Превентор плашечный сдвоенный Российский патент 2020 года по МПК E21B33/06 

Превентор плашечный сдвоенный относится к оборудованию, применяемому для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при их строительстве, освоении и ремонте с целью обеспечения безопасного ведения работ по предупреждению и ликвидации нефтегазоводопроявлений и открытых фонтанов, для охраны недр и окружающей среды.

Известен превентор (RU168626U1; [1]), содержащий корпус с центральным проходным отверстием и полостями, расположенными поперек продольной оси центрального проходного отверстия, в полостях расположены рабочие органы, оснащенные механизмами привода, механизмы привода установлены в боковых крышках, зафиксированных на корпусе крепежными элементами, корпус оснащен полостью обогрева, как минимум в одном крепежном элементе выполнен канал, сообщенный с полостью обогрева через ответный канал в корпусе, шпильки, оснащенные продольным осевым каналом, расположены на средней линии между двумя смежными боковыми крышками.

Конструкция камеры обогрева известного превентора [1] обеспечивает обогрев только средней части корпуса превентора. Кроме того, расположение подводящих и отводящих теплоноситель каналов в шпильках ослабляет крепёжные элементы приводов и создаёт риск повреждения линий подвода теплоносителя при демонтаже приводов и замене плашек.

Известен превентор с ручным приводом рабочих органов (RU 183525U1; [2]), который содержит корпус с верхним и нижним фланцами для присоединения к устьевому оборудованию и осевым каналом для прохода труб в скважину, подвижные рабочие органы (плашки) для герметизации осевого канала, расположенные в горизонтальных полостях корпуса. Горизонтальные полости корпуса закрыты со стороны привалочных поверхностей боковыми крышками, оснащенными стаканами. Боковые крышки зафиксированы крепежными элементами. В стаканах боковых крышек установлен ручной винтовой привод для перемещения рабочих органов. Каждый привод снабжен приводным винтом, оснащенным двумя резьбовыми участками с разнонаправленной винтовой нарезкой. Один участок приводного винта имеет правостороннюю винтовую нарезку, другой участок приводного винта имеет левостороннюю винтовую нарезку. Приводной винт образует первую винтовую пару со стаканом боковой крышки и вторую винтовую пару с толкателем, соединенным с рабочим органом. Корпус превентора содержит каналы для прохода теплоносителя и камеру обогрева, два резьбовых отверстия в камеру обогрева с установленными в них штуцерами, расположенными со стороны привалочных поверхностей корпуса, при этом штуцера контактируют с боковыми крышками. Предусмотрено что корпус содержит четыре отверстия в камеру обогрева с установленными в них штуцерами, по два отверстия расположены со стороны каждой из привалочных поверхностей корпуса, на средней линии между смежными боковыми крышками, штуцеры контактируют с боковыми крышками.

Конструкция камеры обогрева известного превентора [2] не обеспечивает обогрев верхней части верхнего плашечного канала корпуса превентора, контактирующей с уплотнительными элементами плашек и нижней части нижнего плашечного канала корпуса превентора, контактирующей с корпусами плашек. Кроме того, расположение подводящих и отводящих теплоноситель патрубков со стороны привалочных поверхностей корпуса создаёт риск повреждения линий подвода теплоносителя при замене плашек и трудности при работе с приводами превентора.

В качестве прототипа выбран превентор(RU 52907U1; [3]), который является наиболее близким к заявленному техническому решению.Корпус превенторавыполнен двухступенчатым с верхним и нижним фланцами и имеет сквозной осевой канал для прохода спускаемых в скважину труб и две пары боковых каналов, попарно расположенные в верхней и нижней ступени корпуса. Каждый боковой канал закрыт боковой крышкой. В верхних боковых каналах расположены две плашки трубные для герметизации труб по наружному диаметру, а в нижних боковых каналах – две плашки глухие для перекрытия осевого канала корпуса при отсутствии труб в скважине. Каждая плашка перемещается посредством автономного винтового привода, установленного в соответствующей боковой крышке. Привод выполнен с двухступенчатым винтом с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей с корпусом привода, и резьбой левосторонней навивки на другой ступени. В верхнем фланце выполнены боковые радиальные сквозные отверстия, в каждом из которых расположено средство фиксации герметизирующих вставок. Для контроля положения подвижной плашки на концевой части двухступенчатого винта выполнены кольцевые канавки, расстояние между которыми коррелируется с ходом подвижной плашки из одного крайнего положения в другое. В корпусе дополнительно имеется полость обогрева для подвода теплоносителя через крышку со штуцером. Полость для теплоносителя выполнена кольцевой. Вывод теплоносителя осуществляется через крышку с другой стороны корпуса.

