Многозапорный превентор пшеничного

 

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.

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 = 360^о. 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 180^о или 120^о. 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 180^о 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 120^о, вместо традиционно применяемых двух плашек, каждая из которых охватывает соответственно на 180^о, 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7