Арматура фонтанная моноблочная Советский патент 1982 года по МПК E21B33/03 

(54) АРМАТУРА ФОНТАННАЯ МОНОБЛОЧНАЯ Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности, к оборудованию устья фонтанирующих нефтяных и газовых скважин. Известна арматура устья скважины, которая выполнена с поворотной елкой 1. Недостатком арматуры является невозможность проведения через арматуру различных технологических операций, например спуск геофизических приборов, очистка и др. Известна также арматура фонтанная моноблочная, содержащая корпус с отводами и фланцем, штуцеры, втулку с радиальными отверстиями, которая образует с корпусом кольцевую камеру, заполненную уплотнительной смазкой, систему автоматического уравновешивания давления среды и узел управления 2}. Недостатком этой арматуры является необходимость использования различных устройств - запорных и регулирующих - для перекрытия потока и регулирования режима работы скважины, необходимость перемещения всей лифтовой колонны для перекрытия скважины, сохранение трудоемкого процесса перевода скважины на эксплуатацию по запасной линии. Цель изобретения - повышение надежности фонтанной арматуры в работе путем обеспечения дистанционного автоматического управления и возможности смены штуцеров без демонтажа арматуры. Поставленная цель достигается тем, что арматура фонтанная снабжается втулкой, размещенной в кольцевой камере с возможностью взаимодействия с корпусом, и гильзой с узлом управления и радиальными каналами, в которых установлены штуцеры, причем на втулке выполнена канавка, а на корпусе - отверстие. Каналы на гильзе располагаются группами в горизонтальных плоскостях, а канавка на втулке выполняется с горизонтальными и наклонными участками, причем горизонтальный угол между началом и концом этих участков равен углу между каналами гильзы. Кроме того, отверстие на корпусе выполняется с угловым смещением относительно отвода ot, (п-1)А, где п - число штуцеров гильзы в одной горизонтальной плоскости, Л. - угол между Этими штуцерами.

На фиг. 1 изображена арматура, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5- разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - гильза с штуцерами, расположенными по винтовой линии, разрез; на фиг. 7 - развертка втулки; на фиг. 8 - место арматуры на устье скважины.

Арматура фонтанная моноблочная (АФМ) состоит из корпуса 1 с боковым отводом, втулки 2, гильзы 3 и двух узлов управления, представляющих собой, к примеру, зубчатые валы 4 и 5, образующие конические зубчатые пары соответственно с сектором 6 и кольцом 7. В гильзе 3 установлены щтуцеры, составленные для возможности смены из корпуса 8, штуцерной втулки 9 и уплотнения 10. Штуцеры на гильзе располагаются раздельно группами, например по шесть штук, в нескольких параллельных плоскостях или же по винтовой линии. В хвостовой части гильзы установлен палец 11 и выполнены канавки под шлицы кольца 7.

Осевая нагрузка, возникающая в зубчатых парах узла управления, воспринимается шаровыми опорами 12 и 13 и винтами 14.

Втулка 2 предназначена для предохранения деталей АФМ от воздействия рабочей среды, для переключения потока среды с рабочей линии в запасную при необходимости смены штуцеров, для преобразования вращательного движения гильзы в сложное, а также для установки пробки приспособления для смены запорного устройства под давлением. На втулке 2 на уровне бокового отвода корпуса 1 выполнено отверстие для направления среды в штуцер, в которое для повышения долговечности может быть установлена втулка 15 из какого-либо износостойкого материала. Для меньшей подверженности износу внутренний диаметр втулки 15 значительно больше диаметра канала штуцерной втулки 9.

На поверхности втулки 2 выполнена канавка Е, соответствующая характеру расположения штуцеров. Так, при .расположеНИИ щтуцеров по винтовой линии по аналогичной винтовой линии выполняется и канавка Е, а при расположении группами в параллельных плоскостях - соответственно, т. е. в виде незамкнутых горизонтальных канавок, соединенных последовательно наклонными участками Ж так, что угол между переходными зонами канавок (в горизонтальной плоскости) равен углу между соседними штуцерами .