Эргономичное расположение патрубков для подвода и отвода теплоносителя на поверхностях свободных от органов управления приводами превентора [3] исключает риск их повреждения и не создаёт затруднений при эксплуатации превентора во время аварийной ситуации. Однако недостатком известного превентора [3] является расположение единственной кольцевой полости обогрева между верхними и нижними боковыми каналами, что не обеспечивает эффективного обогрева плашек и снижает надежность работы превентора при низких температурах.

Таким образом, система обогрева известных превенторов [1, 2, 3] является неэффективной, что требует усовершенствования конструкции камеры обогрева.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является выбранный в качестве прототипа превентор [3].

Раскрытие сущности технического решения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в сохранении работоспособности и увеличении срока службы превентора при его эксплуатации в условиях отрицательных температур.

Технический результат обеспечивает надёжную герметизацию устья скважины при отрицательных температурах за счёт усовершенствования конструкции камеры обогрева превентора; устраняет недостатки указанных аналогов и прототипа.

Для достижения указанного технического результата предлагается превентор, содержащий цельнолитой корпус из легированной стали с верхним и нижним фланцами, имеющий сквозной осевой канал для прохода спускаемых в скважину труб, две пары боковых каналов (верхняя пара и нижняя пара), расположенных противоположно друг другу, ориентированных перпендикулярно осевому каналу и закрытых боковыми крышками. Внутри корпуса, в боковых каналах, размещены плашечные затворы, содержащие по две противоположно расположенные плашки, трубные для герметизации труб по наружному диаметру и глухие для перекрытия сквозного осевого канала при отсутствии труб в скважине. Трубные плашки установлены в верхних боковых каналах корпуса с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу. Глухие плашки установлены в нижних боковых каналах корпуса с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном осевому каналу. В превенторе имеется по одному автономному винтовому приводу для каждой плашки, установленному в соответствующей боковой крышке.

На боковых сторонах корпуса превентора выполнены приливы с отверстиями, в которые установлены такелажные петли, сквозь которые можно пропускать подъёмный канат или стропы для надёжной транспортировки и установки превентора на устье скважины.

Сквозной осевой канал в корпусе выполнен либо весь цилиндрическим, либо часть этого канала, расположенная выше верхних боковых каналов выполнена коническим, обращенным большим основанием конуса наружу, при этом при выполнении части осевого канала коническим в верхнем фланце выполнены, по меньшей мере, два боковых радиальных сквозных отверстия, каждое из которых предназначено для герметичного размещения средства фиксации герметизирующих вставок, при этом рабочий хвостовик средства фиксации выполнен с продольной лыской. На торцевых частях верхнего и нижнего фланцев выполнена кольцевая канавка, служащая для размещения уплотнительного кольца.

Винтовой привод плашки установлен герметично и выполнен с расположенным в стакане привода двухступенчатым винтом с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей со стаканом привода, и резьбой левосторонней навивки на другой ступени, взаимодействующей с толкателем плашки, расположенным с возможностью перемещения в стакане привода. Торец бурта на винте служит ограничителем перемещения винта при закрытии плашек. Для защиты резьбы винта от загрязнения на квадратном хвостовике двухступенчатого винта, установлен кожух. Для контроля положения подвижной плашки в корпусе превентора, на стакане привода выполнена проточка, а расстояние между кромкой кожуха и шестигранной частью стакана коррелируется с ходом подвижной плашки от одного крайнего положения до другого. На квадратном хвостовике винта привода установлен штурвал.

