Устройство защиты буровых скважин и трубопроводов, проводящих горючие жидкости или газы от пожаров, диверсий, землетрясений Советский патент 1993 года по МПК E21B35/00 

Изобретение относится к противопожарной технике имеющее запорные механизмы и дополнительно включает в свою конструкцию средства защиты предотвращающие диверсионные акты, а также попытки самовольного включения устройства посторонними лицами и предназначено в частности для использования на буровых скважинах и других трубопроводов,проводящих горючие жидкости или газы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства защиты буровых скважин и трубопроводов, проводящих горючие жидкости или газы от пожаров, диверсий, землетрясений способных к самовосстановлению быть блокированным или деблокированным. Исключить попытки самовольного включения посторонними лицами. Установить многоступенчатость средств защиты и расположить механизм запорного органа на любой заданной глубине от поверхности земли. Повысить надежность работы системы автоматического регулирования внутренним запорным механизмом. Увеличить степень защиты устройства, снабженного механизмом неизвлекаемости. Увеличить быстродействие запорного механизма.

Сущность технического решения состоит в том, что устройство защиты буровых

ы о

Ы

скважин расположено непосредственно внутри трубопровода и опущено на любую заданную глубину предотвращающее доступ к системе защиты устройства посторонних лиц надежно защищает скважину при возникновении пожара, повышении температуры трубопровода, землетрясении или произведении диверсионных актов (взрывов), а также самовольным пользованием скважины, где опорное сопло, размещенноемеждусегментамивзаимодействует с запорным механизмом выполненным в виде поворотных вокруг осей вращения клапанных створок,связанных с профильными окнами каждого сегмента, внутри которых расположено расчетное число кольцевых и независимых температурных датчиков линейного расширения, установленных в цилиндрах каждого сегмента,имеющих поршень,жестко связанный с сильфоном и тягой, которая кинематически соединена для взаимодействия со створкой клапана, имеющего магнитный фиксатор, где блок экстренного закрытия запорного механизма выполнен в виде подпружиненного поршня, взаимодействующего с выступом двуплечего коромысла, опирающегося на ось вращения и имеющего датчик давления с противовесом, через тягу взаимодействует со створкой запорного механизма, где при необходимости устройство снабженосистемой принудительной разблокировки запорного механизма,выполненного в виде вмонтированных в каждый сегмент цилиндров с пор- шнями, внутри которых выполнен канал и имеющийся в верхней и нижней части цилиндра, расчетное число которых связано капиллярами между собой и с поршневым пространством цилиндров, причем в каж- дом канале установлен направляющий шток с гибким металлическим тросом.связанным со створками и размещенной в полости сегмента устройства системы удержания, которая содержит запорный элемент с выступом, поворотный подпружиненный рычаг с загнутым концом, опирающимся на ось вращения и двуплечий подпружиненный рычаг с загнутыми концами, один из которых имеет зацеп, управляемый установ- ленным в теле сегмента нажимным штоком. На фиг. 1 изображен общий вид и расположение устройства защиты буровых скважин от пожаров, диверсий, землетрясений; на фиг. 2 - разрез по А-А механизма автомати- ческого закрытия створок с устройством разблокировки системы автоматики: на фиг. 3 - разрез по Б-Б устройства .ы буровых скважин; на фиг. 4-система кольцевого датчика температуры; на фиг. 5 - створка

0

5

5 п °

клапана запорного механизма; на фиг. 6 - устройство принудительной разблокировки запорного механизма системой защиты от включения посторонними лицами; на фиг. 7 - механизм неизвлекаемости устройства из буровой скважины.

