Превентор
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметизации устья скважины при бурении нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает простоту и надежность эксплуатации. Сущность изобретения: превентор содержит корпус с центральным осевым каналом и верхним и нижним герметизирующими элементами, между которыми расположена шлюзовая камера. Каждый герметизирующий элемент соответственно снабжен верхним и нижним гидравлическими приводами для герметизации спускаемой или поднимаемой в скважину колонны труб. Превентор соединен с насосной станцией, снабженной верхним и нижним регуляторами давления. Шлюзовая камера выполнена с возможностью герметичного разделения на верхнюю и нижнюю полости. Верхний герметизирующий элемент изготовлен с возможностью вращения без нарушения герметичности шлюзовой камеры. Верхняя полость шлюзовой камеры выполнена с возможностью сообщения с верхним гидравлическим приводом. Нижняя полость шлюзовой камеры выполнена с возможностью сообщения с насосной станцией через нижний регулятор давления после прижатия нижнего герметизирующего элемента к колонне труб под действием нижнего гидравлического привода. Внутреннее пространство колонны труб выполнено с возможностью сообщения с насосной станцией через верхний регулятор давления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для герметизации устья скважины при бурении нефтяных и газовых скважин.
Известен «Превентор» (патент RU №2212517, Е21В 33/06, опубл. БИ №26 от 20.09.2003г.), содержащий двухсекционный корпус с осевым каналом, по две трубные плашки в каждой секции корпуса с приводом и уплотнительными манжетами для герметизации труб, спускаемых в скважину, через осевой канал в корпусе, при этом нижняя секция корпуса имеет трубные плашки с диаметром герметизируемого отверстия, отличающимся от диаметра герметизированного отверстия верхней секции, и снабжена пластиной с опорным кольцом и подвижной пробкой и приводом, выполненным с возможностью перемещения пластины до совмещения осей симметрии пробки и герметизированного отверстия для обеспечения, за счет воздействия давления со стороны скважины, ее последующего поднятия вверх в зону уплотнительных манжет до силового упора в опорное кольцо пластины и перекрытия герметизируемого отверстия, остающегося между уплотнительными манжетами сдвинутых плашек при отсутствии труб в скважине, и принудительного перевода пробки вниз с последующим раздвижением плашек с пластиной при разгерметизации скважины.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, механическое управление уплотнительными манжетами, что усложняет использование устройства при спуске колонны труб под давлением с большим количеством резьбовых соединений;
во-вторых, пространство между уплотнительными манжетами не сообщается гидравлической системой, что исключает возможность циркуляции при сборке или разборке спускаемой колонны труб и может привести к «прихвату» оборудования, если не исключается возможность обрушения в открытом стволе скважины;
в-третьих, при скручивании или раскручивании резьбовых соединений спускаемой колонны труб усиленно происходит износ верхней уплотнительной манжеты, что приводит к ее частой замене с остановкой буровых работ и, как следствие, к дополнительным материальным затратам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Превентор» (патент RU №2125643, Е21В 33/06, опубл. БИ №2 от 27.01.1999г.), содержащий корпус с присоединительным фланцем и центральным осевым каналом, размещенный в корпусе кольцевой герметизирующий элемент, который снабжен гидравлическим приводом, который выполнен в виде кольцевого гидроцилиндра, шток которого снабжен толкателем, толкатель установлен с возможностью взаимодействия с герметизирующим элементом, при этом превентор снабжен дополнительным герметизирующим элементом, который размещен в корпусе превентора соосно герметизирующему элементу и снабжен гидроприводом, гидравлический привод выполнен в виде гидроцилиндра, шток которого снабжен толкателем, толкатель установлен с возможностью взаимодействия с дополнительным герметизирующим элементом с образованием между герметизирующими элементами шлюзовой камеры.
