Способ и стенд для испытания на герметичность затрубного уплотнения подвески обсадной колонны Российский патент 2024 года по МПК G01M3/02 E21B33/02 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности, к устройствам для проведения испытаний затрубного уплотнения для проверки герметичности затрубного уплотнения и установки затрубного уплотнения.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известен стенд испытания затрубного уплотнения (патент РФ №2731436, опуб. 02.09.2020), содержащий по существу цилиндрический корпус, в нижней части которого установлен имитатор подвески обсадной колонны, испытательную крышку, выполненную с возможностью герметичного закрытия корпуса в ходе испытаний, установочную крышку, имеющую центральное отверстие, шток, выполненный в виде цилиндра с переменным диаметром, систему подачи рабочей и испытуемой среды и контроля утечек рабочей и испытуемой среды через затрубное уплотнение. Техническим результатом является надежная проверка работоспособности затрубного уплотнения при двухступенчатой герметизации.

Недостатком данного технического решения является то, что при проверке герметизации затрубных уплотнений различной размерности необходимо изготавливать стенд под соответствующую размерность затрубного уплотнения, что приводит к повышенному расходу материала, из которого изготавливают стенды для испытания затрубных уплотнений труб.

Сущность изобретения

Техническими результатами, достигаемым изобретением, являются упрощение процесса изготовления стенда для испытания затрубных уплотнений со сменными элементами при испытании затрубных уплотнений разной типоразмерности (далее - Стенд), снижение вероятности появления задиров на поверхности поршня, создание способа в котором для испытания затрубных уплотнений различного типоразмера возможно использование элементов одного и того же стенда, сокращение номенклатуры деталей при изготовлении испытательной оснастки для испытания затрубных уплотнений различного типоразмера, снижение расхода материала из которого изготавливают стенды для испытания затрубных уплотнений разных типоразмеров.

Технические результаты достигаются за счет того, что в конструкции стенда применяется прижимной корпус с возможностью установки в нем сменного корпуса, таким образом, что герметичность испытательной камеры обеспечивается за счет прижатия сменного корпуса к испытательной крышке посредством корпуса прижимного, а при испытании затрубного уплотнения разных типоразмеров происходит по крайней мере одно из - заменяется сменный корпус, заменяется имитатор, в имитатор вставляется гильза, меняется поршень, на поршень надевается гильза, а остальные элементы стенда используются без изменений.

Краткое описание чертежей повышение точности позиционирования

Далее в описании приводится возможный, но не единственный вариант исполнения устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при установке затрубного уплотнения меньшего диаметра.

На фиг. 2 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при установке затрубного уплотнения большего диаметра.

На фиг. 3 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной в имитаторе.

На фиг. 4 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной на кольце поршня.

На фиг. 5 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной на поршне.

На фиг. 6 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при проверке на герметичность.

Подробное описание изобретения

Известно, что наружные диаметры обсадных колонн нефтегазовых скважин соседних типоразмеров незначительно отличаются друг от друга (https://oil-ecn.ru/obsadnaia-kolonna.html), что позволяет создать стенд для испытаний затрубного уплотнения, в котором одни и те же элементы стенда используются для установки и испытания затрубных уплотнений различных типоразмеров.

Устройство предназначено для проведения испытаний на герметичность и работоспособность затрубного уплотнения системы колонных головок нефтегазовой скважины и может использоваться при испытаниях как затрубного уплотнения с уплотнением металл по металлу, так и затрубного уплотнения с неметаллическим уплотнением.

Устройство состоит:

1, 21 - корпус;

2, 3, 17, 18, 19 - штуцеры;

4, 22 - затрубное уплотнение;

5, 23 - кольцо поршня;

6, 24 - поршень;

7, 14 - шпилька;

8 - установочная крышка;

9, 13 - гайка;

10, 12 - рым-болт;

11 - корпус гидроцилиндра;

15 - кольцо стопорное;

16 - корпус прижимной;

20, 25 - имитатор;

26 -гильза имитатора;

27 - гильза кольца;

28 - гильза поршня;

29 - пробка;

30 - испытательная крышка.

Устройство и работа устройства поясняется на примере варианта исполнения стенда, предназначенного для испытаний по крайней мере 2-х типоразмеров затрубных уплотнений, что не мешает использовать заявляемое техническое решение при испытаниях 3-х и более типоразмеров затрубного уплотнения, что определяется проектировщиком при проектировании конкретного стенда.

На фиг. 1 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при установке затрубного уплотнения меньшего диаметра.

