Устройство для управления устьевой фонтанной арматурой подводных скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности , в частности к оборудованию Y2 п 43-Ер ю подводных разведочных и эксплуатационных скважин, и может быть использовано для управления исполнительными механизмами , размещенными под водой. Цель - повышение надежности работы устройства при одновременном улучшении эксплуатационных качеств. Рабочая жидкость насосом 2 с приводом 1 подается в основную магистраль 40 через обратные клапаны 8 и 9. При достижении заданного давления в гидроаккумуляторе 32 включается одно из реле давлений, например реле 23, насос 2 при этом отключается. Для ввода в действие одного из исполнительных механизмов 48- 50 подают команду на включение одного из гидрораспределителей 17-19. Рабочая жидкость по основной напорной магистрали 40 и по одной из магистралей 51-53 под давле26 & W Я vj СО СО ( ГО ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 43/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

l (21) 4797163/03 (22) 27.02.90 (46) 15.05.92. Бюл. № 18 (71) Производственное объединение "Баррикады" (72) В.И.Бражников, В.Е.Алабушев и B,Ã.Ñåðдюков (53) 622.245.7(088.8) (56) Патент США ¹ 3993100, кл. Е 21 В 43/01, 1976.

Каталог фирмы Камерон Айрон Воркс (CLUA), Гидравлические схемы, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УСТЬЕВОЙ ФОНТАННОЙ АРМАТУРОЙ ПОДВОДНЫХ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к оборудованию Ы,» 1733625 А1 подводных разведочных и эксплуатационных скважин, и может быть использовано для управления исполнительными механизмами, размещенными под водой. Цель — повышение надежности работы устройства при одновременном улучшении эксплуатационных качеств. Рабочая жидкость насосом 2 с приводом 1 подается в основную магистраль 40 через обратные клапаны 8 и

9. При достижении заданного давления в гидроаккумуляторе 32 включается одно из реле давлений, например реле 23, насос 2 при этом отключается. Для ввода в действие одного из исполнительных механизмов 48—

50 подают команду на включение одного из гидрораспределителей l7-19. Рабочая жидкость по основной напорной магистрали 40 и по одной из магистралей 51 — 53 под давле1733625 нием поступает в рабочую камеру одного из исполнительных механизмов 48 — 50, открывая задвижку. Если давления на открытие недостаточно, то вступает в работу допол нительный гидроаккумулятор 33, заполняемый под давлением рабочей жидкостью, которая поступает по магистрали 39 управления в камеру 35 (36) узла 34 повышения давления и за счет разности площадей ступенчатого плунжера давление рабочей жидкости увеличивается. Рабочая жидкость, вытесненная ступенчатым плунжером из каИзобретение относится к оборудованию подводных разведочных и эксплуатационных скважин и может быть использовано для управления исполнительными механизмами, размещенными под водой, Известна гидравлическая система управления несколькими подводными устройствами, содержащая основную опорную магистраль, магистраль управления, клапаны управления, регуляторы давления, Давление в основной напорной магистрали соответствует заданному давлению, развиваемому источником энергии. В известных системах управления подводными устройствами есть необходимость использования более высокого давления для управления исполнительными механ изма ми, на и ример дл я управления клапаном-отсекателем, установленным внутри скважины, на который воздействует высокое скважинное давление, например порядка 700 кг/см . Для управления г исполнительными механизмами фонтанной арматуры необходимо более низкое г давление, например порядка 250 кг/см .

Известна гидравлическая система управления подводной фонтанной арматурой, применяемая в эксплуатационном комплексе, содержащая основные напорные магистрали с давлением порядка 250 кг/см, дополнительные напорные магистрали с давлением порядка 750 кг/см, соединен2 ные с гидравлическими исполнительными механизмами через гидрораспределители, гидроаккумуляторы, соединенные с основной и дополнительными магисгралями, реле давления.

B известной системе управления источником энергии жидкости являются отдельные насосные установки как для основной магистрали, так и для дополнительных магистралей, меры 37 (38), поступает в дополнительные напорные магистрали 45 и 46. По достижении заданного (рабочего) давления в дополнительном гидроаккумуляторе 33 реле давления, например реле 29, подает электрический сигнал на прекращение действия дополнительного гидрораспределителя 16, Рабочая жидкость по дополнительным напорным магистралям 45 и 46 из гидроаккумулятора 33 поступает в рабочую камеру гидравлического механизма 47, открывая задвижку. 1 ил.

Наличие двух отдельных насосных установок, которые развивают разные давления, делает необходимым применение дополнительного гидравлического оборудо5 вания (насосы, клапаны, фильтры и т.д.). Поэтому при увеличении гидравлического оборудования по числу и наименованию появляется дополнительная вероятность отказа одного вида оборудования, что снижает

10 надежность системы.