Расстояние h между канавками по вертикали равно аналогичному расстоянию h между штуцерами, что дает возможность последовательной бесступенчатой смены

штуцеров, лежащих в различных плоскостях, по мере их износа путем преобразования вращательного движения гильзы в необходимое постоянное или прерывистое винтовое, т. е. в сложное движение.

В нижней части втулки с угловым смещением относительно втулки 15 выполнено отверстие И для направления рабочей среды в запасную линию и зубчатый сектор 6, взаимодействующий с приводом 4, вращением которого осуществляется поворот втулки.

Для уменьщения крутящего момента, необходимого для вращения втулки 2 под давлением рабочей среды, на упор 16 втулки установлен подшипник 17. Для создания на подшипник 17 начальной нагрузки при сборке предусмотрены стержень 18 с коническим концом, поджимающийся пробкой 19 через пружину 20. Конец стержня 18 входит в паз втулки 2, что не препятствует врашению последней. Уплотнения 21 и 22 служат для большей гарантии герметичности пространства между корпусом 1 и втулкой 2.

Корпус 1 имеет боковой отвод и отверстие К, куда устанавливается сменный штуцер 23. Для съема изношенных штуцеров на корпусе выполнено отверстие, которое при работе АФМ заглушается пробкой 24. Расположение этого отверстия до или после отвода не влияет на возможность последовательной смены штуцеров без демонтажа арматуры только при условии, если угол между ними (отверстием и отводом) «А, (п-l)ot, где п - число штуцеров на гильзе в одной горизонтальной плоскости (ряду). Когда ot| не кратно целому числу cd, один из штуцеров каждого ряда оказывается невозможно сменить, так как происходит преждевременное переключение рядов. В случае di - nJ смещение отсутствует, так как отверстие совпадает с отводом и потому для смены штуцеров потребуется демонтаж рабочей линии 25.

На нижней фланце корпуса выполнены также два гнезда для установки узлов 4 и 5 управления, которые уплотняются прокладками 26 поджатием винта 14. На корпусе выполнена и система автоматического уравновешивания давления среды, предназначенная как для разгрузки втулки 2 от действия среды, что позволяет уменьшить размеры втулки, так и для смазки и герметизации подвижных деталей АФМ. Для этого полость Л через отверстие М сообщается с резервуарами Н, куда установлен поршень 27, на который через отверстие О воздействует давление среды, сжимая заполняющую резервуар Н и все пространство между корпусом и втулкой специальную уплотнительную смазку.