Исполнение верхнего фланца, по меньшей мере, с двумя сквозными боковыми радиальными отверстиями, преимущественно расположенными друг относительно друга под одинаковым углом, в каждом из которых размещено средство фиксации герметизирующей вставки, позволяет надежно фиксировать вставку в превенторе и безопасно проводить ремонтные работы на скважине. Наличие на рабочем хвостовике продольной лыски обеспечивает надёжное прижатие герметизирующей вставки к осевому каналу, наличие на торцевой части верхнего фланца кольцевой канавки и примыкающего к ней со стороны осевого канала корпуса кольцевого буртика, служащего для размещения уплотнительного кольца, создает при прохождении через превентор насосно-компрессорной трубы дополнительные условия для предупреждения выбросов и открытых фонтанов.

Согласно заявленному изобретению на наружных боковых сторонах корпуса превентора на участках между боковыми крышками выполнены полости, соединённые между собой сквозными каналами, попарно расположенными под нижними боковыми каналами, между нижними и верхними боковыми каналами, над верхними боковыми каналами, закрыты съёмными крышками и образующие герметичную камеру обогрева, при этом каждая съёмная крышка для подвода и отвода теплоносителя оснащена парой штуцеров. Обогрев корпуса превентора и уплотнительных элементов плашек способствует увеличению срока службы уплотнительных элементов плашек и обеспечивает надежность герметизации устья скважины в условиях низких температур.

Изобретение поясняется настоящим описанием и фигурами:

фиг.1 – общий вид превентора;

фиг.2 – превентор в разобранном состоянии;

фиг.3–превентор в разрезе, вид сбоку;

фиг.4 – превентор в разрезе, вид спереди;

фиг.5 – привод плашки превентора в разрезе;

Превентор содержит корпус 1 с верхним фланцем 2 и нижним фланцем 3. Корпус 1 выполнен цельнолитым из легированной стали и имеет приливы с отверстиями с установленными в них такелажными петлями 37. В корпусе 1 выполнен сквозной осевой канал 4 для прохода спускаемых в скважину труб, два верхних боковых канала 5 и два нижних боковых канала6. Часть сквозного осевого канала 4, расположенная выше верхних боковых каналов 5, может быть выполнена по форме усеченного конуса 7, выполненного в верхней части корпуса 1 превентора, и цилиндрического участка 8, составляющего остальную часть канала 4. Конический участок 7 обращен своим большим основанием 9 наружу верхнего фланца 2. Верхние5 и нижние 6 боковые каналы расположены противоположно друг другу и ориентированы перпендикулярно осевому каналу 4. Оси верхних 5 и нижних 6 боковых каналов расположены параллельно друг другу. Снаружи корпуса 1 боковые каналы 5 и 6 закрыты боковыми крышками 10 и 11.

Внутри корпуса 1, в верхних боковых каналах 5, расположен плашечный затвор, который состоит из двух противоположно расположенных плашек 12, предназначенных для герметизации труб по их наружному диаметру. Плашки 12 установлены в боковых каналах 5 корпуса 1 и могут перемещаться в этих каналах в направлении, перпендикулярном осевому каналу 4 корпуса 1.

Каждая плашка 12 имеет автономный винтовой привод 13, который установлен в боковых крышках 10, 11. Винтовой привод 13 плашки 12 содержит расположенный в стакане 14 этого привода двухступенчатый винт 15. Двухступенчатый винт 15 имеет участок 16 с резьбой правосторонней навивки на одной из его ступеней, взаимодействующей со стаканом 14, и участок 17 с резьбой левосторонней навивки на другой его ступени, взаимодействующей с толкателем 18 соответствующей плашки 12.

На квадратном хвостовике 19 двухступенчатого винта 15, установлен кожух 20. Благодаря кромке кожуха 20 и проточке 21 стакана 14 можно проконтролировать положение плашки 12 внутри корпуса 1. Расстояние между кромкой кожуха 20 и шестигранной частью стакана 14 коррелируется с ходом подвижной плашки 12от одного крайнего положения до другого. Каждый двухступенчатый винт 15 имеет хвостовик 19 для установки штурвала 22 винтового привода 13. Ограничителем для штурвала 22 является торец кольцевого выступа 23. Другой торец выступа 23 служит ограничителем перемещения винта 15 при закрытии плашек 12.