Применение дополнительных приводов к насосам и самих насосов ухудшает эксплуатационные качества системы управления, так как появляется необходимость в допол15 нительном оборудовании. Кроме того, в известной системе дополнительные напорные магистрали высокого давления имеют большую протяженность, так как источники энергии рабочей жидкости размещены вы20 ше поверхности воды, например на стационарной платформе. Это требует применения специального трубопровода, что ухудшает эксплуатационные качества управления, 25 Цель изобретения — повышение надежности работы устройства при одновременном улучшении эксплуатационных качеств, Сущность изобретения состоит в том, что устройство для управления устьевой

30 фонтанной арматурой подводных скважин, содержащее основную напорную магистраль, дополнительные напорные магистрали, соединенные с гидравлическими исполнительными механизмами через основные и

35 дополнительные гидрораспределители, магистрали управления, гидроаккумуляторы, соединенные с основными и дополнительными напорными магистралями, реле давления, обратные клапаны, снабжено узлом повы40 шения давления, размещенным на фонтанной арматуре с камерами низкого и высокого давления, при этом магистрали уп1733625

20

40

55 равления соединены с камерами низкого давления и с основной напорной магистралью через дополнительный гидрораспределитель, а дополнительные напорные магистрали — с камерами высокого давления и с основной напорной магистралью через обратные клапаны. При этом на участке дополнительной напорной магистрали между обратным клапаном и дополнительным гидроаккумулятором параллельно установлены реле давления, связанные с дополнительным гидрораспределителем.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого технического решения.

Устройство для управления устьевой фонтанной арматурой подводных скважин содержит основной привод 1 основного насоса 2, дублирующий привод 3 дублирующеro насоса 4, фильтры 5 и 6, обратные клапаны 7 — 14, гидрораспределители 15 — 20, выполненные, например, с электрическим управлением, реле 21 — 30 давления, подающие электрический сигнал по достижению определенного настроенного давления, поедохоанительный клапан 31, основной гидроаккумулятор 32, дополнительный гидроаккумулятор 33, узел 34 повышения давления (мультипликатор), служащий для преобразования величины давления, закрепленный, например, на фонтанной арматуре. Узел 34 повышения давления содержит камеры 35 и 36 низкого давления, камеры 37 и 38 высокого давления.

Камеры 35 и 36 низкого давления соединены магистралью 39 управления через дополнительный гидрораспределитель 16 с основной магистралью 40, соединенной с насосом 2.

Камеры 37 и 38 высокого давления с магистралями 41 и 42, на которых установлены обратные клапаны 11 и 14, соединены с основной магистралью 40 с целью пополнения жидкостью объемов камер 37 и 38 высокого давления.

Камеры 37 и 38 высокого давления дополнительными магистралями 43 и 44, на которых расположены обратные клапаны 12 и 13, соединены при помощи участка дополнительной магистрали 45 с дополнительным гидроаккумулятором 33, а при помощи дополнительной магистрали 46 через гидрораспределитель 20 — с гидравлическим исполнительным механизмом 47, размещенным под водой на фонтанной арматуре скважины. На участке основной магистрали

40, подходящем к основному гидроаккумулятору 32; параллельно установлены реле

23 и 24 давления. На основной магистрали

40 установлены реле 21 и 22 давления, предназначенные для включения насосов 2 с целью поднятия давления в основном гидроаккумуляторе 32 и последующего его отключения при достижении заданного давления в основном гидроаккумуляторе 32, а также подачи электрического сигнала, характеризующего нормальную работу насоса 2.

Гидравлические исполнительные механизмы 48-50 магистралями 51 — 53 через гидрораспределители 17-19 соединены с основной магистралью 40. На дополнительной магистрали 46 установлено реле 28 давления, а на магистралях 51 — 53 установлены реле 25 — 27 давления. Реле 25-28 давления при достижении заданного давления в магистралях 46,51 — 53 и в рабочих камерах гидравлических исполнительных механизмов

47 — 50 подают на пульт управления электрический сигнал, характеризующий нормальную работу гидросистемы.

Обратный клапан 10 установлен с целью удержания давления в магистралях

51 — 53 при падении давления в основной магистрали 40. Узел 34 повышения давления снабжен электрическими выключателями 54 и 55 конечных положений плунжера, Гидравлические исполнительные механизмы 47 — 50 размещены под водой и предназначены для управления задвижками фонтанной арматуры, установленными на трубопроводах, которыми оснащена подводная скважина, Гидравлические исполнительные механизмы 47-50 выполнены с односторонним воздействием рабочей жидкости на исполнительный орган. В случае отсутствия давления в рабочей камере исполнительного механизма исполнительный орган возвращается в исходное положение при помощи пружины.