Недостатками данного устройства являются:
во-первых, при спуске колонны труб под давлением для ее наращивания или сокращения на одну трубу необходимо держать в закрытом состоянии верхний герметизирующий элемент, то есть под давлением от гидравлической станции;
во-вторых, пространство между герметизирующими элементами не сообщается с гидравлической станцией, что исключает возможность циркуляции при сборке или разборке спускаемой колонны труб и может привести к «прихвату» оборудования, если есть возможность обрушения в открытом стволе скважины;
в-третьих, при скручивании или раскручивании резьбовых соединений спускаемой колонны труб усиленно происходит износ верхнего герметизирующего элемента, что приводит к его частой замене с остановкой работ на скважине и, как следствие, к дополнительным материальным затратам;
в-четвертых, сложно поддерживать необходимый баланс гидравлических давлений, воздействующих на герметизирующие элементы, так как они не зависят от внутреннего давления в шлюзовой камере.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание простого, дешевого и надежного в эксплуатации устройства с возможностью непрерывной циркуляции за счет увеличения срока службы верхнего герметизирующего элемента, регулирования усилия воздействия на верхний герметизирующий элемент в зависимости от давления в шлюзовой камере, создаваемого внутри скважины или принудительно снаружи устройства.
Техническая задача решается превентором, содержащим корпус с центральным осевым каналом и верхним и нижним герметизирующими элементами, между которыми расположена шлюзовая камера, при этом каждый герметизирующий элемент соответственно снабжен верхним и нижним гидравлическими приводами для герметизации спускаемой и/или поднимаемой в скважину колонны труб, насосную станцию с регуляторами давления.
Новым является то, что шлюзовая камера выполнена с возможностью герметичного разделения на верхнюю и нижнюю полости, а верхний герметизирующий элемент изготовлен с возможностью вращения без нарушения герметичности шлюзовой камеры, при этом верхняя полость шлюзовой камеры выполнена с возможностью сообщения с верхним гидравлическим приводом, а нижняя полость шлюзовой камеры - с возможностью сообщения с насосной станцией через нижний регулятор давления после прижатия нижнего герметизирующего элемента к колонне труб под действием нижнего гидравлического привода, причем внутреннее пространство колонны труб выполнено с возможностью сообщения с насосной станцией через верхний регулятор давления.
Новым является также то, что корпус выполнен сборным из верхнего герметизирующего элемента с верхним гидроприводом, шлюзовой камеры и нижнего герметизирующего элемента с нижним гидроприводом.
На Фиг.1 изображен превентор с частичным осевым разрезом.
На Фиг.2 изображен превентор со сборным корпусом.
Превентор содержит корпус 1 с центральным осевым каналом 2 и верхним 3 и нижним 4 герметизирующими элементами, между которыми расположена шлюзовая камера 5. Каждый герметизирующий элемент 3 и 4 соответственно снабжен верхним 6 и нижним 7 (выполненный в предлагаемом варианте в виде перекрытого нижним герметизирующим элементом 4 канала 7) гидравлическими приводами для герметизации спускаемой и/или поднимаемой в скважину (не показана) колонны труб 8. Превентор также оборудован насосной станцией 9 с верхним 10 и нижним 11 регуляторами давления. Шлюзовая камера 5 выполнена с возможностью герметичного разделения (например, задвижкой 12) на верхнюю 13 и нижнюю 14 полости. Верхний герметизирующий элемент 3 изготовлен с возможностью вращения без нарушения герметичности шлюзовой камеры 5 на подшипнике 15. Верхняя полость 13 шлюзовой камеры 5 выполнена с возможностью сообщения с верхним гидравлическим приводом 6 через канал 16. Нижняя полость 14 шлюзовой камеры 5 выполнена с возможностью сообщения с насосной станцией 9 через нижний регулятор давления 11 и канал 7, который является в предложенном варианте нижним гидравлическим приводом 7, после прижатия нижнего герметизирующего элемента 4 к колонне труб 8. Внутреннее пространство колонны труб 8 также выполнено с возможностью сообщения с насосной станцией 9 через верхний регулятор давления 10. Для простоты использования и замены корпус 1 может быть выполнен сборным (см. Фиг.2) из верхнего герметизирующего элемента 3 с верхним гидроприводом б, шлюзовой камеры 5 и нижнего герметизирующего элемента 4 с нижним гидроприводом 7. Для исключения несанкционированных перетоков жидкости использованы уплотнения (см. Фиг.1) 17, 18, 19, 20 и 21.
