Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
МНОГОЗАПОРНЫЙ ПРЕВЕНТОР ПШЕНИЧНОГО
МНОГОЗАПОРНЫЙ ПРЕВЕНТОР ПШЕНИЧНОГО

МНОГОЗАПОРНЫЙ ПРЕВЕНТОР ПШЕНИЧНОГО

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: герметизация устья нефтяных и газовых скважин при бурении. Сущность изобретения: несколько комплектов плашек располагаются в одной плоскости с возможностью их синхронного перемещения. Для этого плашечный превентор, включающий корпус с центральным осевым отверстием, в котором ярусно размещены плашки с их направляющими, снабжен сменным цоколем с лабиринтной нарезкой и кольцевой стопорной выточкой на наружной поверхности, установленным в отверстии корпуса с возможностью взаимодействия с плашками нижнего яруса. 1 з. п. ф-лы, 7ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2013520
Класс(ы) патента: E21B33/06
Номер заявки: 5020327/03
Дата подачи заявки: 04.12.1991
Дата публикации: 30.05.1994
Заявитель(и): Пшеничный Павел Леонтьевич
Автор(ы): Пшеничный Павел Леонтьевич
Патентообладатель(и): Пшеничный Павел Леонтьевич
Описание изобретения: Изобретение относится к области бурения скважин всех назначений. Преимущественная область использования - на скважинах, где по объективным обстоятельствам, их обвязка, а следовательно и высота буровой платформы, должны иметь минимально возможную высоту. Например, на скважинах, буримых на вулканах полуострова Камчатка и островов Курильской гряды, где скорость ветра тайфуна превышает 50 м/с, унося и разбрасывая штабеля труб. Конкретно - вулкан "Мутновская сопка", высота 2323 м. На нем уже пробурено много скважин на парогидротермы. Масштаб бурения развивается. Создается геотермальная электростанция большой мощности. Парогидротермы - высокоагрессивны.
Ближайшим аналогом является превентор двухзапорный "КГУТС-3" конструкции Министерства геологии и ПГО "Савкавгеология". Автор и разработчик - Пшеничный П. Л. Он снабжен двумя парами цилиндрических плашек, помещенных в цилиндры "ДВОЙНОГО прямого вертикального креста", расположенные один над другим, как два последовательно сблокированных превентора. Плашки могут быть "глухие". Они герметизируют устье скважины, стыкуясь фронтальными торцами в корпусе превентора, у его центральной оси. С приложением осевой силы к плашкам, направленной на их сближение, их резиновая футеровка увеличивается в диаметре, уплотняясь со стенками цилиндров.
В другом случае, плашки могут быть "трубные" с выемками на их фронтальных торцах, охватывающими двумя плашками колонну труб на 180 х 2 = 360о. Процесс герметизации "трубными" плашками аналогичен процессу герметизации "глухими" плашками. Они взаимодействуют одновременно с колонной труб и стенками цилиндров. Корпус превентора вместе с цилиндрами, при наличии давления флюида под ним, находятся под напряжением и подвергаются разрушению эрозией флюида.
Наиболее вероятными местами прорыва флюида на дневную поверхность (при применении любого вида из названных плашек) и одновременно подверженными наибольшему воздействию коррозии являются части корпуса превентора, находящиеся между его стенками и цилиндрическими участками закрытых плашек, на линии их стыковки фронтальных торцов у главной вертикальной оси.
Механическая обработка внутренних поверхностей цилиндров на обычных токарных станках исключена наличием "двойного креста", содержащего две пары параллельно расположенных цилиндров с большой высотой корпуса.
При закрытых плашках и наличии давления флюида под превентором цилиндры и весь корпус превентора находятся под напряжением, омываются изнутри и разрушаются агрессивным флюидом.
В качестве прототипа принят превентор "КГУТС/З", для изготовления которого (предназначенного для работы в агрессивной среде) применимы только высококоррозионностойкие материалы).
