Устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины Российский патент 2024 года по МПК E21B33/08 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения безопасности труда и охраны окружающей среды при подъёме колонны труб из скважины с изливом и предназначено для предотвращения разбрызгивания жидкости при спуско-подъемных операциях колонны труб в момент расстыковки труб.

Известно устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости (патент RU № 2041339, опубл. 09.08.1995), включающее цилиндрический корпус, состоящий из двух шарнирно соединенных половин с верхним уплотнительным и нижним центрирующим элементами, отбойники и торцевую сливную воронку, корпус снабжен концентрично расположенной перегородкой, отбойники выполнены в виде перфорированных тарелок, верхняя из которых образует с верхним уплотнительным элементом камеру смешения и гидравлически связывает полость перегородки с кольцевой полостью между этой перегородкой и корпусом, а нижняя тарелка отбойника установлена в нижней части упомянутой кольцевой полости, при этом нижний центрирующий элемент выполнен в виде уплотнительного элемента и установлен в торцевой части перегородки.

Недостатками устройства являются:

- низкая эффективность работы. Это связано с наличием в конструкции устройства верхней и нижней перфорированных тарелок, которые ограничивают пропускную способность устройства при сливе жидкости из извлекаемой трубы и создают гидравлическое сопротивление. В результате перфорированные тарелки запирают поток жидкости в кольцевой полости и поэтому сливаемая из извлекаемой трубы скважинная жидкость только частично (не в полном объёме) дотекает до сливной воронки. Таким образом это затягивает время слива скважинной жидкости из камеры смешения устройства через сливную воронку в скважину;

- низкая надежность работы, устройство при работе со скважинными жидкостями различной вязкости. Это обусловлено тем, что перфорационные отверстия тарелок в процессе работы забиваются грязью, песком, ржавчины шламом, и т.д., находящихся в составе изливаемой из трубы скважиной жидкости и не обеспечивают слив скважинной жидкости через сливную воронку в скважину;

- загрязнение окружающей среды, обусловлено тем, что скважинная жидкость при отворачивании верхних труб через устройство изливается на устье скважины, вследствии отсутствия герметизирующих элементов на боковых торцах шарнирно соединённых двух половин корпуса. Кроме того, сливная воронка расположена на нижнем торце цилиндрического корпуса, что не обеспечивает отвод сливаемой из трубы жидкости в желобную ёмкость или амбар, при этом жидкость изливается на устье скважины;

- не обеспечивается безопасность труда и низкая культура производства. Это обусловлено отсутствием фиксатора, крепящего цилиндрический корпус, состоящий из двух шарнирно соединенных половин, что может привести к самопроизвольному открытию половин цилиндрического корпуса на устье скважины, а также отсутствием ручек для установки и съёма устройства, что может привести к соскальзыванию устройства из рук обслуживающего персонала в процессе подъёма и получению травм обслуживающим персоналом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости (патент RU № 2768564, опубл. 24.03.2022), содержащее цилиндрический корпус, состоящий из двух половин, соединенных между собой шарнирно, концентрично расположенную внутри цилиндрического корпуса перегородку, кольцевую полость между перегородкой и корпусом, сливную воронку, верхнюю отвинчиваемую трубу и нижнюю трубу с муфтой, уплотнительные и центрирующие элементы, причём перегородка выполнена из двух половин, каждая из которых жестко соединена сверху и снизу с торцами половин цилиндрического корпуса, при этом перегородка оснащена рядами радиальных отверстий, сообщающих внутреннюю полость перегородки с кольцевой полостью, при этом сливная воронка выполнена в виде бокового отвода, жестко установленного в нижней части цилиндрического корпуса, при конструктивном выполнении условия:

S₁<S₂<S₃,

где S₁ – суммарная площадь всех радиальных отверстий, выполненных в соответствующих половинах перегородки, м²;

S₂ – поперечная площадь кольцевой полости, м²;

S₃ – поперечная площадь проходного сечения бокового отвода, м²,

каждая из половин цилиндрического корпуса по периметру их соприкосновения между собой, а также по периметру соприкосновения с наружными поверхностями верхней отвинчиваемой трубы и муфтой нижней трубы снабжена уплотнительными элементами, а на наружной поверхности каждой из половин цилиндрического корпуса жестко установлены ручки, причём устройство оснащено фиксатором половин цилиндрического корпуса, закрепляемым на устройстве перед отвинчиванием верхней трубы, при этом центрирующие элементы выполнены в виде рёбер жесткости, установленных жёстко в кольцевой полости выше радиальных отверстий перегородки и обеспечивающих соосность половин цилиндрического корпуса и перегородки относительно центральной оси устройства.

