ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО РЕЗКИ КАБЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК E21B29/04 

Область техники

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к техническим средствам для ликвидации газонефтеводопроявлений (ГНВП) при производстве геофизических работ на скважинах. Более конкретно, изобретение предназначено для экстренной резки стальных канатов, тросов и кабелей из углеродистой и нержавеющей сталей в аварийных ситуациях, возникающих на скважине при проведении геофизических или иных работ под натяжением.

Уровень техники

В уровне техники при возникновении ГНВП предписано осуществлять герметизацию канала бурильных труб и устья скважины (например, Инструкция по предупреждению газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов при строительстве и ремонте скважин в нефтяной и газовой промышленности РД 08-254-98, 2010). Соответственно, в случае возникновения аварийной ситуации на скважине, требующей перекрытия скважины наглухо, появляется необходимость в срочном устранении кабеля (например, геофизического) из зоны герметизирующих устройств. Существующие методы в случае аварии предусматривают снятие натяжения с кабеля путем вытаскивания оборудования на кабеле из скважины или спуска его на забой до момента, пока кабель полностью не провиснет или не ляжет на мостки. В случае тяжелой аварии оперативное перерезание кабеля является единственно возможным методом, позволяющим в короткий срок обеспечить возможность подготовки скважины к герметизации в целях сокращения времени нахождения обслуживающего персонала в опасной зоне.

Вместе с тем, в момент окончания резки кабеля возникает опасная ситуация на устье скважины и возле каротажного подъемника, на котором установлена лебедка с кабелем. А именно, в момент обрезания кабеля, со всего оборудования, участвующего в спуске кабеля, резко снимается натяжение, которое может достигать значительной величины (до 2-5 т). Вследствие указанного, расположенная на поверхности талевая система с блоком для кабеля резко «подпрыгивает» вверх, а подъемник делает резкий рывок вперед, создавая опасность для обслуживающего персонала.

Существующие в уровне техники устройства, предназначенные для резки кабелей/тросов в условиях разработки скважины, не предусматривают решений по предотвращению перемещений талевой системы при размещении на кабеле геофизического оборудования, т.е. в тот момент, когда кабель находится под натяжением.

Так, известен скважинный канаторез по авторскому свидетельству SU 939720 A1, 30.06.1982. Известное решение включает штангу с опорной поверхностью для каната, прикрепленную к штанге обойму и установленный а обойме на горизонтальной оси резак с ножом, режущая кромка которого параллельна опорной поверхности штанги и горизонтальной оси резака и выполнена на расстоянии, равном наименьшему расстоянию между горизонтальной осью и опорной поверхностью.

Устройство обеспечивает повышение надежности перерезания путем исключения проскальзывания канатореза, однако не позволяет предотвратить механические перемещения талевой системы при резком снятии натяжения с кабеля.

Также известно устройство для резки кабеля по авторскому свидетельству SU 1521856 A1, 15.11.1989. Корпус устройства имеет съемный вкладыш для перекрытия в рабочем положении его бокового поперечного выреза и выполнен с фланцем. Последний имеет поворотную ось в средней части и фиксатор в концевой и размещен на боковой поверхности корпуса в плоскости, перпендикулярной продольной плоскости симметрии выреза. По отверстию в момент подачи сжатого газа в полость цилиндра одновременно в место резки кабеля подается инертный газ, поэтому резка кабеля происходит в среде инертного газа и исключается возможность возникновения взрыва в этот момент.

Известное решение обеспечивает снижение вероятности взрыва в условиях загазованности, однако так же не имеет возможности предотвращения механических перемещений талевой системы при резком снятии натяжения с кабеля.

Предлагаемое изобретение направлено на преодоление существующих недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить достижение технических результатов, заключающихся в сокращении времени на герметизацию скважины, в повышении безопасности резки кабеля в рабочем состоянии (при натяжении кабеля), а также в адаптации устройства к сечению кабеля.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанных выше технических результатов согласно изобретению предлагается гидравлическое устройство для резки находящегося под натяжением кабеля (ГУРК), содержащее шарнирный кронштейн, один конец которого посредством зашплинтованной оси соединен с плитой, на которой установлены гидравлический зажим и гидравлический резак, имеющие разъемную конструкцию и соединенные между собой гидролинией с установленным на ней быстроразъемным соединением для соединения с рукавом высокого давления, при этом другой конец шарнирного кронштейна через зашплинтованную ось соединен с опорой крепления к ротору буровой установки.

Далее в описании приведены подробные сведения, раскрывающие сущность предлагаемого изобретения и показывающие возможность достижения указанных выше, а также иных следующих из описания для специалиста технических результатов.