Корпус 1 выполнен в виде ступенчатой цилиндрической детали со ступенчатым внутренним отверстием, при этом выступающая наружная часть корпуса 1 имеет поверхность, взаимодействующую с корпусом прижимным 16 при прижатии торца корпуса 1 к торцу испытательной крышки 30 для обеспечения герметичности испытательной камеры, при этом, поверхность может быть как плоской поверхностью, так и конической поверхностью, или поверхностью другого типа, что не влияет на достижение заявляемого технического результата. В корпус 1, установлен имитатор 20. Для установки затрубного уплотнения 4 стенд закрывается установочной крышкой 8, имеющей отверстие для поршня 6. Поршень 6 выполнен в виде цилиндра с переменным диаметром. На установочной крышке 8 закреплены грузоподъемные, крепежные и другие элементы стенда, а также корпус гидроцилиндра 11. При активации затрубного уплотнения 4 между корпусом 1 и имитатором 20 устанавливается затрубное уплотнение 4, поршень 6 собранный с кольцом поршня 5 устанавливается в корпус 1 так, что при перемещении поршня 6 вниз кольцо поршня 5 имеет возможность давить на торец затрубного уплотнения 4, при этом кольцо поршня 5 и зафиксировано на поршне 6 кольцом стопорным 15. При установке затрубного уплотнения 4 установочная крышка 8 крепится к корпусу прижимному 16 посредством крепежных элементов, например, шпильками 7, 14 и гайками 9, 13, при этом по крайней мере одна поверхность корпуса прижимного 16 взаимодействует с корпусом 1 прижимая его к установочной крышке 8. Нужно отметить, что такими крепежными элементами могут быть не только шпильки 7, 14 и гайки 9, 13, как представлено на чертеже, а, также, например, болты или другие крепежные элементы. Штуцеры 2, 3, 17, 18, 19 предназначены для подключения к источнику подачи испытательной среды, а также стравливания воздуха. Рым-болты 10 и 12 служат строповки стенда при проведении грузоподъемных операций.

Заявляемое техническое решение, в котором корпус 1 установлен в корпусе прижимном 16, позволяет упростить изготовление стенда, так как корпус 1 представляет собой простую деталь вращения, позиционирование которой в составе стенда может осуществляться по торцу, взаимодействующему с торцем установочной крышки 8, и наружному диметру, взаимодействующему с внутренним диаметром на корпусе прижимном 16, что исключает значительные перекосы осей при сборке изделия, и в свою очередь уменьшает вероятность появления задиров на поверхности поршня 6, при этом при изготовлении не требуется проведения трудоемкой операции расточки, т.к. при изготовлении деталей стенда требуемую точность изготовления деталей стенда можно достичь выполнением токарных операций, а необходимые отверстия можно выполнить на сверлильной операции.

На фиг. 2 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при установке затрубного уплотнения большего диаметра.

В корпус 21 установлен имитатор 25 имеющий больший типоразмер по сравнению с имитатором на фиг.1. В данном примере показан вариант исполнения стенда, в котором корпус 21 и кольцо поршня 23 имеют внутренний диаметр, соответствующий наружному диаметру имитатора 25, наружный диаметр поверхности поршня 24, взаимодействующей с имитатором 25, соответствует внутреннему диаметру имитатора 25, а остальные элементы стенда остаются без изменений. Таким образом для установки и испытания затрубного уплотнения 22 другого типоразмера достаточно заменить корпус 21, имитатор 25, поршень 24, кольцо поршня 23 оставляя другие элементы стенда без изменений, что позволяет сократить количество деталей, необходимых для проведения испытаний затрубного уплотнения различных типоразмеров, следствием чего является экономия металла, из которого изготовлены стенды.

На фиг. 3 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной в имитаторе.

В имитатор 25 вставлена гильза имитатора 26 наружный диаметр которой соответствует внутреннему диаметру имитатора 25, а внутренний диаметр соответствует наружному диаметру поршня 6, предназначенному для установки затрубного уплотнения меньшего диаметра.

Таким образом, в данном варианте стенда для установки и испытания затрубного уплотнения 22 другого типоразмера по сравнению с вариантом, представленным на фиг. 1, достаточно заменить корпус 21, имитатор 25, кольцо поршня 23, использовать гильзу 26, оставляя другие элементы стенда без изменений, что позволяет сократить количество деталей, необходимых для проведения испытаний затрубного уплотнения различных типоразмеров, следствием чего является экономия металла, из которого сделаны элементы стенда.

На фиг. 4 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной на кольце поршня.

На кольцо поршня 5, предназначенное для установки затрубного уплотнения меньшего диаметра, установлена гильза кольца 27, позволяющая использовать кольцо поршня 5 для установки затрубного уплотнения большего диаметра.

