Превентор Советский патент 1992 года по МПК E21B33/06 

Изобретение относится к бурению скважин, из которых ожидается выброс жидкого или газообразного флюида.

Известен превентор, в котором применен патрон в качестве привода и двухступенчатые нераздельные плашки.

Недостатки изобретения - нераздельные цокольные и трубные плашки работают в разных условиях: трубные взаимодействуют с колонной труб, с необработанной поверхностью (при расхаживании колонны, они быстро изнашиваются и подлежат замене), цокольные взаимодействуют с чисто обработанной поверхностью цоколя и изнашиваются значительно в 5-10 раз - медленнее.

В результате неравномерного износа плашек, изменяются условия их взаимодействия с уплотняемыми элементами: цоколем превентора и колонной труб.

Нарушается герметизация колонны. С целью восстановления герметичности между трубными плашками и колонной, необходимо применять дополнительный поджим цокольных плашек к цоколю, что с течением времени сопровождается перенапряжением их футеровки вплоть до нарушения ее физических свойств, поэтому неизбежна замена обеих сблокированных между собой плашек, несмотря на то, что цокольные вполне пригодны для дальнейшего применения, так как в описанных условиях их дол- говечность превышает долговечность трубных в 5-10 раз.

Линия, разделяющая цокольный и трубные плашки, проходит ниже горизон-ч со ел

СП

VJ

0

тальной оси кулачка патрона, образуя эксцентриситет значительной величины. В результате этого, при герметизации колонны возникают условия переноса кулачка в его направляющих, т.е. в пазах тела корпуса патрона.

При закрытых плашках зубчатая часть кулачков патрона, несущая на себе плашки, выходит из направляющих пазов корпуса в его проходное отверстие и беспрепятственно зашламовывается. При отводе плашек в исходное положение шлам попадает в картер патрона, где расположена спирально- реечная и шестеренно-зубчатая передачи патрона, что ведет к заеданию, заклиниванию, и снижению долговечности.

Возможность зашламования сопровождается сокращением диапазона применения превентора - только в пределах работы в малозашламованной или незашламован- ной среде.

Патрон посажен в прочно-плотный корпус (диаметр которого значительно больше диаметра патрона), подвергается воздействию скважинной среды, в результате чего подвергается бессмысленной порче и имеет габариты и массу значительно больше тех, в которые его можно вместить при реконструкции корпуса и схемы его стыковки с патроном.

Цель изобретения - повышение надежности работы превентора.

Цель достигается созданием цокольных и трубных плашек такой конструкции и таких условий их применения, которые обеспечивали бы возможность их эксплуатации до нормального износа; предельным уменьшением эксцентриситета между расчетной линией зубьев кулачка и плоскостью, проходящей между цокольными и трубными плашками; исключением возможности попадания шлама в полость картера патрона; расширением диапазона применения превентора. включая скважинную среду любой степени зашламованности; изменением схемы стыковки патрона с корпусом, уменьшением габаритов и веса превентора, улучшением условий работы патрона; расширением диапазона поджима цокольных плашек к цоколю по мере износа трубных плашек.

Сущностью предполагаемого изобретения является то, что сохранив традиционными профиль поперечного сечения зубчатой рейки кулачка, его зубьев и фирменные размеры этих элементов без изменения, под фронтальным его концом, обращенным к колонне труб, посажены совмещенные но конструктивно раздельные - нижняя цокольная монолитно с кулачком и на ней

верхняя сменная - трубная плашки, футерованные уплотнительным материалом. Причем цокольная плашка вместе с С-об- разным переходником (от диаметра цоколя

к диаметру колонны), монолитна с зубчатой рейкой кулачка. Верхняя кромка этой плашки поднята до нижней плоскости зубчатой рейки кулачка. На С-образный переходник непосредственно на зубчатую рейку кулачка

и в его вертикальные пазы посажена съемная трубная плашка-дугообразный ложемент с футеровкой, которая расположена против торца кулачка, т.е. с нулевым эксцентриситетом и прочно-плотно закреплена