Осуществление изобретения

Для более полного понимания сущности и в целях подробного раскрытия изобретения в описании приведены отсылки на поясняющий чертеж (фиг. 1), согласно позициям которого представлены:

01 – кабель; 02 – шарнирный кронштейн; 03 – плита; 04 – гидравлический зажим; 05 – гидравлический резак; 06 – гидролиния; 07 – быстроразъемное соединение; 08 – рукав высокого давления 09 – опора крепления; 10 –гидростанция; 11 – пульт управления 12 – ручка.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемое устройство предназначено для экстренной резки стальных канатов, тросов и кабелей из углеродистой нержавеющей стали при аварийных ситуациях, возникающих на скважинах при проведении геофизических и иных работ в условиях нахождения кабеля под натяжением.

В настоящем описании под термином «кабель» преимущественно следует понимать геофизический грузонесущий кабель (каротажный кабель), представляющий собой связующее звено между аппаратными комплексами на поверхности земли и спускаемым в скважину оборудованием. Как правило, посредством каротажного кабеля производится спуск оборудования в ствол, подача электричества к нему и прием полученных данных для последующего анализа. В частности, каротажные кабели применяются при исследовании состояния водозаборных скважин, при перфорации пластов и в ходе промысловых исследований нефтедобывающих скважин и других мероприятиях. Вместе с тем, следует понимать, что предложенное изобретение может быть также использовано и в других областях, где может возникнуть необходимость использования нагруженных изделий, таких как кабели тросы или канаты.

Принцип работы предложенного изобретения заключается в захвате и удержании гидравлическим зажимом (геофизического) кабеля в рабочем (под натяжением) состоянии, т.е. с инструментом или оборудованием, находящимся в скважине, и одновременной обрезкой этого кабеля гидравлическим резаком, без опасности возникновения отскока разрезанного куска кабеля, находящегося над устьем скважины. Жесткая сцепка с обрезанным куском кабеля происходит за счет постоянного зажима кабеля гидравлическим зажимом, жестко зафиксированным к неподвижному элементу роторной установки скважины или фонтанной арматуры.

Гидравлический зажим и гидравлический резак являются гидравлическим инструментом одинакового принципа действия. При подаче гидростанцией давления посредством гидравлической жидкости на поршень рабочего инструмента происходит рабочий ход инструментов, при котором в гидрозажиме осуществляется зажим кабеля, а в гидрорезе – резка кабеля.

Удержание кабеля в процессе резки кабеля происходит гидрозажимом за счет удержания постоянного давления в гидросистеме. Разжим кабеля происходит при сбросе давления в гидросистеме и возврате рабочего инструмента посредством возвратной пружины в исходное положение.

В предпочтительном варианте осуществления, подготовка к работе предложенного устройства осуществляется следующим образом.

Основные узлы устройства (плита с шарнирным кронштейном и опорной плитой, гидростанция с рукавом высокого давления и пультом управления) перемещают на площадку ротора буровой установки. Рукав высокого давления также соединен быстроразъемным соединением с гидростанцией, оснащенной соединенным с ней пультом управления.

Определяют место и схему крепления опорной плиты к ротору, в зависимости от условий эксплуатации:

– к столу ротора посредством болта в отверстие транспортировочных рым-болтов (предпочтительно, не менее размера М22) (фиг. 2);

– к столу ротора посредством болта, взамен болта крепления листа площадки к корпусу редуктора (предпочтительно, не менее размера М22);

– к краю корпуса ротора посредством струбцины, входящей в комплект универсального крепления (фиг. 3).

Прочищают резьбовые отверстия для крепления опоры ГУРК от грязи и проверяют износ резьбы. Вкручиваемый болт должен вкручиваться без люфтов с самого начала резьбы и до конца. Предпочтительно, точка крепления опоры должна находиться в радиусе 1,3 м от центра скважины.

Надежно закрепляют опору крепления по одной из вышеприведенных схем. Болты и гайки должны быть надежно затянуты. Проверяют свободное перемещение устройства из положения ожидания в рабочее и обратно, используя ручку (12).

Соединяют рукав высокого давления (РВД) гидростанции с ГУРК. Подключают к электропитанию гидростанцию. Переводят ГУРК в положение ожидания. Закрывают замки гидрозажима и гидрореза. Нажимают и удерживают кнопку «Пуск» пульта управления гидростанции. Визуально наблюдают перемещение рабочего инструмента.