Таким образом, в данном варианте стенда для установки и испытания затрубного уплотнения 22 другого типоразмера по сравнению с вариантом, представленным на фиг. 1, достаточно заменить корпус 21, имитатор 25, поршень 24, использовать гильзу кольца 27, оставляя другие элементы стенда без изменений, что позволяет сократить количество деталей, необходимых для проведения испытаний затрубного уплотнения различных типоразмеров, следствием чего является экономия металла, из которого сделаны элементы стенда.

На фиг. 5 показан стенд для испытания затрубного уплотнения, вариант при установке затрубного уплотнения большего диаметра с использованием гильзы, расположенной на поршне.

На поршень 6, предназначенный для установки затрубного уплотнения меньшего диаметра, установлена гильза поршня 28, позволяющая использовать поршень 6 для установки затрубного уплотнения большего диаметра.

Таким образом, в данном варианте стенда для установки и испытания затрубного уплотнения 22 другого типоразмера по сравнению с вариантом, представленным на фиг. 1, достаточно заменить корпус 21, кольцо поршня 23, имитатор 25, использовать гильзу поршня 28, оставляя другие элементы стенда без изменений, что позволяет сократить количество деталей, необходимых для проведения испытаний затрубного уплотнения различных типоразмеров, следствием чего является экономия металла, из которого сделаны элементы стенда.

На фиг. 1-5 показаны варианты исполнения стенда в которых конструкция стенда дополняется одним элементом, позволяющим использовать элементы одной типоразмерности при установке и испытании затрубного уплотнения другой типоразмерности, однако, заявляемый способ позволяет использовать в конструкции стенда не только один дополнительный элемент, а одновременно несколько, в различных сочетаниях, например, одновременно гильзу кольца и гильзу поршня, одновременно гильзу имитатора и гильзу кольца, одновременно гильзу кольца, гильзу имитатора и гильзу поршня, и т.д. что не влияет на заявляемый технический результат.

На фиг. 6 показан стенд для испытания затрубного уплотнения при проверке на герметичность.

При испытании затрубного уплотнения 4 на герметичность из стенда извлекается поршень 6, установочная крышка 8 с отверстием под поршень заменяется на испытательную крышку 30, в имитатор 20 устанавливается пробка 29, при этом, корпус 1, испытательная крышка 30 и имитатор 20 вместе образуют закрытую испытательную полость. На испытательной крышке 30 закреплены грузоподъемные, крепежные и другие элементы стенда.

Очевидно, что при испытании затрубного уплотнения различной типоразмерности достаточно будет заменить лишь некоторые детали стенда, используя при этом остальные детали без изменений, например, корпус 1 заменить на корпус 21, имитатор 20 на имитатор 25 и т.д. Таким образом, значительное количество элементов одного и того же стенда могут быть использованы для испытания затрубных уплотнений нескольких типоразмеров.

Такое техническое решение позволяет сократить номенклатуру деталей при изготовлении испытательной оснастки для испытания затрубных уплотнений различного типоразмера, т.к. одни и те же элементы будут использоваться при испытании нескольких типоразмеров затрубных уплотнений, что в свою очередь позволит уменьшить расход материала, из которого изготавливается испытательная оснастка.

Кроме того, в отличии от ближайшего аналога, в заявляемом техническом решении корпус 1 с установленным в нем имитатором 20 и пробкой 29 прижимается к испытательной крышке 30 прижимным корпусом 16, что позволяет уменьшить габариты корпуса 1, т.к. в корпусе 1 не нужно размещать отверстия для крепежных и позиционирующих элементов, что так же приводит к экономии материала из которого изготавливается корпус 1.

Заявляемое устройство работает так:

Во внутреннюю полость стенда устанавливается имитатор 1. В кольцевой зазор между корпусом 20 и имитатором 1 устанавливается затрубное уплотнение 4, устанавливается установочная крышка 8 с отверстием под поршень и поршень 6. Для монтажа затрубного уплотнения используется поршень 6, на котором установлено кольцо поршня 5. Поршень 6 за счет подачи по гидравлической линии давления в корпус гидроцилиндра 11 перемещается в отверстии установочной крышки 8 и отверстии в корпусе 1 таким образом, что кольцо поршня 6 надавливает на затрубное уплотнение 4 перемещая его вниз до упора в бурт, выполненный на имитаторе 1, при дальнейшем увеличении давления происходит активация и герметизация затрубного уплотнения 4. После успешной установки затрубного уплотнения давление сбрасывается, гидравлическая жидкость сливается, из стенда извлекается поршень 6 с кольцом поршня 5, установочная крышка 8 заменяется на испытательную крышку 30, после чего проводится испытание на герметичность при котором по одной гидравлической линии подается давление, а по другим гидравлическим линиям со штуцерами происходит контроль герметичности уплотнения.

