Устройство для смены задвижки фонтанной арматуры на устье скважины

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ремонте устьевого скважинного оборудования. Устройство состоит из корпуса с присоединительным фланцем и осевым каналом. В осевом канале установлена обойма с закрепленной на ней шпонкой. Внутри обоймы размещены приводной вал и фигурная втулка, которые связаны между собой резьбовым соединением. Фигурная втулка может осуществлять осевое перемещение относительно приводного вала. Шпонка размещена в осевом пазу фигурной втулки. На конце приводного вала установлен полый шток. Снаружи полого штока размещены уплотнительный элемент в виде разжимной манжеты и опорные сухари, которые представляют собой разъемные секторные элементы. Внутренняя поверхность разжимной манжеты взаимодействует с наружной поверхностью опорных сухарей. Конический насадок связан с фигурной втулкой. Снаружи опорных сухарей размещено пружинное разрезное кольцо. При замене неисправной задвижки устройство в сборе присоединяют к ее фланцу. Открывают шибер задвижки и с помощью вращения обоймы относительно корпуса перемещают полый шток и разжимную манжету до места герметизации. Затем начинают вращать приводной вал относительно обоймы. Конический насадок взаимодействует с опорными сухарями, раздвигая их вместе с разжимной манжетой в радиальном направлении. Внутренний канал устьевого оборудования надежно герметизируется. Разрезное кольцо препятствует выдавливанию материала манжеты под действием избыточного внутреннего давления. Далее отворачивают гайку и снимают корпус вместе с обоймой с фланца неисправной задвижки. Последнюю демонтируют с оборудования и заменяют на исправную. Корпус с обоймой вновь присоединяют к фланцу замененной задвижки, затем последовательно осуществляют распакеровку манжеты и вывод полого штока в исходное положение. После окончания ремонтных работ устройство демонтируют с фланца замененной задвижки. Повышается надежность работы устройства и расширяются его технологические возможности за счет увеличения разницы между наружным диаметром уплотнительного элемента в транспортном и рабочем положении. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ремонте устьевого скважинного оборудования.

Известно приспособление для смены задвижек под давлением ПСЗД.700 [1]. Оно предназначено для смены задвижек на боковых отводах фонтанной арматуры при наличии в них специальной внутренней резьбы. Однако большинство фонтанных арматур, установленных на устье скважин, не имеет упомянутых резьб в боковых отводах. В этом случае известное приспособление не может быть использовано для замены задвижек под давлением.

Известно устройство для смены задвижки фонтанной арматуры на устье скважины [2], принятое нами за прототип. Это устройство включает в себя корпус с осевым каналом и присоединительным фланцем, полый шток с установленными на нем уплотнительным элементом, прижимным кольцом и опорными сухарями, приводной вал, а также взаимодействующий с опорными сухарями конический насадок. Устройство позволяет заменять под давлением неисправные задвижки фонтанной арматуры, боковые отводы которой не имеют внутренней резьбы.

Однако в некоторых случаях при замене аварийной задвижки фонтанной арматуры без предварительного глушения скважины появляется необходимость прохождения уплотнительным элементом устройства просверленного отверстия в неуправляемом шибере аварийной задвижки, диаметр которого значительно меньше диаметра канала для герметизации.

В случае замены неисправной стволовой задвижки приходится герметизировать внутренний канал лифтовой колонны, диаметр которой иногда значительно превосходит диаметр внутреннего канала самой задвижки. В этом случае заменить стволовую задвижку с помощью известного устройства не представляется возможным.

Недостатком данной конструкции является незначительная разница между наружным диаметром уплотнительного элемента в транспортном и рабочем положении, что существенно при герметизации канала в труднодоступном месте.

Задачей предложенного технического решения является повышение надежности работы устройства и расширение его технологических возможностей за счет увеличения разницы между наружным диаметром уплотнительного элемента в транспортном и рабочем положении.