Недостатками устройства являются:

- низкая герметичность при работе устройства. Это обусловлено тем, что уплотнительные элементы, прикреплённые по периметру, к каждой из половин цилиндрического корпуса не обеспечивают герметичность при изливе жидкости из сливаемой трубы, т.е. по периметру через уплотнительные элементы происходит пропуск жидкости под напором жидкости сливаемой из отворачиваемой трубы, при этом загрязняется рабочая площадка и окружающая среда под рабочей площадкой на территории скважины;

- низкая надёжность работы устройства, в частности крепления фиксатора. Так как для установки фиксатора необходимо физически стянуть края половин корпуса, а затем установить фиксатор, который с большой долей вероятности в процессе работы выпадет и расфиксирует половины цилиндрического корпуса;

- низкое качество центрирования устройства относительно колонны труб из которой происходит слив жидкости при установке на устье скважины, что затягивает процесс установки устройства на устье скважины при каждом сливе жидкости из трубы, и как следствие, увеличивает продолжительность работы с устройством в целом, что приводит к увеличению финансовых затрат;

- для работы устройства необходимы дополнительные затраты на обрудование. Это обусловлено тем, что слив жидкости из отворачиваемой трубы осуществляется по сливной линии в желобную ёмкость или амбар, т.е. для этого необходимо выкопать амбар или иметь на скважине желобную ёмкость;

- не обеспечивается безопасность труда и низкая культура производства, так разлив рабочей жидкости на рабочей площадке приводит к скольжению и может привести к травмам рабочих бригады при спуско-подьемных операциях колонны труб.

Техническими задачами изобретения являются разработка конструкции устройства, позволяющей повысить герметичность и надёжность при работе с устройством, повысить качество центрирования устройства на устье скважины, а также исключить дополнительные затраты на оборудование при работе с устройством и обеспечить безопасность труда рабочих.

Поставленные технические задачи решаются устройством для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины, содержащим цилиндрический корпус, состоящий из двух половин, соединенных между собой шарниром, верхнюю отвинчиваемую трубу и нижнюю трубу с муфтой, каждая из половин цилиндрического корпуса по периметру соприкосновения с наружной поверхностью верхней отвинчиваемой трубы снабжена уплотнительными элементами, ручки, фиксатор половин цилиндрического корпуса и центрирующий элемент.

Новым является то, что устройство под цилиндрическим корпусом оснащено баком, причём ручки жестко закреплены на наружной поверхности бака и расположены под углом 180° по отношению друг к другу, а бак имеет объем на 10% больше, чем объем внутреннего пространства верхней трубы, из которой сливается жидкость, при этом в баке от периферии к центру выполнен поперечный вырез, причем ширина поперечного выреза на 20 мм больше диаметра муфты нижней трубы, а центрирующий элемент жестко закреплен на дуге поперечного выреза и выполнен в виде подковы под муфту нижней трубы, причем диаметр центрирующего элемента на 4 мм больше диаметра муфты нижней трубы, при этом с противоположной вырезу стороны бак оснащён коническим сливным отверстием с возможностью установки в коническое сливное отверстие пробки, выполненной снизу в виде резиновой заглушки с жестко соединённым сверху металлическим штоком, причём фиксатор половин цилиндрического корпуса выполнен в виде П-образного круглого проката, устанавливаемого в сквозные отверстия, выполненные на верхних торцах половин цилиндрического корпуса, при этом на расстоянии одного метра от устья скважины в пределах рабочей площадки установлена сливная воронка для слива жидкости из бака через коническую сливную пробку, причём сливная воронка с помощью сливной линии расположенной под настилом рабочей площадки гидравлически соединена с затрубным пространством скважины.

На фиг. 1 и 2 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъеме труб из скважины, общий вид сбоку.

На фиг. 3 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины, поперечное сечение А-А.

На фиг. 4 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости при подъёме труб из скважины, вид сверху Б.

На фиг. 5 представлено устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости при подъёме труб из скважины, увеличенный вид В.

Устройство для предотвращения разбрызгивания скважинной жидкости содержит цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1-4), состоящий из двух половин 2' и 2", соединенных между собой шарниром 3.

Устройство предназначено для исключения разбрызгивания жидкости при подъеме труб из скважины, содержащейся внутри верхней отвинчиваемой трубы 4 (см. фиг. 1, 2, 4) от нижней трубы 5 (см. фиг. 1-2), имеющей на верхнем конце муфту 6 (см. фиг. 1-3).