шипами в пазы зубчатой рейки болтами к переходному С-образному элементу цокольной плашки, прилегающей к фронтальной - нижней стороне корпуса патрона. Внешним сторонам П-образной части трубной плашки, с трех сторон охватывающих рейку кулачка, подвижно посаженной в направляющие пазы корпуса патрона, снабженных шипами, и сидящей на подвижной зубчатой рейке кулачка, придана прямоугольная форма с тремя чисто обработанными образующими поверхностями и сделано уплотнение с корпусом патрона в статике и кинематике - при закрытом и открытом пре- венторе. Токарный патрон не сажается в

корпус, а стыкуется с ним фронтальной стороной, в результате чего габариты и масса превентора значительно уменьшаются, а транспортабельность повышается. На внешней поверхности цоколя, взаимодействующей с цокольными плашками, образована лабиринтная нарезка из концентрически расположенных витков с закругленными вершинами.

На фиг. 1 и 1.1 показан превентор, вертикальный разрез; на фиг. 2 - плашка при открытом превенторе, вид сверху; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - плашка при закрытом превенторе, вид сверху; на фиг. 5 - разрез В-3 на фиг. 1.1; на фиг. 6 разрез Г-Г на фиг. 1.1; на фиг. 7 - фрагмент стыковки картера плашечного с корпусом патрона.

На чертеже применены условные обозначения /1, f-2 и т. д. для наиболее точной координации элементов.

Превентор компонуется из покупных и отдельно изготовляемых частей. К покупным относится стандартный, трехкулачко- вый, самоцентрирующий токарный патрон. Возможно применение двух или четырехкулайковых патронов. Патрон подбирается с учетом того, чтобы его проходное отверстие /1 (фиг. 1 и 4) обеспечивало свободный проход долота; ход кулачков должен быть равен

не менее радиуса проходного отверстия; сила, развиваемая кулачками, должна обеспечивать должное прижатие плашек к колонне; зубчатые рейки кулачков должны обладать прочностью на изгиб, обеспечивающей возможность восприятия осевых сил, возникающих при расхаживании колонны; обладать коррозиостойкостью; перемещение кулачков синхронизировано с высокой точностью.

Патрон используется в качестве механизма привода, обеспечивающего радиальное перемещение зубчатых реек кулачков, снабженных плашками и прижатия их к цоколю превентора и колонне. Патроны, поступающие в продажу, снабжаются двумя типами кулачков: монолитными, у которых зубчатая рейка и собственно кулачки представляют единую деталь, и раздельными, у которых раздельные рейка и кулачки блокируются шипами и винтами. Оба варианта приемлемы. Однако у монолитных кулачков зубчатая рейка остается без изменения, а собственно кулачки в процессе их изготовления заменяются дугообразными элементами, например с резиновой футеровкой, вместе образующие цокольные плашки превентора. У зубчатых реек кулачков раздельной конструкции к штатной зубчатой рейке вместо собственно кулачков крепятся дугообразные элементы с такими же параметра- ми, как и у описанных монолитных, образующих цокольные плашки, взаимодействующие с цоколем превентора.

При использовании трехкулачкового патрона, каждая плашка огибает цоколь или колонну на угол а 120°. При четырехкулач- ковом - на 90°. При двухкулачковом - на 180°. К изготовляемым относится картер, содержащий в своей полости упомянутые плашки.

Превентор включает корпус 1.0 патрона с его картером 1.1, радиальными пазами 1.2 и уплотнениями 1.3 в них (показано условно), выемками 1,4 для плашек, гнездами 1.5 для ведущих шестерен, стыковочной выточкой 1.6. В картер 1.1 посажен кольцевой диск 2.0 со спиральным зацеплением 2.1 на нижней его стороне и зубьями 2.2 конической шестерни на верхней. В гнезда 1.5 посажены, застопорены и уплотнены ведущие шестерни 3.0 и дистанционная втулка 4.0 и закрыты фланцем 5.0 на шпильках 6.0. В пазы 1.2 корпуса патрона подвижно посажены и уплотнены специального профиля зубчатые рейки 7.0 с зубьями 7.1 на верхней их стороне, обращенными в полость картера 1.1 ответными спирали 2.1 и взаимодействующие с ней, и монолитными с рейкой, дугообразными элементами 7.2 с футеровкой 7.3, образующими плашки цокольные

на нижней стороне зубчатой рейки, обращенной в полость плашечного картера. Причем, верхняя кромка этой плашки проходит в одной плоскости с нижней плоскостью рейки 7.0. У торцовой части каждой зубчатой