Поставленная задача решается тем, что устройство для смены задвижки фонтанной арматуры на устье скважины включает в себя корпус с осевым каналом и присоединительным фланцем, полый шток с размещенными на нем уплотнительным элементом в виде разжимной манжеты, прижимным кольцом и опорными сухарями. В осевом канале корпуса установлена с помощью резьбового соединения обойма, которая имеет возможность возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса. На обойме закреплен фиксирующий элемент в виде шпонки. Полый шток связан с приводным валом, который имеет на наружной поверхности резьбу. На приводном валу установлены конический насадок с осевым каналом и жестко связанная с ним фигурная втулка. На внутренней поверхности фигурной втулки выполнена резьба, ответная наружной резьбе приводного вала, а на наружной поверхности - осевой паз для размещения в нем шпонки. С внутренней поверхностью разжимной манжеты взаимодействует наружная поверхность опорных сухарей, которые, в свою очередь, взаимодействуют с коническим насадком. Снаружи опорных сухарей установлено разрезное кольцо, а сами они равномерно расположены по окружности. Опорные сухари выполнены в виде разъемных секторных элементов, наружные стороны которых в транспортном положении образуют поверхность, ответную внутренней поверхности разжимной манжеты. Смежные стороны разъемных секторных элементов выполнены с чередующимися выступами и впадинами, ответными друг другу и имеющими возможность взаимодействия между собой.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнительный анализ предложенного технического решения, проведенный по патентной и технической литературе, не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не выявил в них признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан его общий вид; на фиг. 2 - увеличенное изображение опорных сухарей в транспортном положении.

Устройство для смены задвижки фонтанной арматуры на устье скважины (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, выполненного с осевым каналом и присоединительным фланцем. В осевом канале корпуса 1 выполнена резьба. Обойма 2 имеет на своей наружной поверхности резьбу, ответную резьбе в осевом канале корпуса 1, и установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него. На обойме 2 закреплен фиксирующий элемент в виде шпонки 3.

Внутри обоймы 2 установлены приводной вал 4 и фигурная втулка 5. Приводной вал 4 и размещенная на нем фигурная втулка 5 связаны между собой резьбовым соединением, позволяющим фигурной втулке 5 осуществлять возвратно-поступательное осевое перемещение относительно приводного вала 4. На наружной поверхности фигурной втулки 5 имеется осевой паз, в котором размещается шпонка 3.

Наружные концы обоймы 2 и приводного вала 4 выполнены в виде хвостовиков под инструмент ручного вращения ("под ключ").

На противоположном хвостовику конце приводного вала 4 установлен полый шток 6. На его наружной поверхности размещены уплотнительный элемент в виде разжимной манжеты 7, прижимное кольцо 8, гайка 9 и опорные сухари 10, равномерно расположенные по окружности. Разжимная манжета 7 закреплена на полом штоке 6 с помощью прижимного кольца 8 и гайки 9. Внутренняя поверхность разжимной манжеты 7 взаимодействует с наружной поверхностью опорных сухарей 10.

Опорные сухари 10 выполнены в виде разъемных секторных элементов (см. фиг. 2). Их смежные стороны выполнены с чередующимися выступами и впадинами, которые ответны друг другу и имеют возможность взаимодействия между собой при радиальном перемещении относительно полого штока 6. На наружной поверхности опорных сухарей 10 выполнены зубья, а внутренняя поверхность имеет коническую форму.

С фигурной втулкой 5 жестко связан конический насадок 11, который взаимодействует с внутренней (конической) поверхностью опорных сухарей 10. Конический насадок 11 выполнен с осевым каналом. Снаружи опорных сухарей 10 установлено пружинное разрезное кольцо 12.

Приводной вал 4 установлен в обойме 2 и полом штоке 6 на упорных подшипниках, которые зафиксированы с помощью гаек 13 и 14.

В корпусе 1 выполнен канал 15 для замера величины внутреннего избыточного давления с помощью манометра 16, а также стравливания избыточного давления из внутренней полости.

Приводной вал 4 герметизируется относительно полого штока 6 и обоймы 2, а последняя - относительно корпуса 1 с помощью эластичных (резиновых) кольцевых элементов.

Длина фигурной втулки 5 и приводного вала 4 выбирается в зависимости от условий выполняемой задачи. Указанные детали могут быть выполнены из двух и более составных частей, жестко соединенных между собой (например, с помощью конусного резьбового соединения и т.д.).

Смена неисправной задвижки 17 на устьевом оборудовании 18 производится следующим образом.

Корпус 1 находящегося в транспортном положении устройства присоединяют через уплотнительную прокладку к фланцу неисправной задвижки 17. Затем осуществляют опрессовку внутренней полости устройства на расчетное давление, используя для этого канал 15.

Если проведенная опрессовка подтверждает герметичность внутренней полости устройства, то открывают шибер неисправной задвижки 17.