Каждая из половин 2' и 2" (см. фиг. 3) цилиндрического корпуса 1 по периметру соприкосновения с наружной поверхностью верхней отвинчиваемой трубы 4 снабжена уплотнительными элементами 7' (см. фиг. 4) и 7". Ручки 8' (см. фиг. 1, 4) и 8" жестко закреплены, например с помощью сварки, на наружной поверхности бака 9 (см. фиг. 1, 2, 3, 5), установленного под цилиндрическим корпусом 1 (см. фиг. 1-3). Бак 9 имеет объем V_б на 10% больше, чем внутренний объем V_т опорожняемой верхней трубы 4, из которой сливается жидкость. Ручки 8' и 8" расположены под углом 180° по отношению друг к другу и предназначены для подъёма устройства. Расположение ручек 8' и 8" под углом 180° по отношению друг к другу повышает удобство пользования устройством в процессе работы.

В качестве труб 4 и 5 (см. фиг 1), примем, например насосно-компрессорную трубу (НКТ) диаметром 73×7 мм по ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты». Исходя их этого ГОСТа отворачиваемая труба имеет внутренний диаметр: d_в = 59 мм = 0,059 м и длину, например h=10 м. Тогда внутренний объем V_т верхней трубы 4 равен:

V_т = (π×d_в²/4)×h = 3,14×(0,059 м)²/4×10 м = 0,027 м³ = 27,3 литра.

Тогда из вышеуказанных условий объем бака V_б:

V_б = V_т + (10%×V_т/100%) = (27,3 литра + 0,1×27,3 литра) = 30,03 литра.

Выполнение данного условия гарантированно исключает негерметичность устройства в процессе устройства и, какие-либо, утечки при перемещении устройства, так как уровень жидкости находится в пределах высоты бака 9 и не поднимается выше нижнего торца цилиндрического корпуса 1.

В качестве материалов для изготовления цилиндрического корпуса 1, состоящего из двух половин 2' и 2" и бака 9 применяют трубы по ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные».

В баке 9 (см. фиг. 3) от периферии к центру выполнен поперечный вырез 10 (см. фиг. 3) причем ширина - а выреза 10 на 20 мм больше диаметра - d муфты 6 нижней трубы 5.

Центрирующий элемент 11 (см. фиг. 3) жестко закреплен на дуге 12 поперечного выреза 10, например с помощью сварки и выполнен в виде подковы под муфту 6 нижней трубы 5, причем ширина - b центрирующего элемента 11 на 4 мм больше диаметра - d муфты 6 нижней трубы 5.

По ГОСТу 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты» нижняя труба 5 диаметром 73×7 мм имеет муфту 6 с наружным диаметром d = 93,2 мм.

Тогда, учитывая вышеприведённые условия:

Ширина выреза 10: а = d+20 мм = 93,2 мм+20 мм = 113,2 мм.

Ширина центрирующего элемента 11: b = d+4 мм = 93,2 мм+4 мм = 97,2 мм.

С противоположной поперечному вырезу 10 стороны бак 9 оснащён коническим сливным отверстием 13 (см. фиг. 2, 3, 5) с возможностью установки в коническое сливное отверстие 13 пробки 14, выполненной снизу в виде резиновой заглушки 15 (см. фиг. 5) с жестко соединённым сверху металлическим штоком 16.

Фиксатор 17 (см. фиг. 1, 2, 4) половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1 выполнен в виде П-образного круглого проката, устанавливаемого в соответствующие сквозные отверстия 18' (см. фиг. 4) и 18", выполненные на верхних торцах половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1.

Фиксатор 17, выполненный в виде П-образного круглого проката и ручки 8' и 8" могут быть выполнены из круглого проката металла диаметром 30 мм по ГОСТ 2590-2006 «Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый».

Если фиксатор 17 выполняют диаметром 30 мм, то диаметры сквозных отверстий 18' и 18", выполненные на верхних торцах половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1, выполняют на 2 мм больше, т.е. 32 мм. Это обеспечивает удобство и надежность крепления половин 2' и 2" цилиндрического корпуса.

На расстоянии L = 1 метра (см. фиг. 2) от устья скважины 19 (см. фиг. 1-2) в пределах рабочей площадки 20 установлена сливная воронка 21 для слива жидкости из бака 9 через его коническое сливное отверстие 13.

Сливная воронка 21 (см. фиг. 2) с помощью сливной линии 22, расположенной под настилом рабочей площадки, гидравлически соединена с затрубным пространством 23 скважины 19.

Пробка 14 обеспечивает герметичность устройства при наполнении бака 9 жидкостью из верхней трубы 4, а также обеспечивает опорожнение бака 9 при сливе жидкости из устройства через воронку и сливную линию в затрубное пространство 23 скважины 19.

