причем гидравлические линии выполнены с возможностью соединения с корпусом посредством элементов приема гидравлических линий, размещенных в полостях, выполненных в полых шпилечных элементах, проходящих через отверстия, выполненные в охватывающем поршень кольцевом элементе, и корреспондирующие им отверстия, выполненные в торце корпуса, при этом электрогидравлический пенетратор снабжен механизмом экстренного отсоединения, а перемещение поршня осуществляется механическим способом с помощью приводного вала, размещенного внутри корпуса.

2. Электрогидравлический пенетратор по п. 1, отличающийся тем, что передача движения от приводного вала поршню осуществляется через передаточный элемент, размещенный в корпусе, причем в указанном передаточном элементе выполнено отверстие, охватывающее приводной вал, и отверстие, охватывающее поршень, причем в отверстии, охватывающем приводной вал, выполнен резьбовой профиль, соответствующий резьбовому профилю, выполненному на участке приводного вала, а в поршне выполнен упорный профиль фиксации передаточного элемента относительно поршня, за счет которого обеспечивается линейное перемещение поршня из разъединенного положения в соединенное положение.

3. Электрогидравлический пенетратор по п. 2, отличающийся тем, что перемещение поршня из соединенного положения в разъединенное положение осуществляется за счет дополнительного цангового элемента, который при нахождении поршня в соединенном положении зажимается внутри полости, образованной между поршнем и корпусом, а при вращении приводного вала, передаваемого посредством передаточного элемента, протягивается в освобожденное положение, обеспечивая перемещение поршня в разъединенное положение.

4. Электрогидравлический пенетратор по п. 1, отличающийся тем, что механизм экстренного отсоединения представляет собой цанговый патрон, выполненный с возможностью закрепления приводного вала и поршня внутри корпуса, причем указанный цанговый патрон содержит продольные секторы, находящиеся в зацеплении с профилем корпуса; и оправку, обеспечивающую зажатие цангового патрона и корпуса.