рейки 7.0, обращенной к колонне, образованы вертикальные пазы 7.4 (фиг. 4), в которые запрессованы шипы 8.0 трубных или глухих плашек 8.1 с футеровкой 8.2, которые болтами 9.0, гайками 10.0 и разводными

0 штифтами 11.0 прочно-плотно сблокированы с верхней С-образной частью цокольных плашек 7.2 - 7.3. Целью раздельного выполнения нижних цокольных 7.2-7.3 и верхних трубных 8.1-8.2 плашек является

5 обеспечение возможности ввода зубчатых реек 7.0-7.1 с нижними цокольными плашками 7.2-7.3 в пазы 1.2 корпуса патрона 1.0, обеспечение возможности раздельной замены футеровки цокольных и трубных

0 или глухих плашек с разной долговечностью, объективно определяемой разными условиями их работы (трубные взаимодействуют с необработанной поверхностью расхаживаемой колонны, а цокольные - с

5 чисто обработанной поверхностью цоколя), и обеспечение возможности максимального подъема верхней кромки цокольной плашки до нижней плоскости зубчатой рейки, чем одновременно достигается возможность

0 максимального подъема трубной или глухой плашки, благоприятно влияющего на снижение перекоса зубчатой рейки при герметизации скважины.

К фронтальной части патрона, на выточку 1.6 насаживается и крепится плашечный

5 картер 12.0 с полостью 12.1, в которой заключены цокольные плашки 7.2-7.3. На днище картера 12.0 содержится цоколь 12.2 с лабиринтными закругленными на вершинах кольцами 12.3, каналы для промывочной

0 среды 12.4 и резьбовые отверстия для шпилек 12.5.

Картер 12,0 к корпусу 1.0 патрона крепится винтами 13.0.

В фланец 5.0 посажены шпильки 14.0,

5 предназначенные для посадки на них очередного объекта обвязки устья скважины. В проходном отверстии превентора - колонна труб 15.0.

Превентор работает следующим обра0 зом.

Превентор работает статически или вра- щательно на подпятнике. Вращением одной, либой из трех ведущих шестерен 3.0 по часовой стрелке, сообщается вращение

5 кольцевому диску 2.0, который своей спиралью 2.1 перемещает зубчатые рейки 7.0 со ступенчатыми плашками (цокольными и трубными или глухими) из положения

показанного на фиг. 1, левая сторона к главной оси превентора. Перемещение плашек обратно достигается вращением шестерни 3.0 против часовой стрелки. При наличии в превенторе колонны 15.0 ступенчатые плашки: цокольные подходят к цоколю 12.2 с лабиринтной нарезкой 12.3, а трубные - к колонне 15.0 и герметизируют кольцевой зазор между стенками скважины и колонной (фиг. 1.1, правая сторона). При этом футеровка боковых поверхностей одноименных плашек и горизонтальной перемычки 7.3.1, заключенной между ними, взаимоприлегают по периметру их стыковки. В таком положении плашек полностью исключена возможность попадания сква- жинной среды в полость, в механизм превентора и его проходное отверстие. По мере износа футеровки трубных плашек, объективно сопровождающегося расхаживанием колонны, герметичность участка их прилегания к колонне снижается, а на цокольном участке остается неизменной. Для приведения степени герметизации трубных плашек с колонной к норме, все плашки, в том числе трубные приближаются к колонне на величину износа трубных плашек, а цокольные - к цоколю. При этом, закругленные лабиринтные витки 12.3 цоколя вдавливаются в резиновую футеровку без разрушения ее поверхности и остаточных напряжений в ней. Описанный способ увеличения долговечности трубных плашек, применим до полного внедрения лабиринтных витков 12.3 в тело футеровки 7,3 (без превышения допустимого удельного давления) и соответствующей величине деформации боковых взаимоприлегающих частей футеровок, при соответствующей их толщине и наличии эластичности. После износа футеровки трубных плашек до нормативной величины, они заменяются другими, а футеровка цокольных остается без замены на срок раонь,й, например, 5-10 долго- вечностям футеровки трубных плашек,

Превентор полностью лишен узлов и деталей, вызывающих сомнение в их работоспособности. Исключает возможность зашламования картера токарного патрона, содержащего червячную и шестеренную коническую передачи, обеспечивающие перемещение плашек, расширяет диапазон применения превентора в скважинных средах любой степени зашламованности.

