Устройство для герметизации устья скважины Советский патент 1986 года по МПК E21B33/06 

,

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промьшпенности, в частности к конструкциям превенторов предназначенных для герметизации устья нефтяных и газовых скважин при бурении.

Целью изобретения является повы- I шение надежности герметизации устья

скважины в процессе спускоподъемных операций путем предотвращения износа уппотнительных плашек.

На фиг.1 изображено устройство для герметизации устья скважины; на фиг.2 - вид А на фиг.1 на фиг.З сечение Б-Б на Фиг.2 на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1 (электрома - нитный стопор); на фиг.З - схема управления механизмом перемещения плашек.

Устройство состоит из корпуса 1 , самоцентрирующегося патрона 2, содержащего ведомую шестерню 3 и ведущую шестерню 4, реечный кулачок 5 и разгрузочную втупку 6. На реечный кулачок 5 .насажена ступенчатая плашка 7, футерованная уплотнителем 8. В корпусе 1 расположен вал 9, который одним концом вставляется в ведущую шестерню 4, а другим концом вьшеден наружу для насадки на него привода, кинематически связанного с ведомым валом 10, например, электромагнитной реверсивной муфты 11, жестко закрепленной на корпусе 1 . Ведущий вал 12 реверсивной муфты 11 кинематически связан с зубчатым венцом 13, жестко закрепленньм на внутренней поверхности основного кожуха 14.

Корпус 1 вращается внутри основного кожуха 14 на подшипниках 15. Основной кожух 14, в свою очередь, вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17. Герметизация пространства между корпусом 1 и основным кожухом 16 достигается за счет уплотнительных элементов 18.

Корпус 1 выполнен с кольцевым выступом 19 и соплами 20 для охлаждения и омывания уплотнителей 8.

Корпус 1 закрыт крьш1кой 21 с закрепленной на ней опорой 22. На опоре 22 установлен контактный элемент 23, кинематически связанный посредством вала 24, конической шестерни 25, установленной на валу 24, и промежуточной конической шестерни 26 с

44286

дополнительным зубчатым венцом 27, установленным на внутренней поверх- ности крышки 28 основного кожуха 14. Кинематическая Связь контактного

5 элемента 23 с зубчатым венцом 27

осуществляется, например, через электромагнитную муфту 29 сцепления, установленную на валу 24. Промежуточная коническая шестерня 26 уста10 новлена на крышке 21 с- возможностью вращения, опора 22 установлена с возможностью вращения относительно оси промежуточной конической шее- терни 26.

15 Контактный элемент 23 прижимается к поверхности бурильной колонны 30 при помощи пружин 31. Контактньй элемент 23 может быть выполнен, например, в виде ролика, армированного

20 резиновым ободом с профилированной поверхностью, которая обеспечивает высокую площадь контакта и высокий коэффициент трения скольжения с цилиндрической поверхностью бурильной

25 колонны 30 при ее вращении.. Вместе с колонной 30 вращается контактньй элемент 23 вокруг ее оси вместе с опорой 22, на которой он установлен. Так как опора 22 закреплена на крыш30 ке 21 корпуса 1, то она вра.щает корпус 1 вместе с бурильной колон- . ной 30.

При спускоподъемных операциях, когда вращение бурильной колонны 30

35 отсутствует, контактный элемент 23, взаимодействуя с бурильной колонной 30, вращается на валу 24. Вращение контактного элемента 23 за счет кинематических связей вала 24,

О включенной электромагнитной муфты сцепления 29, конической шестерни 25, промежуточной конической шестерни 26 и дополнительного зубчатого венца 27, установленного на крышке

45 28 корпуса 1, обеспечивает вращение основного кожуха 14 относитель-- но неподвижных корпуса 1 и дополнительного кожуха 16. Кинематическая связь между контактным элемен50 том 23 и дополнительным зубчатым венцом 27 обеспечивает различные направления вращения основного кожуха 14 при спуске и подъеме бурильной колонны 30. Причем направление вра55 щения основного кожуха 14 при спуске бурильной колонны 30 осуществляется в противоположном направлении относительно вращения бурильной колонны

30 в процессе бурения, а при подъем совпадает с направлением вращения бурильной колонны 30 в процессе бурения ,

Электромагнитный стопор выполнен например, в виде, храпового стопорного механизма с электромагнитным пргиводом, установленного на дополнительном кожухе 16. Он содержит цилиндрический зубчатый венец 32 с круговыми вырезами, жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности основного кожуха 14. В круговой вырез зубчатого венца 32 вставлен палец 33 с возможностью его периодического вхождения в другие круговые вырезы при вращении цилиндрического зубчатого венца 32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16. Палец 33 связан с якорем 34, установлен- нь1м с возможностью качения и под- пружиненным пружиной 35. Якорь 33 притягивается к сердечнику электромагнита 36 при прохождении тока через его катушку, обеспечивая тем самым стопорение зубчатого венца 32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16.