Устройство защиты буровых скважин и трубопроводов от пожаров, диверсий, землетрясений расположено над основными стояками скваженныхтруб 1,фиг. 1, в любой из секций трубы 2. имеющей резьбу 3 для фиксации устройства защиты 4,оборудован- ного механизмом неизвлекаемости 5, внутренним запорным механизмом 6 опирающегося на сопло 7 расположенного между сегментами 8, внутри которых на различных высотах расположено расчетное число независимых температурных датчиков 9, совмещенных кольцевых датчиков температуры 10, связанных через систему кинематики с внутренним запорным механизмом, а также датчиками давления 11 и вибрации 12 способных реагировать на колебания почвы и повышенного давления ударной волны. Механизм принудительной разблокировки внутреннего запорного клапана 13 расположен в верхнем основании устройства защиты,которое находится внутри скважины на глубине от трех до ста пятидесяти метров от поверхности земли 14, где верхнее основание скважины снабжено внешним запорным механизмом 15 или другим известным техническим средством защиты. Независимые температурные датчики, фиг. 2, содержат замкнутый цилиндр 16, внутри которого расположен подвижный поршень .взаимодействующий с сильфоном 18 и тягой 19, которая через систему кинематики связана со створкой внутреннего запорного механизма 20,имеющего поворотный выступ с направляющим желобом 21 элементами крепления тяги 22 расположенных внутри профильного окна 23. Створки внутреннего запорного механизма, имеющие выпуклую форму, вращаются на оси 24 и удерживаются в открытом положении магнитным фиксатором 25, ответная часть которого с фиксирующим магнитом 26 расположена внутри сегмента устройства защиты. Датчик давления 11, содержащий цилиндр 26 внутри которого расположен подвижный поршень 27, подпружиненный пружиной 28, жестко связан с тягой 29 для взаимодействия с профильным загибом 30 створки внутреннего запорного механизма имеющего ограничительный выступ 31 и удерживается в открытом положении фиксатором 32,расположенным на основании двуплечего рычага 33,имеющего ось вращения 34, где другое основание рычага содержит

сильфом 35 расположенный в профильном окне сегмента устройства защиты, а датчик вибрации 12 дополнительно на основании рычага 33 содержит противовес 36. Система принудительной разблокировки устройства защиты буровых скважин после совершения диверсионных актов (взрывов), землетрясений состоит из расчетного количества ниппелей 37, соединенных через капиляры 38 с входным отверстием 39 расположенно- го в основании цилиндра 40(внутри которого находится подвижный поршень 41 .имеющий шток 42 с запрессованным в нем гибким металлическим тросом 43, продетым внутри канала 44 вокруг направляющего ро- лика 45, опирающегося на ось вращения 46, связанного со створкой внутреннего запорного механизма. Сопло 7, расположенное в проходном отверстии устройства защиты в нижнем основании снабжено ребрами жес- ткости 47 с посадочными гнездами для створок внутреннего запорного механизма указанной поз. 48 в закрытом положении. Внутренняя часть запорного механизма 6 состоит из четырех (или расчетного числа) створок, фиг. 3, шарнирно соединенных с сегментами устройства, где при больших давлениях в скважине створки 20 опираются на посадочные гнезда 48 опорного сопла 7. Система кол ьцевого датчика температуры, влияющего на все основания створок одновременно, фиг. 4, состоит из тяг 49, жестко связанных с сильфоном 50 имеющих общую распределительную трубку 5Т,тяги которых осуа ествляют синхронную работу всех створок одновременно и используется в устройстве защиты буровых скважин как запасная или дублирующая система защиты к основным независимым датчикам температуры. Створка запорного клапана 20, фиг. 5, внутреннего запорного механизма 6,имею- щего выпуклую поверхность 52 для надежной посадки в гнездо 48 опорного сопла 7, выполнена с пустотами 53,в которых расположены ребра жесткости. Направляющий желоб 21 поворотного механизма запорного органа содержит ребро жесткости 54 имеющего канал 55 для свободного выхода тяг 19 при совершении взрыва скважины и аварийном срабатывании датчика давления 11 или вибрации 12. Упрощенное устройство принудительной разблокировки, фиг, 6, внутреннего запорного механизма 13 содержит расчетное число вмонтированных в сегменты 8 цилиндров 55, 56, 57, 58,... име- ющих подвижные поршни 41, внутри которых расположен пропускной канал 59. Ниппели 60 имеют проводимость воздуха только в одном направлении,а ниппель 61 работает толь ко в случае совмещения отверстия поршня 59 с отверстием ниппеля 61. Механизм неизвлекаемости устройства защиты, фиг. 7, содержит запор 62,располо- женный в окне 63, вращающийся на оси 64 и имеющий исполнительный выступ 65 для взаимодействия с подпружиненным загибом поворотного рычага 66 вращающегося на оси 67. Запор удерживается в нерабочем положении подпружиненным двуплечим рычагам 68 имеющий ось вращения 69 и загиб двуплечего рычага 70 с зацепом 71, связанного с запором. Загиб двуплечего оычага 72 взаимодействует с исполнительным нажимным штоком устройства защиты 73. В рабочем положении при фиксации запора 62 он входит в углубленную проточку скваженных труб 74.