Внутри корпуса 1, в нижнем боковом канале 6,расположен плашечный затвор, который состоит из двух противоположно расположенных плашек 36, предназначенных для перекрытия сквозного осевого канала 4 корпуса 1 при отсутствии труб в скважине.

При выполнении верхней части осевого канала коническим верхний фланец 2 имеет как минимум два сквозных боковых радиальных отверстия 24, которые могут быть расположены как под одинаковым углом друг относительно друга, так и под разными углами. Каждое отверстие 24 предназначено для установки в нем средства фиксации 25 герметизирующих вставок, рабочий хвостовик26 которого выполнен с продольной конической лыской, взаимодействующей с конической поверхностью герметизирующей вставки. На торцевой части фланцев 2, 3 выполнены кольцевые канавки 27 для размещения уплотнительных колец.

На наружных сторонах корпуса 1 на участках между боковыми крышками 10, 11, закрывающими верхние и нижние боковые каналы 5, 6 выполнены герметичные полости обогрева 28 и 38, закрытые съёмными крышками 29 со штуцерами 30, 34 для подвода и отвода теплоносителя под давлением. Полости обогрева 28 и 38, сообщаются между собой посредством сквозных каналов 31, попарно расположенных на разных уровнях. Между корпусом 1 и крышками 29 расположены прокладки 32 для герметизации полостей обогрева 28 и 38.Крышки 29 закреплены на корпусе 1 винтами 33. Отверстия в штуцерах 30 и 34 закрыты транспортировочными заглушками 35.

Работает превентор следующим образом.

При использовании превентора его нижний фланец 3 устанавливают на фланец устья скважины и закрепляют. В начальном состоянии плашки 12 расположены в крайнем открытом положении. Для обеспечения герметизации труб, размещаемых в скважине и предварительно зафиксированных средствами фиксации 25, размещенными в радиальных отверстиях 24.Вращая штурвалы 22, приводят в действие автономные винтовые приводы 13. Винт 15 перемещается по резьбе участка 16в стакане 14, перемещая по резьбе участка 17 толкатель 18, который двигает плашки 12. В результате плашки 12 перемещаются к центру осевого канала 4 из своего крайнего открытого положения в крайнее закрытое положение, при котором они вступают в контакт с герметизируемой трубой и плотно обжимают ее. Разгерметизация труб осуществляется перемещением плашек 12 в крайние открытые положения в обратной последовательности. При движении винта 15, кромка установленного на нём кожуха 20, перемещаясь над поверхностью стакана 14, своим положением относительно проточки 21 и шестигранной части стакана 14осуществляет индикацию, опосредованно указывая на положение плашки 12 в корпусе 1. В открытом положении привода 13 кожух 20 закрывает резьбу винта 15 и защищает от загрязнения. В случае отсутствия труб в скважине осевой канал 4 перекрывают глухими плашками 36, установленными в нижних боковых каналах 6, которые для этого перемещают автономным винтовым приводом 13 в направлении центра осевого вертикального канала 4 корпуса 1.

При отрицательных температурах для предотвращения примерзания плашек 12 и 36 к корпусу 1 производят обогрев превентора. Когда плашки12 и 36находятся в закрытом положении и контактируют с корпусом 1, подача теплоносителя (жидкого или газообразного) в полость обогрева 28 осуществляется через штуцер 30 крышки обогрева 29, а отвод через штуцер 34 на другой крышке 29 обогрева с противоположной стороны корпуса 1. Для этого штуцеры 30 и 34 подсоединяют к соответствующим магистралям (не показаны) системы обогрева. Теплоноситель проходит через штуцер 30в полость обогрева 28, переходит по сквозным каналам 31 в полость обогрева 38, при этом нагревает корпус 1 и выходит через штуцер 34. Тепло от корпуса 1 передается на плашки 12 и 36. Нагрев корпуса 1 и плашек 12 и 36приводит к размораживанию замерзшего флюида и конденсата препятствующего движению плашек 12 и 36 в боковых каналах 5 и 6 корпуса 1. Теплоноситель циркулирует отштуцера30 через полость обогрева 28, сквозные каналы 31, полость обогрева 38 и отводится через штуцер 34. Подача теплоносителя устраняет примерзание (прихват) плашек 12 и 36 к корпусу 1 и приводам 13 при отрицательных температурах.