Сущность изобретения характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
Превентор содержит корпус с несколькими направляющими элементами для плашек, представляющих собой цилиндрические патрубки, расположенные в одной горизонтальной плоскости, образуя "прямой крест" или "звезду" с четным (6-8) числом концов, с равными углами между их осями.
В точке пересечения осей патрубков, образующих корпус превентора, перпендикулярно к плоскости их расположения проходит вертикальная ось проходного отверстия для бурильного инструмента, венчаемого: на верхней плоскости - присоединительным патрубком традиционного назначения, а на нижней - сменным цоколем с переменными диаметрами проходного отверстия, снабженным лабиринтной нарезкой и кольцевой стопорной выточкой, тоже переменных диаметров - на его наружной поверхности, обращенной в полость корпуса превентора. Цоколь стыкуется с корпусом фланцевым соединением или резьбовым: в корпусе - внутренняя, а на цоколе - наружная резьба.
Направляющие патрубки на внешних концах снабжены резьбами, предназначенными для стыковки с ними механизмов привода плашек (заявка N 5.000, 830). При удлиненных направляющих патрубках механизм привода плашек вместе с синхронизатором их передвижения встраивается непосредственно в их полости. В каждый патрубок встроена одна цилиндрическая (ответная его внутреннему диаметру) монолитная, двухступенчатая плашка с выемкой под футеровку и самой футеровкой: на фронтальном торце; хвостовиком для блокировки с приводом на тыльном торце.
Нижняя футерованная ступень плашки взаимодействует с лабиринтным участком покоя, а ее нижняя часть корпуса своим стопорным шипом - со стопорной кольцевой выточкой цоколя.
Верхняя ступень плашки может быть выполнена в двух вариантах: "глухом" - предназначенном для герметизации скважины без бурильной колонны; "трубном" - для герметизации скважины с бурильной колонной, а следовательно и взаимодействия с ней. При применении любого из названных вариантов плашек при герметизации скважин работает одновременно обе их ступени. Каждая двухступенчатая плашка может охватывать цоколь и колонну труб на 180о или 120о. В первом случае один их комплект будет содержать две двухступенчатые плашки, во втором - три. И по одному пристыкованному приводу с синхронизатором движения плашек на каждую плашку.
При закрытых плашках флюид из скважины выше верхней кромки цоколя не поднимается, а следовательно, не смывает корпуса плашек и полости корпуса превентора и его патрубков, исключая их химическое разрушение и механическое напряжение при наличии давления флюида.
Наличие сменного - по мере технологической необходимости - цоколя обеспечивает возможность регулирования его размеров и размеров плашек в зависимости от преобладающих диаметров бурильных колонн в скважине, при постоянных размерах корпуса превентора, принятого для наибольшего диаметра колонн. В результате этого цоколь, являющийся деталью, подверженной максимальному воздействию механического и химического износов и поэтому изготовляемой из дорогих коррозионно-стойких материалов, и футеровка плашек, изготовляемая, как правило, из дефицитных импортных материалов, будут расходоваться рационально. Перечисленная совокупность признаков обеспечивает возможность достижения следующих технических результатов: уменьшение габарита строительной высоты, например, двухзапорного превентора предлагаемой конструкции, по сравнению с двухзапорным прототипом, ориентировочно в 2,5 раза, трехзапорного - в 4 раза, четырехзапорного - в 5,5 раза. Обеспечена возможность применения товарного - самого прогрессивного и дешевого способа механической обработки корпуса превентора и корпусов плашек до 100% готовности.
Благодаря применению двухступенчатых плашек со стопорными шипами, наличию кольцевой стопорной выточки на цоколе исключена необходимость герметизации цилиндрической части плашек с внутренней поверхностью направляющих патрубков корпуса, а следовательно и необходимость чистовой обработки полостей патрубков и ответных им поверхностей корпусов плашек.