Отпускают кнопку «Пуск» и выдерживают временной интервал (3 минуты). При этом рабочий инструмент гидрореза и гидроприжима не должен перемещаться обратно. Падение давления наблюдают по встроенному в гидростанцию манометру (давление отрезки 42-50 МПа; падение давления более 10% не допускается).

Размещают гидростанцию с пультом управления в безопасном месте, не допуская кричного натяжения или перегиба РВД. Устройство готово к работе. При наличии пропусков давления, заедании перемещения рабочего инструмента или иных дефектов, оборудование отправляют на ремонт. Откидывают предохранительную крышку и длительно нажимают кнопку «Сброс». При этом рабочий инструмент должен вернуться в исходное положение.

При наступлении аварийной ситуации и возникновения оперативной необходимости резки кабеля останавливают спуско-подъемные операции; обесточивают перерезаемый кабель; раскрывают замок гидрозажима и гидрореза; переводят ГУРК в рабочее положение; помещают кабель в рабочую зону инструмента и закрывают замки, таким образом осуществляя фиксирование кабеля. Далее резку кабеля осуществляют посредством пульта управления, размещаемого в безопасной зоне. Сигналы с пульта управления (11), соединенного с гидростанцией (10) активируют ее работу и, соответственно, срабатывание гидравлического резака, соединенного с гидростанцией посредством рукава высокого давления. Одновременно с этим происходит срабатывание гидравлического зажима с фиксированием обрезаемого кабеля. Таким образом, при обрезании кабеля его верхняя часть остается надежно зафиксированной, в то время как нижняя часть кабеля с размещенным на нем шахтным или скважинным оборудованием падает в ствол шахты или скважины. После обрезки кабеля машинист подъемника может стравить натяжение кабеля до безопасного значения, предотвращающего отскок кабеля. Сброс давления в ГУРК осуществляют после снятия натяжения с кабеля и опускания вниз верхнего направляющего ролика или блок-баланса, перекрытия скважины и проведения необходимых контраварийных работ.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет произвести резку кабеля без опасного отскока перерубаемого кабеля в целях исключения аварийных ситуаций. Устройство обеспечивает захват и удержание кабеля от отскока со стороны верхней части кабеля, резку и свободное падение отрезанной нижней части в ствол скважины.

При осуществлении изобретения обеспечивается существенное сокращение времени на герметизацию скважины, вследствие того, что устройство может быть заранее размещено на скважине, не препятствуя при этом штатной работе оборудования вследствие наличия подвижного шарнирного кронштейна, имеющего положение ожидания и рабочее положение, перемещение между которыми может обеспечиваться посредством ручки (12). Устройство также обеспечивает повышение безопасности резки кабеля в рабочем состоянии (при натяжении кабеля) вследствие возможности фиксирования части кабеля, которая подвергается механическим нагрузкам при его обрезании. Также устройство адаптировано к различным сечениям кабеля вследствие выполнения гидравлического зажима и резака имеющими разъемную конструкцию, при этом соединение разъемных частей в рабочее положение может быть обеспечено известными из уровня техники средствами (например, болтовыми соединениями).

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к техническим средствам для ликвидации газонефтеводопроявлений при производстве геофизических работ на скважинах. Устройство для резки находящегося под натяжением кабеля содержит шарнирный кронштейн, один конец которого посредством зашплинтованной оси соединен с плитой, на которой установлены гидравлический зажим и гидравлический резак, имеющие разъемную конструкцию и соединенные между собой гидролинией с установленным на ней быстроразъемным соединением для соединения с рукавом высокого давления. Другой конец шарнирного кронштейна через зашплинтованную ось соединен с опорой крепления к ротору буровой установки. Сокращается время на герметизацию скважины, повышается безопасность резки кабеля, обеспечивается адаптация устройства к сечению кабеля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидравлическое устройство для резки находящегося под натяжением кабеля, содержащее шарнирный кронштейн, один конец которого посредством зашплинтованной оси соединен с плитой, на которой установлены гидравлический зажим и гидравлический резак, имеющие разъемную конструкцию и соединенные между собой гидролинией с установленным на ней быстроразъемным соединением для соединения с рукавом высокого давления, при этом другой конец шарнирного кронштейна через зашплинтованную ось соединен с опорой крепления к ротору буровой установки.

2. Гидравлическое устройство для резки находящегося под натяжением кабеля по п. 1, отличающееся тем, что рукав высокого давления также соединен быстроразъемным соединением с гидростанцией, оснащенной соединенным с ней пультом управления.

3. Гидравлическое устройство для резки находящегося под натяжением кабеля по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что опора крепления закреплена к столу ротора посредством болтовых соединений или к краю корпуса ротора посредством струбцины.