Способ, в котором при испытании затрубного уплотнения другого типоразмера корпус прижимается к крышке посредством корпуса прижимного и происходит по крайней мере одно из: заменяется корпус, в имитатор вставляется гильза, на поршень надевается гильза, меняется поршень, на поршень устанавливается кольцо поршня другого типоразмера, а остальные элементы стенда используются без изменений, после чего процесс повторяется. В зависимости от конструктивных особенностей затрубного уплотнения, размеров и конструкции труб обсадных колонн для уплотнения которых применяется затрубное уплотнение, один и тот же стенд заявляемой конструкции может использоваться при испытаниях 2-х и более типоразмеров затрубных уплотнений, при этом при испытании затрубного уплотнения разных типоразмеров происходит по крайней мере одно из - заменяется корпус, заменяется имитатор, в имитатор вставляется гильза, меняется поршень, на поршень надевается гильза, на кольцо поршня устанавливается промежуточное кольцо, а остальные элементы стенда используются без изменений.

Выполнение стенда таким образом, что корпус присоединяется к крышке посредством корпуса прижимного, позволяет сделать корпус сменным с одной стороны и уменьшить габариты корпуса с другой стороны, применение при испытаниях затрубного уплотнения разных типоразмеров по крайней мере двух сменных элементов, например корпуса и имитатора, либо корпуса и поршня, и т.д., используя при этом остальные элементы стенда без изменения, - все это позволяет сократить количество элементов испытательной оснастки, применяемой при испытании затрубных уплотнений нефтегазовой скважины, и достичь заявляемый технический результат, заключающийся в создании стенда для испытания затрубных уплотнений в котором для испытания затрубных уплотнений различного типоразмера возможно использование элементов одного и того же стенда, сокращение номенклатуры деталей при изготовлении испытательной оснастки для испытания затрубных уплотнений различного типоразмера, снижение расхода материала, из которого изготавливают стенды для испытания затрубных уплотнений разных типоразмеров.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к устройствам для проведения испытаний затрубного уплотнения для проверки герметичности затрубного уплотнения и установки затрубного уплотнения. Устройство содержит корпус, который присоединен к испытательной крышке посредством корпуса прижимного так, что происходит герметизация испытательной камеры. В способе корпус, испытательная крышка и имитатор вместе образуют закрытую испытательную полость, с образованием герметичности посредством прижатия испытательной крышки к корпусу с помощью корпуса прижимного. Технический результат заключается в упрощении процесса изготовления стенда для испытания затрубных уплотнений со сменными элементами, снижении вероятности появления задиров на поверхности поршня, снижении расхода материала. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Стенд для испытания на герметичность затрубного уплотнения подвески обсадной колонны, состоящий из корпуса, выполненного в виде тела вращения, расположенного внутри него имитатора, пробки, поршня, выполненного в виде цилиндра с переменным диаметром, с кольцом поршня, а также системы подачи рабочей и испытуемой среды, штуцеров, корпуса прижимного, испытательной крышки, выполненной с возможностью герметичного закрытия корпуса в ходе испытаний и с возможностью совместно с пробкой образования испытательной камеры, при этом наружная поверхность корпуса выполнена ступенчатой, а внутренний диаметр корпуса прижимного взаимодействует с выступающей наружной частью корпуса, при этом герметичность испытательной камеры обеспечивается за счет прижатия корпуса к испытательной крышке или к установочной крышке посредством корпуса прижимного.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что поверхность, взаимодействующая с корпусом прижимным, выполнена плоской.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что поверхность, взаимодействующая с корпусом прижимным, выполнена конусообразной.

4. Способ испытания на герметичность затрубного уплотнения подвески обсадной колонны, в котором в кольцевой зазор между корпусом и имитатором устанавливается затрубное уплотнение, устанавливается установочная крышка с отверстием под поршень и поршень с обеспечением герметичности посредством прижатия установочной крышки к корпусу с помощью корпуса прижимного, подается давление в корпус гидроцилиндра, перемещая поршень таким образом, что кольцо поршня надавливает на затрубное уплотнение, перемещая его вниз до упора в бурт, выполненный на имитаторе, после установки затрубного уплотнения давление сбрасывается, гидравлическая жидкость сливается, из стенда извлекается поршень с кольцом поршня, снимается установочная крышка, устанавливается испытательная крышка, а в имитатор устанавливается пробка, при этом корпус, испытательная крышка и имитатор вместе образуют закрытую испытательную полость, с образованием герметичности посредством прижатия испытательной крышки к корпусу с помощью корпуса прижимного, а после подачи давления в испытательную полость происходит контроль герметичности уплотнения.