Исключена возможность поступления в полость корпуса превентора при закрытых плашках, флюида, в результате чего воздействию давления и коррозии будет подвержена только полость цоколя, следовательно, корпус превентора не будет относиться к области ". . . сосудов и аппаратов, работающих под давлением выше атмосферного. . . ", и на законном основании может быть изготовлен сварным способом и из мало коррозиестойкой стали (легко поддающейся сварке). При наличии, например, крестообразного корпуса, содержащего два комплекта, например, "трубных" плашек, обеспечена возможность герметизации скважины, содержащей колонну труб двух диаметров поочередно. При наличии корпуса в виде шестиконечной или восьмиконечной звезды обеспечена возможность герметизации колонн труб двумя плашками по 180о трех и четырех диаметров, при неизменной строительной высоте корпуса.
В другом случае - при наличии колонны труб постоянного диаметра и превентора, снабженного несколькими комплектами плашек, один из них может эксплуатироваться, а остальные оставаться в резерве. В любой момент, почти мгновенно, один комплект плашек заменяется другим такой же или иной технической характеристики. Это представляет большую ценность в случае выхода из строя действующего комплекта плашек, а также при герметизации скважин с колонной труб переменного диаметра.
Применение трех двухступенчатых плашек, каждая из которых охватывает цоколь и колонну труб на 120о, вместо традиционно применяемых двух плашек, каждая из которых охватывает соответственно на 180о, обеспечена возможность отказаться от применения для их футеровки дефицитных резин и заменить их отечественными полимерными материалами, пониженной - против резины - эластичностью, но высокотеплостойкими, высокодолговечными и дешевыми.
Высокая технологичность изготовления превентора, универсальность его применения к разным диаметрам колонн, оперативность в замене действующего комплекта плашек, существенное уменьшение строительной высоты, способствующее устойчивости вышки, гарантирует его применимость в экстремальных условиях.
На фиг. 1 изображен двухзапорный превентор, представляющий "крест прямой", вписанный в круг, ограниченный радиусом R (связанный с высотой центров токарного станка, на котором предполагается обработка его центральных проходных отверстий ⊘ 2). В проходном отверстии, обозначенном ⊘ 2, видна пара "глухих" плашек, герметизирующих устье скважины. Они встроены в патрубки 2, 3 корпуса с одной осью А-А.
Вторая пара "трубных" плашек отведена от устья скважины на запасную позицию, т. е. в исходное положение (не показана). В другом случае корпус в плане может представлять собой шести- или восьмиконечную звезду.
На фиг. 2 изображен разрез А-А на фиг. 1. Показаны глухие плашки, загерметизировавшие устье скважины без бурильной колонны. Они расположены на одной оси А-А. "Трубные" плашки отведены в исходное положение и на фиг. 2 не показаны. Шипы плашек взаимодействуют с выточкой цоколя.
На фиг. 3 показан корпус превентора с видом на проходное отверстие ⊘ 2, где видна пара "трубных" плашек, встроенных в патрубки 4, 5 с единой осью Б-Б. "Глухие" плашки отведены от устья в исходное положение.
На фиг. 4 показан разрез Б-Б на фиг. 3. Вид на "трубные" плашки, загерметизировавшие устье скважины с бурильной колонной. Они расположены на одной оси Б-Б. Глухие плашки отведены от устья скважины в исходное положение. Шипы плашек взаимодействуют с выточкой цоколя.
На фиг. 5 повторяет фиг. 4, но с разгерметизированным устьем. В таком положении оба вида плашек отведены от устья скважины в исходное положение и любые из них разновременно могут быть включены в работу на едином уровне.
На фиг. 6 показана заготовка корпуса плашки после первой технологической операции; на фиг. 7 - то же, после второй предпоследней технологической операции.