Гидравлическая система управления подводной фонтанной арматурой работает следующим образом.

Рабочая жидкость насосом 2 с приводом 1 подается в основную магистраль 40 через обратные клапаны 8 и 9. При этом предохранительный клапан 31 настраивается на заданное (рабочее) давление основной напорной магистрали 40. Реле 21 давления при достижении заданного давления в основной магистрали 40 подает электрический сигнал на пульт управления, характеризующий нормальную работу насоса 2. При достижении заданного давления в гидроаккумуляторе 32 включается одно из реле давлений, например 23, насос 2 при этом выключается. При необходимости привести в действие один из исполнительных механизмов 48 — 50 подают команду на вклю1733625 чение одного из гидрораспределителей 1719 (показано выключенное положение гидрораспределителей 17-19). При этом рабочая жидкость по основной напорной магистрали 40 и по одной из магистралей

51-53 под давлением поступает в рабочую камеру одного из исполнительных механизмов 48 — 50, открывая задвижку. При подаче команды на закрытие одной из задвижек подают команду на один из гидрораспределителй 17 — 19. При другом положении одного из гидрораспределителей 17-19, когда одна из магистралей 51-53 соединяется со сливом, под воздействием пружины гидравлического исполнительного механизма жидкость вытесняется из рабочей камеры.

Задвижка при этом закрывается.

Заполнение рабочей жидкостью под давлением дополнительного гидроаккумулятора 33 производится следующим образом.

При подаче рабочей жидкости из основной напорной магистрали 40 через дополнительный гидрораспределитель 16 по магистрали 39 управления в камеру 35 или

36 низкого давления узла 34 повышения давления ступенчатый плунжер перемещается в одно из крайних положений. При этом вытесненная из одной из камер низкого давления жидкость поступает на слив. 3а счет разности площадей ступенчатого плунжера, находящихся в камерах 35 и 36 низкого давления и камерах 37 и 38 высокого давления давление рабочей жидкости увеличивается.

В своих крайних положениях ступенчатый плунжер воздействует на электрические выключатели 54 или 55, электрический сигнал от которых переключает дополнительный гидрораспределитель 16 в одно из положений. Вытесненная ступенчатым плунжером рабочая жидкость из камер 37 или 38 высокого давления поступает в дополнительные напорные магистрали 45 и 46.

По дополнительной напорной магистрали 45 рабочая жидкость поступает в дополнительный гидроаккумулятор 33. При достижении заданного (рабочего) давления в дополнительном гидроаккумуляторе 33 реле давления, например 29, подает электрический сигнал на прекращение действия дополнительного гидрораспределителя 16.

При необходимости привести в действие гидравлический исполнительный механизм в положение задвижки "Открыто" гидрораспределитель 20 устанавливают в положение, изображенное на черетеже.

Рабочая жидкость по дополнительным напорным магистралям 45 и 46 из гидроаккумулятора 33 поступает в рабочую камеру

35

50

55 магистрали между обратным клапаном и дополнительным гидроаккумулятором паралделителем, 5

25 гидравлического механизма 47, открывая задвижку. При падении давления рабочей жидкости вдополнительном гидроаккумуляторе 33 ниже допустимой величины срабатывает реле 30 давления, приводя в действие гидрораспределитель 16. Для закрытия задвижки гидрораспределитель 20 устанавливают в положение, когда магистраль 46 соединяется со сливом. Под воздействием пружины гидравлического исполнительного механизма 47 жидкость вытесняется из рабочей камеры. Задвижка при этом закрывается. Дублирующий привод 3 и дублирующий насос 4 включаются при неисправностях основного привода 1 с основным насосом 2.

В предлагаемом решении возможно получить в дополнительной напорной магистрали давление,. которое в несколько раз больше давления в основной магистрали без применения дополнительной насосной установки повышенного давления, снабженной дополнительным гидравлическим или электрическим оборудованием (привод насоса, насос, фильтры, гидроаппаратура и т.д.) Формула изобретения

Устройство для управления устьевой фонтанной арматурой подводных скважин, содержащее основную напорную магистраль, дополнительные напорные магистрали, соединенные с гидравлическими исполнительными механизмами через основные и дополнительные гидрораспределители, магистрали . управления, гидроаккумуляторы, соединенные с основными и дополнительными напорными магистралями, реле давления и обратные клапаны, отл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при одновременном улучшении эксплуатационных качеств, оно снабжено узлом повышения давления с камерами низкого и высокого давления, при этом магистрали управления соединены с камерами низкого давления и с основной напорной магистралью через дополнительный гидрораспределитель, а дополнительные напорные магистрали соединены с камерами высокого давления и с основной напорной магистралью через обратные клапаны, причем на участке дополнительной напорной лельно установлены реле давления, связанные с дополнительным гидрораспре