Устройство работает следующим образом.
Превентор в сборе (см. Фиг.1) устанавливается сверху соосно на буровую платформу (не показана) с колонной труб 8, которая сверху крепится любым известным способом с возможностью вращения и подачи в ее внутреннее пространство жидкости (например, при помощи силового вертлюга 22 с технологическим патрубком 23). На колонне труб 8 на нижнем конце предварительно размещают рабочий инструмент (не показан). Если в скважине нет внутреннего давления, колонна труб 8 спускается и/или поднимается обычным способом (наворотом и/или отворотом одной трубы от другой). При этом верхний 3 и нижний 4 герметизирующие элементы не контактируют с колонной труб 8, исключая свой износ. В случае возникновения внутреннего давления или выброса жидкости в верхней полости 13 шлюзовой камеры 5 повышается давление, которое передается через канал 16 к верхнему гидравлическому приводу, который прижимает верхний герметизирующий элемент 3 к колонне труб 8, исключая несанкционированный выброс жидкости наружу. Причем если колонна труб 8 вращается, то верхний герметизирующий элемент 3 для исключения излишнего износа вращается благодаря подшипнику 14 вместе с ней. При необходимости циркуляции во время работы жидкость из насосной станции 9 через верхний регулятор 10, силовой вертлюг 22 и технологический патрубок 23 подается во внутреннее пространство колонны труб 8.
Для сохранения при спуске колонны труб 8 циркуляции производят следующие операции.
После того как муфта 24 колонны труб 8 располагается в нижней полости 14 шлюзовой камеры 5, колонну труб 8 фиксируют на устье скважины, нижний регулятор 11 открывают, нижний гидравлический привод 7 прижимает нижний герметизирующий элемент 4 к колонне труб 8. Затем канал 7 открывает сообщение нижней полости 14 с насосной станцией 9. Давление в верхней 13 и нижней 14 полостях шлюзовой камеры 5 поднимается, и, как следствие, верхний герметизирующий элемент 3 благодаря верхнему гидравлическому приводу 6 прижимается к технологическому патрубку 23, изолируя шлюзовую камеру 5 от внешнего пространства. Далее производят отворот технологического патрубка 23 от муфты 24, при этом верхний герметизирующий элемент 3 вращается вместе с технологическим патрубком 23. В результате жидкость во внутреннее пространство колонны труб 8 подается как через вертлюг 22 и технологический патрубок 23, так и через канал 7. Технологический патрубок 23 приподнимают до расположения его нижней части в верхней полости 13 шлюзовой камеры 5, верхний регулятор 10 перекрывают, верхнюю 13 и нижнюю 14 полости герметично разделяют задвижкой 12. Давление в верхней полости 13 шлюзовой камеры 5 падает, верхний герметизирующий элемент 3 отходит от технологического патрубка 23, который извлекают из превентора. При этом циркуляция через внутреннее пространство колонны труб 8 поддерживается только через канал 7. Затем к технологическому патрубку 23 герметично присоединяют верхнюю трубу 25, являющуюся составной частью колонны труб 8, которую опускают в верхнюю полость 13 шлюзовой камеры 5, открывают верхний регулятор 10. В результате верхний герметизирующий элемент 3 прижимается к верхней трубе 25. Далее открывают задвижку 12, объединяя верхнюю 13 и нижнюю 14 полости шлюзовой камеры 5. В результате жидкость во внутреннее пространство колонны труб 8 подается как через вертлюг 22, технологический патрубок 23 и верхнюю трубу 25, так и через канал 7. После чего верхнюю трубу 25 наворачивают на колонну труб 8, нижний регулятор 11 перекрывают, и нижний герметизирующий элемент 4 отходит от колонны труб 8. Потом фиксацию на устье скважины колонны труб 8 снимают. Далее работы в скважине проводятся в обычном режиме до следующего цикла наращивания колонны труб 8.