Превентор двухзапорный (фиг. 1) содержит корпус 1, представляющий собой в плане "крест прямой" высокого давления, аналогичный (но видоизмененный), например, "кресту прямому" по ГОСТ 8951-59. Оси А-А и Б-Б его патрубков 2, 3, 4, 5 с одинаковыми внутренними диаметрами ⊘ 1 пересекаются под прямым углом и расположены в одной горизонтальной плоскости. (Стенки по внутреннему диаметру ⊘ 1 грубо обработаны. Они предназначены служить направлением для плашек. На концах патрубков - внутренняя или наружная резьба, предназначенная для блокировки "аварийно-спасательного привода", огражденного заявкой N 5.000.880 - с корпусом 1). В месте пересечения осей А-А и Б-Б перпендикулярно к названной плоскости проходит ось, предназначенная быть соосной оси скважины. В верхней части корпуса 1 на вертикальной оси - монолитный патрубок 6 с проходным диаметром ⊘ 2 предназначен для посадки на крест соответствующего объекта обвязки устья скважины. В нижней части креста, соосно патрубку 6, расположен прилив 7 с центральным отверстием ⊘ 3, предназначенным для посадки в него цоколя 8 с проходным отверстием переменного ⊘ 4, концентричной нарезкой 9 (в виде стандартной "круглой резьбы", высота которой 3-5 мм), кольцевой стопорной выточкой 10, фланцами 11, 12, между которыми могут быть помещены традиционные отводы крестовины.
Цоколь 8 крепится к приливу 7 корпуса 1 винтами или шпильками (не показаны). В другом случае он может быть посажен на резьбе. Фланец 12 предназначен для стыковки с нижерасположенным объектом обвязки устья скважины. Цоколь 8 - деталь сменная коррозионно-стойкая. Его замена может производиться по причине выбора соответствующего диаметра прохода ⊘ 4 и соответствующей технической характеристики лабиринтной нарезки 9, зависящей от диаметра прохода ⊘ 4 и технической характеристики материала футеровки 16.
Концы патрубков 2-5 снабжены резьбой для пристыковки к ним, например, так называемого "аварийно-спасательного привода. . . ". Однако при наличии производственных возможностей длина, очерченная радиусом R крестовин, может быть принята такая, которая вместит не только плашки, но и их привод.
Описанная конструкция корпуса, представляющая собой "крест прямой" или "многоконечную" звезду, принята потому, что: во-первых, этим обеспечивается возможность размещения двух или более комплектов плашек в одном уровне; во-вторых, обеспечивается возможность механической обработки корпуса на 100% токарным способом, на токарном станке за 4 установки, чем снижаются трудозатраты в 3-5 раз по сравнению с традиционной обработкой этой самой дорогостоящей детали, выполняется на долбежных строгальных и фрезерных станках; в-третьих, простота конструкции и весьма существенная равномерность толщины стенки обеспечивают возможность изготовления заготовки литейным способом, при минимальных внутренних напряжениях в металле и другими вытекающими положительными факторами.
Корпус превентора содержит в своих патрубках две или более пары плашек. Например, одну пару "глухих", подвижно посаженных в диаметрально противоположно расположенные патрубки 2, 3. Вторую пару, например, "трубных", посаженных в патрубки 4, 5. Кроме этого, и по мере необходимости, корпус может компоноваться только "глухими" или только "трубными" плашками. А конструкция корпуса может иметь до 6-8 присоединительных элементов для направляющих патрубков с плашками, расположенных в плане в виде 6-8-конечной звезды с равными углами между ними. Каждая плашка состоит из двух частей: ее корпус 13, представляющий собой цилиндрическую болванку с диаметром, ответным диаметру ⊘ 1 патрубков, с резьбовым хвостовиком 14, предназначенным для стыковки с приводом - на одном конце и выточкой 15 для посадки в нее уплотнительной футеровки 16 - на другом. Корпуса плашек (13-15), предназначенные для "трубных" и "глухих" плашек - единой конструкции и размеров, изготавливаются на 100% токарным способом попарно или по несколько пар одновременно из круглого проката или поковки. Например, для изготовления одной пары плашек принимается заготовка (фиг. 6), соответствующая ⊘ 1, длина которой равна длине двух плашек. Ее концы обрабатываются так, чтобы образовались два хвостовика 14. Затем заготовка крепится к плоскости токарного патрона и в ней выполняется выточка 15 для футеровки 16 (фиг. 7). После этой операции на токарном станке заготовка-полуфабрикат разрезается поперек на 2 равные части, каждая из которых после описанной операции представляет собой корпус плашки 100% готовности от первой до последней операции, выполненные самым прогрессивным - токарным способом.