После бурения или производства ре- монтно-профилактических работ на поверхности земли по выходному отверстию скважины перед ее эксплуатацией устройство защиты устанавливают внутрь трубопровода скважины на любую заданную глубину и фиксируют или ставят устройство на неиз- влекаемость, а их количество может быть неограниченным, после чего устройство защиты готово к эксплуатации.

Работает устройство защиты буровых скважин и трубопроводов от пожаров, диверсий, землетрясений следующим обра- .зом:

При неосторожном пользовании или несоблюдении элементарной техники безопасности на буровой скважине ее содержимое может загореться и тогда произойдет нагревание трубопровода скважины ,пере- дающее тепло на расчетное число независимых температурных датчиков линейного расширения 9 расположенных в сегментах 8 на различных высотах устройства в цилиндрах 16, которые посредством расширения содержимого сильфона 18 создают избыточное давление на поршень 17, который удлиняется и перемещает тягу 19 внутри устройства защиты 4,связанную с направляющим желобом 21 створки 20,заставляя ее проворачиваться на оси 24 посредством кинематического крепления 22,расположенного внутри профильного окна 23, преодолевая сопротивление магнитных фиксаторов 25,26. Створка 20 под действием силы начинает перемещаться до контакта с гнездами 48 опорного сопла 17, имеющего ребра жесткости 47, и уплотняется за счет избыточного давления возникаю- щего внутри скважины. Система работы расчетного числа клапанов имеет аналогичную конструкцию и выполняет одну и ту же функцию, где при повышении температуры створки запорного клапана перекрывают

выходное отверстие скважины, а после остывания трубопровода система защиты са- мовосстанавливзется п.ри. условии восстановления внешнего запорного механизма 15, и створки 20 возвращаются а исходное .положение и фиксируются магнитными фиксаторами 25, 26, при этом температурные датчики 9 расположены на различных высотах устройства и действуют синхронно на те створки с которыми они соединены. Дублирующая система кольцевых температурных датчиков имекщих общую распределительную трубку 21 и создающую синхронность давления на все тяги 49 при работе створок запорных клапанов, где расчетное количество створок 20 можно использовать без посадки в гнезда 48 и без направляющего сопла 7, имеющего ребра жесткости 47f если внутри скважины содержится небольшое давление. Для увеличения быстродействия запорного механизма все датчики контроля за температурой трубопровода подсоединены к устройству экстренного закрытия створок при помощи пневматического датчика усиления сигналов с пневматическим усилителем для экстренного срабатыванеия всех створок клапанов одновременно. „При совершении диверсионного акта 2взрыва внутри трубопровода возникнет избыточное давление, воспринимаемое датчиком давления 11( который подвергнется небольшой деформации совместно с коромыслом 33 опирающегося на ось вращения 34 и выведет фиксатор 32 из поршня 27; который под действием стяжной пружины 28 и тяги 29 передаст усилие перемещения на профильный загиб 30, имеющего ограничительный выступ 31 команду на экстренное закрытие створками 20, при этом тяги 19 с креплениями 22 выйдут из зацепления направляющих желобов 21 через канал 55, фиг, 5. Работа датчика вибрации 12 аналогична датчику давления 11, но для условия срабатывания датчика вибрации является противовес 36. Для надежной работы датчика давления 11 и вибрации 12 коромысло 33 может быть подпружинено с основанием сегмента 8, где после взрыва скеажины или землетрясении система автоматики полиостью блокируется и для ее восстановления нужны другие специальные меры по разблокировке скважины оборудованной системой принудительной разблокировки, работа которой заключается в том, чтобы открыть створки клапанов 20, к которым .жестко закреплен гибкий металлический трос 43,про- детый вокруг направляющего ролика 45, опирающегося на ось вращения 46 и далее по каналу 44 связанного со штоком