Резервуар Н закрывается пробкой 28. Заполнение всей системы производится через масленку 29. Для определения необходимости заполнения системы уплотнительной массой АФМ снабжается сигнальным устройством 30, например по типу электровключателей. Для получения сигнала в пробке 28 установлен шток 31, положение которого фиксируется, к примеру, винтом 32. При воздействии поршня 27 шток срезает конец винта и далее воздействует на специальное устройство. Конец штока 31 выступает в резервуар Н настолько, чтобы н после получения сигнала оставался некоторый объем невытесненной из резервуара уплотнительной смазки для возможности работы системы еше некоторое время. Для возможности перетока уплотнительной смазки из одной части полости Л в другую при перемешении гильзы 3, для создания жидкостного трения и для поступления ее к уплотнениям 21 и 22 в гильзе 3 выполнены продольные отверстия П, а на других деталях - канавки а, б, в, г, д, е и отверстие Л. Для надежной герметизации в зоне втулки 15 и бокового отвода корпуса выполнены соответственно канавки Р и С. Ввиду того, что при установке в рабочее положение каждого из штуцеров находящаяся в них уплотнительная смазка будет вымываться потоком рабочей среды, то объем и количество резервуаров Н системы автоматического уравновешивания давления Должно быть рассчитано с учетом этого расхода. Предлагаемая АФМ устанавливается на трубную головку 33, на нее монтируется запорное устройство 34 с буфером 35 и присоединя19тся рабочая линия 25 и запасная 36. Перед монтажом АФМ контролируется точность установки в рабочее положение первого штуцера рабочей струны. Смена изношенного штуцера производится врашением узла 5 управления на угол, величина которого обуславливается угловым шагом штуцеров, зависит от вида канавки Е втулки, по которой перемешается палец 11. Контроль величины угла врашения может осуществляться каким-либо известным методом, например шкальным или храповым устройствами. При износе штуцеров рабочей линии вращением узла 4 управления поворачивается втулка 2 до совмещения её отверстия с штуцером 23. При этом отключается рабочая линия и среда направляется в запасную линию. Затем отворачивается пробка 24 и через отверстие последовательно совмешением каждого из штуцеров с этим отверстием обратным вращением узла 5 управления производится отворот штуцеров и замена их новыми. По окончании смены гильза 3 вновь оказывается в исходном положении и обратным поворотом узла 4 управления поток среды вновь переключается в рабочую линию. При износе штуцера 23 запасной лннии смена его производится при работающей рабочей лннии. Необходимые технологические операции производятся при открытом запорном устройстве 34 после замены буфера 35 устройством, необходимым для проведения этих операций под давлением. Замена изношенного запорного устройства 34 производится после установки и закрепления в канавке Т пробки устройства для смены задвижки под давлением. С помощью этой же пробки, но установленной в канавку У после переключения потока в запасную струну, перекрывается поток для возможности смены втулки 15 в случае необходимости. Предлагаемая АФМ, будучи установленной на скважинах, в продукции которых отсутствуют абразивные примеси, и не требуются довольно частые изменения режима работы, может работать в режиме регулируемого штуцера, для чего узлом 5 управления устанавливается необходимая степень перекрытия втулок 9 и 15. При необходимости изменения режима эксплуатации, например в случае безпесочной газовой скважины, на гильзе могут быть установлены штуцера с различными проходными отверстиями и могут быть сводные от штуцеров отверстия для получения равнопроходимостн с боковым отводом. Уменьшение габаритов фонтанной арматуры за счет уменьшения количества составных элементов н упрощение управления, уменьшают стоимость ее и облегчают эксплуатацию, уменьшают поверхность, подверженную ветровой нагрузке и воздействию взрывной волны, и позволяют использовать арматуру для оборудования устья подводных скважин. Осуществление смены щтуцеров и переключения линий путем незначительного вращения зубчатых пар намного облегчает процесс дистанционного автоматического управления фонтанной арматурой. Формула изобретения . Арматура фонтанная моноблочная, содержащая корпус с отводами и фланцем, щтуцеры, втулку с радиальными отверстиями, которая образует с корпусом кольцевую камеры, заполненную уплотнительной смазкой, систему автоматического уравновешивания давления среды и узел управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности устройства в работе путем обеспечения дистанционного автоматического управления и возможности смены штуцеров без демонтажа арматуры, она снабжена размещенной в кольцевой камере с возможностью взаимодействия ,с корпусом втулкой и гильзой с узлом управления и радиальными каналами, в которых установлены штуцеры, причем на втулке выполнена канавка, а на корпусе - отверстие.

2. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что каналы на гильзе расположены группами в горизонтальных плоскостях, а канавка на втулке выполнена с горизонтальными и наклонными участками, причем горизонтальный угол между началом и концом этих участков равен углу между каналами гильзы.

8

3. Арматура по п. 1, отличающаяся тем что отверстие на корпусе выполнено с угловым смещением относительно отвода cti (п l)i, где п - число штуцеров гильзы в одной горизонтальной плоскости, J угол между этими штуцерами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 253701, кл. Е 21 В 43/00, 1968

2.Патент США № 3087547, кл. 166-89 1963 (прототип).

К

A-f

Х/

П

J; t

Е т

Риг.б

-Р

2

Л.

:

JL

.Д

Фиг. 7