Готовый корпус (13-15) плашки компонуется вставкой или вулканизированной футеровкой 16, из которых вулканизированная - значительно надежнее и в результате - экономичнее. Кроме этого снабжается противошлемовым уплотнением 17 и стопорным шипом, монолитным с корпусом.
Работа "глухих" плашек (фиг. 1, 2).
Плашки синхронно перемещаются "аварийно-спасательным приводом по заявке N 5000880 - (с резервного положения - когда устье скважины открыто) к вертикальной оси превентора. При этом их футеровка 16, т. е. нижняя ступень плашек обжимает лабиринтную нарезку 9 цоколя 8 и герметизируется с ней на всей ее высоте, шип плашки взаимодействует с выточкой цоколя. Одновременно с этим верхние участки футеровки, верхняя ступень обеих плашек, взаимно стыкуются фронтальными торцами, герметизируя проход ⊘ 4. В таком положении при наличии давления под превентором его корпус не подвергается напряжению, а также воздействию на него и на плашки вредного влияния флюида.
Работа "трубных" плашек (фиг. 1, 3, 4, 5).
Работа нижней ступени плашек такая, как и у "глухих". При герметизации нижней ступенью плашек цоколя одновременно с этим происходит герметизация верхней ступенью плашек кольцевого зазора, образованного между проходом 0 и колонной труб (фиг. 4).
При работе "трубных" плашек, аналогично как и "глухих", корпус превентора не подвержен напряжению и воздействию на него и на плашки вредного влияния флюида.
Устройство и принцип действия других многозапорных превенторов (например, трех- или четырехзапорных) отличается от двухзапорного только числом пар патрубков и плашек, расположенных в плане в виде многоконечной звезды с равными углами, заключенными между их осями.
Технико-экономическая и иная эффективность изобретения заключается в том, что при уменьшении высоты превентора в 2,5 раза против прототипа "КГУСС-3" или в 4-5,5 раза против каскада превенторов аналогичного назначения, который могут заменить многозапорным превентором, соответственно уменьшается высота комплекса обвязки устья скважины и платформы, несущей на себе буровое оборудование. Создаются более благоприятные и безопасные условия ведения буровых работ в экстремальных погодных условиях. Расширяется диапазон применения превентора применительно к трубам разных диаметров, его плашки, ответным диаметрам труб, и "глухими", расположенными в одном уровне. Отпадает необходимость шлифовки стенок направляющих патрубков. Благодаря приданию деталям геометрических форм, поддающихся обработке токарным способом, технологичность изготовления превентора улучшилась в 3-5 раз, т. е. так как, например, отношение скорости обработки деталей точением, к скорости их обработки строганием, долблением слесарным способом. Создана возможность экстренной замены вышедших из строя плашек без удаления их за превентора, другим комплектом плашек той же технической характеристики, находящимся в том же превенторе на запасной позиции "в исходном положении". Повысилась ремонтнопригодность, транспортабельность, долговечность.
Формула изобретения: 1. Многозапорный превентор, включающий корпус с центральным осевым отверстием, ярусно размещенными в корпусе плашками с их направляющими элементами, отличающийся тем, что он снабжен сменным цоколем с переменными внутренним и наружным диаметром, а направляющие плашек расположены в одной плоскости, образуя горизонтальный "прямой крест" для двухзапорного превентора или 6 - 8-конечную звезду для многозапорного, с проходным осевым отверстием, причем сменный цоколь выполнен с лабиринтной нарезкой и кольцевой стопорной выточкой на наружной поверхности, обращенной в полость корпуса, при этом нижний ярус плашек выполнен с поверхностью, ответной лабиринтной части цоколя, и со стопорными шипами, размещенными с возможностью из взаимодействия с кольцевой стопорной выточкой цоколя, установленного в осевом проходном отверстии, образованном направляющими.
2. Превентор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен синхронизатором движения каждого яруса плашек.