тко закрепленного с поршнем 41 и расположенного в цилиндрах сегментов 8. Принцип упрощенной системы принудительной разблокировки устройства защиты буровых скважин и трубопроводов от пожаров, диверсий, землетрясений изображен на фиг. 6, где расчетное число ниппелей 37(имеющих порядковый номер и соединенных через капилляры 38 связано с основанием цилиндров 55, 56, 57, 58 .../для того чтобы принудительно поднять все подвижные поршни цилиндров 41, а для этого необходимо строго соблюдать последовательность подачи сжатого воздуха, манипулируя колпачками, ниппелей 37, например: закрыть ниппель 9 колпачком и подать сжатый воздух на ниппеля 1, 3, 5, 7, чтобы поршни цилиндров заняли крайнее нижнее положение; через ниппель 8 поднять поршень цилиндра 55, при этом освободив ниппель 9 от колпачка;через ниппель 2 поднять поршень цилиндра 58, освободив ниппель 9 от колпачка; через ниппель 6 поднять поршень цилиндра 57,освободив ниппель 9 от колпачка;

через ниппель 4 поднять поршень цилиндра

56 освободив ниппель 9 от колпачка, после этого система разблокируется и поршни цилиндров 55, 56, 57, 58,... можно установить в крайнее положение, а все ниппеля закрыть колпачками. После определенной доработки и усовершенствования за счет разной пропускной способности ниппелей, добавления количества цилиндров и использования пневматических датчиков сигнала с пневматическими усилителями .системой разблокировки практически невозможно будет открыть створки клапанов 20 без специальных знаний потребителя, что надежно защитит скважину от п осторонних лиц и самовольных включений, где для увеличения степени защиты, устройство может быть установлено на неизвлекае- мость, которая работает следующим образом; при установке устройства защиты

внутрь скважины исполнительный шток 73 упирается в основание стояка 1 предыдущего стыка, от чего происходит поворот рычага с загибом 68 вращающегося на оси 69 и подпружиненного пружиной, освобождают

зацеп 71 удерживающий запор 62, который под действием подпружиненного рычага с загибом 66 воздействует на выступ запора 65,занимает рабочее положение в окне проточки 74 трубопровода скважины 2.

Количество устройств защиты буровых

скважин и трубопроводов от пожаров, диверсий, землетрясений в стояке скважины может быть неограниченным, а их пропускная способность увеличивается если увеличить количество сегментов 8. Для еще

большей секретности разблокировки устройства защиты оно может быть снабжено пневматическим датчиком и пневматиче- ским усилителем для окончательного сраба- тывания всех поршней цилиндров одновременной разблокировки, после оговоренных выше манипуляций с колпачками ниппелей,