Со стороны проходного отверстия разгрузочной втулки 6 корпуса 1 и кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики 37 и

38контроля изменения диаметра бурильной колонны 30. С внутренней стороны корпуса 1 .и с внешней сто- ронь кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики

39и 40 ограничения хода плашек. Датчики 37-40 управляют электромагнитной реверсивной муфтой 11. Питание электромагнитной реверсивной муфты 11 и электромагнитной муфты 29 сцепления осуществляется через щеточные контакты 41 и 42.

Схема управления механизмом перемещения плашек содержит конечные вык-лючатели ВК1-ВК4, работающие как датчики, соответственно 37-40, переключатели ПК1 и ПК2 (на чертеже не показан) кнопку управления КУ1 (Рабочее положение), которая шунтиру ВК2, и кнопку управления КУ2 (Открыто) , которая шунтирует ВК1.

Дпя получения нужного направления вращения ведомого вала 10 элек тррмагнитной реверсивной муфты 11 при неизменном направлении враще

44286Л

ния ведущего вала 12 включается один из пускателей П1 или П2.

Включение электромагнитной муфты сцепления 29 обеспечивается включе- 5 нием пускателя ПЗ, а включение электромагнитного стопорного устройства - пускателем П4. Причем при включении ПЗ выключаете П4, что соответствует I положению ПК1, и наобо- 10 рот, при включении П4 выключается ПЗ, что соответствует II положению ПК1. Перед проведением спуска бурильной колонны 30 и перед процессом бурения ПК2 переводится в положе- 15 ни I, а перед ее подъемом - в положение II.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в комплекте противо- 20 выбросового оборудования устанавливают на устье скважины, при этом дополнительный кожух 16 закреплен неподвижно.

Перед проведением спуска буриль- ной колонны 30, когда вращение ее отсутствует, ПК1 переводится в положение Г. При этом подается напряжение на. ПЗ и обесточивается П4, что соответствует включению электромагнитной муфты 29 сцепления при выключенном электромагнитном стопоре. ПК2.также переводится в положение I.

При спуске бурильная колонна 30

взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение. Вращение контактного элемента 23 передается посредством вала 24 через включенную муфту сцепления 29

конической шестерне 25. Вращение

конической шестерни 25 передается : на промежуточную коническую шестерню 26, которая посредством кинематической связи- с дополнительным .

зубчатым венцом 27 обеспечивает

вращение крьш1ки 28 с основным кожухом 14. Основной кожух 14 вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17, при этом корпус

1 неподвижен.

При нажатии вынесенной кнопки Рабочее положение (КУ1) подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Вращение ведущего вала 12 реверсивной муфты 11 осуществляется за счет кинематических связей от зубчатого венца

13. Вращение ведомого вала 10 ревер сивной муфты 11 передается за счет кинематических связей валу 9. Вращение вала 9 передается на ведущую шестерню 4, которая вращает ведомую шестерню 3 и перемещает реечный кулачок 5 со ступенчатыми плашками 7 и уплотнителями 8, герметизирующими затрубное пространство в месте соприкосновения уплотнителя 8 с кольцевым выступом 19 корпуса 1 и бурильной колонной 30, Одновременно происходит нажатие ВК4 (датчик 40) которьй обесточивает 112, муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.

После прохождения уплотнитель- ного узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК2 (датчик 38), кото- ,рый посредством П2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 к буровой. колонне 30, герметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК4 (датчик 40), который, обесточивая П2, выключает реверсивную муфту 11, переводя ее в нейтральное положение

Вращением бурильной колонны 30 и ее перемещением по мере бурения вниз ПК1 переводится в положение II, что соответствует выключению электромагнитной муфты 29 сцепления и включению электромагнитного стопора.

При этом обеспечивается стопоре- ние основного кожуха .14 относительно дополнительного кожуха 16, а корпус 1 посредством опоры 22 с установленным на ней контактным элементом 23, взаимодействующим с бурильной колонной 30, вращается вместе с бурильной колонной 30.Причем направление вращения ведущего вала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое за счет кинематических связей от зубчатого венца 13,совпадает с направлением вращения ведущего вала 12, осуществляемого при спуске бурильной колонны 30. Это обеспечивается тем, что при спуске бурильной колонны 30 основной кожух 14 вращается в противоположном направлении относительно вращения бурильной колонны 30 в процессе бурения.