Применение раздельных, но блокируемых для эксплуатации ступенчатых плашек, и отдельно заменяемых по мере их изношенности, и наличие специальных лабиринтных элементов на цоколе плашечного картера, способствуют увеличению долговечности их футеровки, брутто не менее, чем в 2-3 раза и значительно сокращают трудозатраты на обеспечение их работоспособности.

Значительный подъем плашек относительно зубчатой рейки, их несущей, значительно снижает явление, стремящееся создать перекос этой рейки. Отказ от применения корпуса, в который помещался известный патрон

0 и соединение его с плашечным картером по новой схеме - торцовкой, значительно улучшает условия эксплуатации патрона, увеличивая его долговечность. Кроме этого, при прочих равных условиях вес предложенного картера

5 меньше веса корпуса известного превентора примерно в 2,5 раза, а наружный диаметр - на 160-200 мм. Особого внимания заслуживает то, что при наиболее широко применяемом проходном диаметре превентора / 1, рав0 ном 215-230 мм, его высота (Н) не превышает 250 мм. Исключительно важным фактором в современной экономике (когда машиностроительная промышленность страны в состоянии выпускать только неко5 торую долю потребной продукции) является то, что изготовление превентора, обладающего столь высокой технической характеристикой, сводится тогько к самому дешевому - токарному способу изготовлению плашеч0 ного картера 12.0 и изменению кулачковой части зубчатых реек стандартного токарного патрона на плашечную. В результате простейшей и одновременно надежнейшей конструкции превентора, базирующейся на технологии,

5 посильной машиностроительным предприятиям низшего класса, стоимость его изготовления по сравнению с традиционными, например плашечными превенторами, уменьшится не менее чем в 5-Ю раз. В

0 высшей степени ремонтопригоден. Из единого превентора, но комплектуемого разными плашками, например глухими и трубными двух разных диаметров, можно скомпоновать трехзапорную обвязку устья

5 скважины из трех превенторов, суммарная высота (Н) которой будет 750 мм. Из известных плашечных превенторов общего назначения, предлагаемый обладает наивысшей технической характеристикой.

0 Формула изобретения

Превентор содержащий корпус, в котором размещены ступенчатые уплотнитель- ные плашки и механизм их привода в виде самоцентрирующего токарного пат5 рона, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы превентора при расхаживании бурильной колонны, каждая ступенчатая плашка выполнена с вертикальным пазом на торце и обоймой П-образного сечения, которая имеет на наружной поверхности уплотнительный элемент и вертикальный выступ для размещения в пазе ступенчатой плашки, а корпус выполнен с кольцевыми выступами треугольного поперечного сечения с закругленными верши- 5 тельного элемента обоймы, нами и кольцевым пазом под ними, а ступенчатая плашка имеет ответн размещения их в пазе кор толщина уплотнительного э в 1,5-2,0 раза больше тол

тельного элемента обоймы,

чатая плашка имеет ответные выступы для размещения их в пазе корпуса, при этом толщина уплотнительного элемента плашки в 1,5-2,0 раза больше толщины уплотни

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и предназначено для герметизации устья при бурении скважин, из которых ожидается выброс жидкого или газообразного флюида. Цель изобретения - повышение надежности работы превентора при расхаживании бурильной колонны. Пре- вентор содержит корпус, в котором размещены ступенчатые плашки, П-образного сечения обоймы и механизм их привода в виде самоцентрирующего токарного патрона. Выполнены плашки и обоймы суплотни- телыными элементами. При этом толщина одного уплотнительного элемента в 1,5-2,0 раза больше другого уплотнительного элемента обоймы. Плашка ступенчатая выполнена с вертикальным пазом, в котором размещен выступ обоймы. Цоколь корпуса выполнен с кольцевыми выступами треугольного поперечного сечения с закругленными вершинами, взаимодействующими с уплотнительными элементами при герметизации скважины. 7 ил. (Л

,11

11

/ 7.7 77

14

82

Фиг.1

Фиг.1

Фиг.З

tfte4

J

ys

I

Фиг. 6

Фие.1