Фор мула изобретения

1.Устройство защиты буровых скважин и трубопроводов, проводящих горючие жидкости или газы от пожаров, диверсий, землетрясений, содержащее колонну труб и запорный механизм с приводом, отличающееся тем, что оно снабжено установ- ленными в скважине на разной глубине сег- ментами с цилиндрическими и профильными окнами и опорным соплом, размещенным между сегментами с возможностью взаимодействия с запорным меха- низмом, выполненным в виде поворотных вокруг осей вращения клапанных створок, размещенных в профильных окнах каждого сегмента температурных датчиков линейного расширения, установленных в цилиндри- ческих окнах каждого сегм.ента, жестко связанных с датчиками поршней и тяг, соединенных одними концами с поршнями жестко, а другими концами - со створками, которые выполнены с направляющими же- лобками с возможностью перемещения в них последних, причем запорный механизм имеет магнитный фиксатор, установленный

на створке, и магнит, размещенный на его уровне на сегменте для удержания механиз- ма в открытом положении.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что оно снабжено блоком экстренного закрытия запорного механизма, выполненного в виде коромысла, подпружиненного поршня и датчика давления, который жестко связан с одним концом коромысла, имеющего выступ, расположенный в теле поршня, жестко связанного с одним концом тяги, опирающейся свобод- ным концом на ограничительный выступ, выполненный на створке.

3.Устройство попп. 1 и2,отл.ичающе- е с я тем, что оно снабжено системой принудительной разблокировки запорного механизма, выполненной в виде вмонтированных в каждый сегмент цилиндров с поршнями, внутри которых выполнен канал, и ниппелями по числу цилиндров, связанными капиллярами между собой и с подпоршневыми пространствами цилиндров, причем поршни имеют установленные в их каналах направляющие штоки с гибким металлическим тросомТсвязанным со створками.

4.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что опорное сопло выполнено с ребрами жесткости и посадочными гнездами, поверхность; которых соответствует профилю створок.

5.Устройство поп. 1, о т л и ч а ю щ е е- с л тем, что оно снабжено кольцевым датчиком температуры, связанным со всеми створками,

6.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено пневматическим датчиком усиления сигналов, связанным с приводом запорного механизма.

7.Устройство поп. 1,отличающее с я тем, что оно снабжено узлами фиксации и уплотнительным.

8.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что оно снабжено размещенной в полости, выполненной в теле колонны труб системой удержания устройства; которая содержит запорный элемент с выступом, поворотный подпружиненный рычаг с загнутым концом, опирающимся на ось вращения и двуплечий подпружиненный рычаге загнутыми концами, один из которых имеет зацеп, управляемый установленным в теле сегмента нажимным штоком.

9.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что створки выполнены облегченными и с ребрами жесткости.

10.Устройство по п. отличающееся тем, что оно снабжено датчиком, воспринимающим колебания почвы.

fJ

иг

-.4.

OO

LO чГ Lf) CD Г CO

C

ч-

M

8

tt

2

9

Изобретение относится к устройствам защиты трубопроводов, проводящих горючие смеси, в частности буровых скважин от пожаров и диверсий. Оно расположено внутри трубопровода, погружено в него на любую заданную глубину и предотвращает трубопровод или скважину.от возникшего возгорания путем срабатывания температурных датчиков, вызывающих линейное расширение и участвующих в процессе автоматического закрытия и открытия створок защитного устройства, надежной защиты трубопроводов от диверсионных актов взрывов. Устройство позволяет воспринимать взрывную эолну или любые интенсивные колебания почвы, освобождает при этом поршень, который под действием пружины производит зкстрагенное закрытие створками клапанов. При необходимости систему защиты можно восстановить путем особых дополнительных средств, известных только самому потребителю. Это достигается тем, что устройство имеет установленные на разной глубине в скважине сегменты с окнами и опорное сопло, установленное между сегментами. Сопло взаимодействует с запорным механизмом. Он выполнен в аиде поворотных вокруг осей вращения клапанных створок. Устройство имеет также температурные датчики линейного расширения. Запорный механизм имеет магнитный фиксатор, установленный на створке, и магнит, размещенный на сегменте для удержания механизма в открытом положении. 9 з. п. ф-лы, 7 ил. (Л С

9.3

фиг. 4

1836545

5530

20

фа 2.5

фи$. 6

М

М

70

69

73

74

фиг.