Вращением обоймы 2 относительно корпуса 1 перемещают ее вместе с приводным валом 4, фигурной втулкой 5, коническим насадком 11 и полым штоком 6 до места перекрытия внутреннего канала устьевого оборудования 18. При достижении разжимной манжетой 7 места перекрытия дальнейшее вращение обоймы 2 прекращают.

Затем начинают вращение приводного вала 4 относительно обоймы 2. При этом фигурная втулка 5 за счет одновременного взаимодействия со шпонкой 3 и приводным валом 4 перемещается вместе с коническим насадком 11 вдоль оси полого штока 6. Конический насадок 11, взаимодействуя с внутренней (конической) поверхностью опорных сухарей 10, раздвигает их в радиальном направлении. Опорные сухари 10 прижимают разжимную манжету 7 к стенкам внутреннего канала устьевого оборудования 18.

Конструкция опорных сухарей 10 позволяет равномерно передавать усилие прижима на внутреннюю поверхность разжимной манжеты 7, которая надежно герметизирует внутренний канал устьевого оборудования 18. Зубья опорных сухарей 10 внедряются в стенку и надежно фиксируют их. Разрезное кольцо 12 также разжимается опорными сухарями 10 и препятствует выдавливанию материала разжимной манжеты 7 под действием избыточного давления.

После завершения перекрытия внутреннего канала осуществляют проверку надежности его герметизации. Для этого стравливают из внутренней полости устройства избыточное давление (через канал 15) и по показаниям манометра 16 контролируют надежность герметизации.

Далее отсоединяют корпус 1 от фланца неисправной задвижки 17. Отвинчивают гайку 14 с приводного вала 4. Корпус 1 вместе с обоймой 2 демонтируют, оставляя остальные детали устройства на прежнем месте. Отсоединяют неисправную задвижку 17 от устьевого оборудования 18 и заменяют ее на исправную (шибер которой должен находиться в открытом положении).

Корпус 1 с обоймой 2 вновь присоединяют к устройству и к замененной задвижке 17. Затем через канал 15 спрессовывают вновь установленную задвижку 17, проверяя герметичность ее фланцевого соединения с устьевым оборудованием 18.

После этого с помощью вращения приводного вала 4 относительно обоймы 2 осуществляют распакеровку разжимной манжеты 7. Под действием сил упругости разжимная манжета 7, разрезное кольцо 12, а с ними и опорные сухари 10 возвращаются в транспортное положение. Далее вращением обоймы 2 относительно корпуса 1 осуществляют вывод полого штока 6 в первоначальное положение.

У замененной задвижки 17 закрывают шибер. После этого осуществляют полный демонтаж устройства с фланца задвижки 17.

Источники информации 1. Справочник - каталог по оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов./ Под ред. В.И.Хоботько.- М.: Недра, 1981, с. 138-140.

2. Патент РФ N 1838577, E 21 B 33/03, опубл. 30.08.93, бюл. N 32.

Формула изобретения

1. Устройство для смены задвижки фонтанной арматуры на устье скважины, содержащее корпус с осевым каналом и присоединительным фланцем, полый шток с размещенными на нем уплотнительным элементом,. прижимным кольцом и равномерно расположенными по окружности опорными сухарями, взаимодействующий с последними конический насадок, а также связанный с полым штоком приводной вал, отличающееся тем, что оно снабжено фигурной втулкой, обоймой с резьбой на наружной поверхности и фиксирующим элементом в виде шпонки, закрепленной на обойме, причем конический насадок выполнен с осевым каналом и жестко связан с фигурной втулкой, выполненной с осевым пазом на наружной поверхности для размещения в нем шпонки и с резьбой на внутренней поверхности, при этом на приводном валу выполнена наружная резьба, ответная внутренней резьбе фигурной втулки, и размещены конический насадок и сама фигурная втулка, а в осевом канале корпуса выполнена резьба, ответная наружной резьбе обоймы, причем сама обойма установлена в осевом канале корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него, а уплотнительный элемент выполнен в виде разжимной манжеты, внутренняя поверхность которой взаимодействует с наружной поверхностью опорных сухарей, которые имеют вид разъемных секторных элементов, наружные стороны которых в транспортном положении образуют поверхность, ответную внутренней поверхности разжимной манжеты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что смежные стороны разъемных секторных элементов выполнены с чередующимися выступами и впадинами, ответными друг другу и имеющими возможность взаимодействия между собой.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено разрезным кольцом, размещенным на наружной поверхности опорных сухарей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2