В качестве уплотнительных элементов 7' и 7" (см. фиг. 1, 2, 4) применяют плоские прокладки по ГОСТ15180-86 «Прокладки плоские эластичные», прикреплённые по периметру к каждой из половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают на устье скважины в положении, когда верхняя труба 4 находится в подвешенном состоянии, а под муфтой 6 нижней трубы 5 установлен элеватор 24 (см. фиг. 1-2), находящийся на опорном фланце скважины 19.

Перед установкой устройства на устье скважины цилиндрический корпус 1, состоящий из двух половин 2' и 2" (см. фиг. 1 и 2) находится в открытом положении, т.е. половины 2' и 2" цилиндрического корпуса 1 открыты (распахнуты) благодаря шарниру 3.

Устройство берут за ручки 8' и 8" и так как выполняются вышеуказанные неравенства 1 и 2, то заводят устройство поперечным вырезом 10 бака 9 в муфту 6 нижней трубы 5 выше элеватора 24, до упора тех пор пока наружная муфта 6 не окажется внутри центрирующего элемента 11, выполненного в виде подковы (см. фиг. 3).

При наличии на устье скважины 19 вспомогательной лебедки (на фиг. 1-5 не показано) работы механизируют и подвешивают устройство с помощью троса за верхний торец устройства.

Далее сводят между собой в положение закрыто половины 2' и 2" цилиндрического корпуса благодаря шарниру 3, т.е. вставляют фиксатор 17, выполненный в виде П-образного круглого проката в сквозные отверстия 18' и 18", выполненные на верхних торцах половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1.

Затем заводят гидравлические ключи (на фиг. 1-5 не показано) в верхнюю трубу 4 и отвинчивают верхнюю трубу 4. Отводят гидравлический ключ из верхней трубы 4, отводят верхнюю трубу 4 относительно устройства так, чтобы нижней конец верхней трубы находился над пробкой 14 бака 9 (см. фиг. 2), при этом жидкость из верхней трубы 4 сливается в бак 9 устройство и остается в нем.

Далее разводят между собой в положение открыто половины 2' и 2" цилиндрического корпуса благодаря шарниру 3. Для этого вынимают фиксатор 17, выполненный в виде П-образного круглого проката из сквозных отверстий 18' и 18", выполненные на верхних торцах половин 2' и 2" цилиндрического корпуса 1.

После чего помощник бурильщика отводит опорожнённую верхнюю трубу 4 на приёмные мости и укладывает горизонтально на стеллаж, а устройство, находящееся на элеваторе 24 поднимают, переносят на расстояние L=1 метр за ручки 8' и 8" устройства, и устанавливают устройство сверху на сливную воронку 21.

Затем извлекают пробку 14 за металлический шток 16, при этом коническая резиновая заглушка 15 выходит из конического отверстия 13 бака 9. В результате жидкость из бака 9 через коническое отверстие 13 перетекает в сливную воронку 21.

Далее жидкость из сливной воронки 21 по сливной линии 22, расположенной под настилом рабочей площадки 20 перетекает в затрубное пространство 23 скважины 19.

Происходит повышение противодавлеиия на нефтеводогазовые горизонты, что способствует предотвращению нефтеводогазовых проявлений. Повышается безопасность труда и культуры производства, так как обслуживающий персонал не обливается скважинной жидкостью при подъёме колонны труб из скважины, при этом рабочая площадка тоже не заливается жидкостью, что исключает вероятность травмирования работников из-за скольжения.

После опорожнения бака устанавливают пробку 14 в коническое отверстие 13 бака 9.

Устройство готово к дальнейшей работе для опорожнения жидкости из следующей трубы. Далее поднимают трубу 5 в подвешанное состояние и вышеописанные технологические операции повторяют. Таким образом поднимают все трубы из скважины.

Повышается герметичность при работе устройства, так как слив жидкости из отворачиваемой трубы происходит в бак, выполненный в нижней части устройства, при этом объём жидкости, сливаемый из отворачиваемой трубы, не превышает объём бака. Это предотвращает подъём жидкости в устройстве выше нижнего торца цилиндрического корпуса и как следствие исключает протечки жидкости через уплотнительные элементы, прикреплённые по периметру, к каждой из половин цилиндрического корпуса на рабочую площадку и под неё, что исключает загрязнение окружающей среды на территории скважины.

Повышается надёжность при работе устройства, так как крепление половинок цилиндрического корпуса осуществляется с помощью П-образного проката вставляемого в сквозные отверстия половинок цилиндрического корпуса, который полностью исключает расфиксацию половинок цилиндрического корпуса в процессе работы устройства.