Превентор обеспечивает безопасное ведение работ на скважине, предупреждение выбросов и открытых фонтанов, охрану недр и окружающей среды в соответствии с требованиями нормативных документов.

Предложенная конструкция камеры обогрева по сравнению с аналогами и прототипом имеет большую площадь обогреваемой поверхности, позволяет производить обогрев каждой плашки с четырёх сторон (нижняя, верхняя, две боковые). Применение усовершенствованной конструкции камеры обогрева расширяет эксплуатационные возможности и обеспечивает надёжную работу превентора в условиях низких температур. Кроме того, используя предлагаемую конструкцию камеры обогрева, можно устранить недостатки указанных аналогов и прототипа. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию изобретения «новизна».

Внедрение данного изобретения не требует больших затрат и способствует быстрому промышленному освоению.

Превентор прост в обслуживании и позволяет предупредить выбросы и открытые фонтаны нефтяных и газовых скважин при ремонтных работах, что сохраняет экологическое равновесие окружающей среды.

Превентор изготавливается в соответствии с ТУ и ГОСТ.

Изобретение относится к устьевому оборудованию, применяемому для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при их строительстве, освоении и ремонте с целью обеспечения безопасного ведения работ по предупреждению и ликвидации нефтегазоводопроявлений и открытых фонтанов, для охраны недр и окружающей среды. Технический результат заключается в сохранении работоспособности и увеличении срока службы превентора при его эксплуатации в условиях отрицательных температур. Предложен превентор, содержащий цельнолитой корпус из легированной стали с верхним и нижним фланцем, верхний фланец имеет как минимум два сквозных боковых радиальных отверстия для установки в них средств фиксации герметизирующих вставок, сквозной осевой канал для прохода спускаемых в скважину труб, два верхних и два нижних боковых канала, которые перпендикулярны осевому каналу, оси верхних и нижних боковых каналов расположены параллельно друг другу, два плашечных затвора, состоящих из двух противоположно расположенных плашек, четыре автономных винтовых привода плашек и герметичную камеру обогрева, образованную двумя полостями, которые выполнены на наружных боковых сторонах корпуса превентора на участках между боковыми крышками. Указанные полости соединены между собой сквозными каналами, попарно расположенными под нижними боковыми каналами, между нижними и верхними боковыми каналами, над верхними боковыми каналами и закрыты съёмными крышками для подвода и отвода теплоносителя. 5 ил.

Превентор, содержащий цельнолитой корпус из легированной стали с верхним и нижним фланцем, верхний фланец имеет как минимум два сквозных боковых радиальных отверстия для установки в них средств фиксации герметизирующих вставок, сквозным осевым каналом для прохода спускаемых в скважину труб, двумя верхними и двумя нижними боковыми каналами, расположенными противоположно друг другу и ориентированными перпендикулярно осевому каналу, оси верхних и нижних боковых каналов расположены параллельно друг другу, два плашечных затвора, состоящих из двух противоположно расположенных плашек, и четыре автономных винтовых привода плашек, отличающийся тем, что герметичная камера обогрева образована двумя полостями, которые выполнены на наружных боковых сторонах корпуса превентора на участках между боковыми крышками, указанные полости соединены между собой сквозными каналами, попарно расположенными под нижними боковыми каналами, между нижними и верхними боковыми каналами, над верхними боковыми каналами и закрыты съёмными крышками, при этом каждая съёмная крышка для подвода и отвода теплоносителя оснащена парой штуцеров.