Таким образом, схема управления механизмом перемещения плащек при прохождении замков бурильной колонны 30 в процессе бурения через уплотнительный узел работает так же, как и при спуске бурильной колонны 30, т.е. при прохождении уплотни- TejfbHoro узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК2 -(датчик 38), напряжение подается на П1, и реверсивная муфта 11 включается на обратное вращение ведомого вала 10. Вращение ведомого вала 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематических связей валу 9 механизма привода плащек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчики 29), при этом обесточивается П1, ревер- сивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.

После прохождения уплотнительного

узла замок бурильной колонны нажимает ВК2 (датчик 38), который посредством П2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек

перемещает ступенчатые гшашки .7 с уплотнителями 8 к бурильной колонне 30, ге рметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК4 (датчик 40), который, обесточивая П2, выключает

муфту 11, переводя ее в нейтральное положение.

При необходимости временной разгерметизации затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения,

нажимается вынесенная кнопка Открыто (КУ2). При этом подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту 11 на обратное

вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39), после чего реверсивная муфта 11 переходит в нейтральное положение.

Дальнейшая герметизация затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения осуществляется нажатием вынесенной кнопки Рабочее положение (КУ1).

После завершения процесса бурения, т.е. остановки вращения бурильной колонны 30 и перед началом ее подъема ПК1 переводится в положение I, при этом подается напряжение на ПЗ и обесточивается П4, что соотвегствует включению электромагнитной муфты 29 сцепления при выключенном электромагнитном стопо - ре , а IIK2 переводится в положение Т Г.

При подъеме бурилъная колонна 30 взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение. Вращение контактного элемента 23 передается за счет кинематических связей валом 24 через включенную муфту сцепления 29 конической шестерне 25. Вращение конической шестерни 25 передается на промежуточную коническую шестерню 26, которая посредством кинематической связи с дополнительным зубчатым венцом

27обеспечивает вращение крышки

28с основным кожухом 14. Основной кожух 14 вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подпшпниках 1 при неподвижном корпусе 1. При этом направление вращения основного кожуха 14 внутри дополнительного 1 кожуха 16 противоположно по направлению вращению кожуха 14 при спуске бурильной колонны 30, так как при подъеме бурильной колонны 30 изме- няется направление вращения контактного элемента 23. Следовательно вращение ведущего вала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое

за счет кинематических связей от зубчатого венца 13, также будет противоположно по направлению вращению ведущего вала 12 при спуске бурильной колонны 30 и в процессе бурения Таким образом, изменится и-схема управления механизмом перемещения плашек при прохождении через уплотни- тельный узел замков бурильной колонны 30 при ее подъеме.

При подходе к уплотнительному уэлу снизу при загерметизированном затрубном пространстве замок буриль- 5 ной колонны 30 нажимает на ВК2 (датчик 38), при этом подается напряжение на П2,- включающее реверсивную муфту 11 на обратное вращение ведомого вала 10. Вращение ведомого ва- 10 ла 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематических связей валу 9 механизма привода пла- отек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от 15 бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39),при этом обесточивается П2, реверсивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение ,

20 После прохождения уплотнительно- го узла эамок бурильной колонны 30 нажимает ВК1 (датчик 37), который посредством П1 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомо5 го вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плаппси 7 с уплотнителями В к бурильной колонне 30, герметизируя затрубное пространство до нажатия ВК4 (датчик 40), ко0 торый, обесточивая П1, выклк. 1ает реверсивную муфту 11, переводя ее в нейтральное положение.

Перед разгерметизацией затрубного пространства при подъеме бурильной

5 колонны 30 нажимается вынесенная кнопка Рабочее положение (КУ1). При этом подается напряжение на П2, который включает реверсивную муфту 11 на обратное вращение ведомого

0 вала 10. Ь&ханизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39) после чего реверсивная муфта 11 пе5 реходит в нейтральное положение. Реверсивная муфта 11, датчики 37-40 управления реверсивной муфтой 11, муфта 29 сцепления и стопор могут изготовляться с пневматическим или любым другим приводом.

/7

/4.

;;

75 7

6- В

27

rJ

в-в

-Ь

1 Г

лг

фие. Цвн

вК2

П2 -I

8КЗ

.Б

Составитель И. Кепке Редактор Л. Веселовская Техред Н.Бонкало Корректор М. Шароши

,- Заказ 4431Тираж 548 Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4