Повышается качество центрирования устройства относительно колонны труб, из которой происходит слив жидкости при установке на устье скважины благодаря тому, что центратор установлен на дуге выреза и имеет диаметр под муфту колонны труб, из которой производят опорожнение (слив) жидкости, что в свою очередь ускоряет процесс установки устройства на устье скважины при каждом сливе жидкости из трубы, и как следствие, сокращает продолжительность работы с устройством в целом, что приводит к снижению финансовых затрат по сравнению с аналогом.

Исключаются дополнительные затраты при использовании устройства. Это обусловлено тем, что слив жидкости из отворачиваемой трубы осуществляется по сливной линии через воронку в затрубное пространство скважины, а не в желобную ёмкость или амбар как указано в прототипе.

Обеспечивается безопасность труда рабочих, так как исключен разлив жидкости из устройства на рабочую площадку, и как следствие, нет риска получения травм рабочими бригады при спуско-подьемных операциях колонны труб по причине скольжения на рабочей площадке.

Предлагаемое устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины позволяет:

- повысить герметичность при работе;

- повысить надежность работы;

- повысить качество центрирования;

- исключить дополнительные затраты;

- обеспечить безопасность труда.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух половин, соединенных между собой шарниром, верхнюю отвинчиваемую трубу и нижнюю трубу с муфтой. Каждая из половин цилиндрического корпуса по периметру соприкосновения с наружной поверхностью верхней отвинчиваемой трубы снабжена уплотнительными элементами. Устройство под цилиндрическим корпусом оснащено баком, причём ручки жестко закреплены на наружной поверхности бака и расположены под углом 180° по отношению друг к другу. При этом в баке от периферии к центру выполнен поперечный вырез, причем ширина поперечного выреза на 20 мм больше диаметра муфты нижней трубы. Центрирующий элемент жестко закреплен на дуге поперечного выреза и выполнен в виде подковы под муфту нижней трубы. При этом с противоположной вырезу стороны бак оснащён коническим сливным отверстием с возможностью установки в коническое сливное отверстие пробки, выполненной снизу в виде резиновой заглушки с жестко соединённым сверху металлическим штоком. Фиксатор половин цилиндрического корпуса выполнен в виде П-образного круглого проката, устанавливаемого в сквозные отверстия, выполненные на верхних торцах половин цилиндрического корпуса. При этом на расстоянии одного метра от устья скважины в пределах рабочей площадки установлена сливная воронка для слива жидкости из бака через коническую сливную пробку. Причём сливная воронка гидравлически соединена с затрубным пространством скважины. Обеспечивается повышение герметичности и надёжности при работе с устройством, качества центрирования устройства на устье скважины. 5 ил.

Устройство для предотвращения разбрызгивания жидкости при подъёме труб из скважины, содержащее цилиндрический корпус, состоящий из двух половин, соединенных между собой шарниром, верхнюю отвинчиваемую трубу и нижнюю трубу с муфтой, каждая из половин цилиндрического корпуса по периметру соприкосновения с наружной поверхностью верхней отвинчиваемой трубы снабжена уплотнительными элементами, ручки, фиксатор половин цилиндрического корпуса и центрирующий элемент, отличающееся тем, что устройство под цилиндрическим корпусом оснащено баком, причём ручки жестко закреплены на наружной поверхности бака и расположены под углом 180° по отношению друг к другу, а бак имеет объем на 10% больше, чем объем внутреннего пространства верхней трубы, из которой сливается жидкость, при этом в баке от периферии к центру выполнен поперечный вырез, причем ширина поперечного выреза на 20 мм больше диаметра муфты нижней трубы, а центрирующий элемент жестко закреплен на дуге поперечного выреза и выполнен в виде подковы под муфту нижней трубы, причем диаметр центрирующего элемента на 4 мм больше диаметра муфты нижней трубы, при этом с противоположной вырезу стороны бак оснащён коническим сливным отверстием с возможностью установки в коническое сливное отверстие пробки, выполненной снизу в виде резиновой заглушки с жестко соединённым сверху металлическим штоком, причём фиксатор половин цилиндрического корпуса выполнен в виде П-образного круглого проката, устанавливаемого в сквозные отверстия, выполненные на верхних торцах половин цилиндрического корпуса, при этом на расстоянии одного метра от устья скважины в пределах рабочей площадки установлена сливная воронка для слива жидкости из бака через коническую сливную пробку, причём сливная воронка с помощью сливной линии, расположенной под настилом рабочей площадки, гидравлически соединена с затрубным пространством скважины.