Для сохранения при подъеме колонны труб 8 циркуляции производят следующие операции.
После того как муфта 24 колонны труб 8 располагается в нижней полости 14 шлюзовой камеры 5, колонну труб 8 фиксируют на устье скважины, нижний регулятор 11 открывают, нижний гидравлический привод 7 прижимает нижний герметизирующий элемент 4 к колонне труб 8. Затем канал 7 открывает сообщение нижней полости 14 с насосной станцией 9. Давление в верхней 13 и нижней 14 полостях шлюзовой камеры 5 поднимается, и, как следствие, верхний герметизирующий элемент 3 благодаря верхнему гидравлическому приводу 6 прижимается к верхней трубе 25, изолируя шлюзовую камеру 5 от внешнего пространства. Далее производят отворот верхней трубы 25 от муфты 24, при этом верхний герметизирующий элемент 3 вращается вместе с верхней трубой 25. В результате жидкость во внутреннее пространство колонны труб 8 подается как через вертлюг 22, технологический патрубок 23 и верхнюю трубу 25, так и через канал 7. Верхнюю трубу 25 приподнимают до расположения его нижней части в верхней полости 13 шлюзовой камеры 5, верхний регулятор 10 перекрывают, верхнюю 13 и нижнюю 14 полости герметично разделяют задвижкой 12. Давление в верхней полости 13 шлюзовой камеры 5 падает, верхний герметизирующий элемент 3 отходит от верхней трубы 25, который извлекают из превентора. При этом циркуляция через внутреннее пространство колонны труб 8 поддерживается только через канал 7. Затем отсоединяют верхнюю трубу 25 от технологического патрубка 23. Далее технологический патрубок 23 опускают в верхнюю полость 13 шлюзовой камеры 5, открывают верхний регулятор 10. В результате верхний герметизирующий элемент 3 прижимается к технологическому патрубку 23. Далее открывают задвижку 12, объединяя верхнюю 13 и нижнюю 14 полости шлюзовой камеры 5. В результате жидкость во внутреннее пространство колонны труб 8 подается как через вертлюг 22 и технологический патрубок 23, так и через канал 7. После чего технологический патрубок наворачивают на колонну труб 8, нижний регулятор 11 перекрывают и нижний герметизирующий элемент 4 отходит от колонны труб 8. Потом фиксацию на устье скважины колонны труб 8 снимают. Далее работы в скважине проводятся в обычном режиме до следующего цикла отсоединения верхней трубы 25 от колонны труб 8.
Для удобства эксплуатации и быстроты замены корпус 1 может быть выполнен сборным (см.Фиг.2) и включает: верхний герметизирующий элемент 3 с верхним гидроприводом 6, снизу - нижний герметизирующий элемент 4 с нижним гидроприводом 7, а между ними - шлюзовую камеру 5.
Предлагаемая конструкция превентора проста и надежна в эксплуатации за счет автоматической регулировки прижатия в зависимости от давления в шлюзовой камере верхнего герметизирующего элемента, установленного в корпусе с возможностью вращения для уменьшения износа при работе, позволяет производить спускоподъемные операции с непрерывной циркуляцией, все это в совокупности снижает материальные затраты, связанные с заменой изношенных частей и остановкой работ при этом, и сводит к минимуму возможность «прихвата» инструмента при его работе в открытом стволе скважины.
1. Превентор, содержащий корпус с центральным осевым каналом и верхним и нижним герметизирующими элементами, между которыми расположена шлюзовая камера, при этом каждый герметизирующий элемент соответственно снабжен верхним и нижним гидравлическими приводами для герметизации, спускаемой или поднимаемой в скважину колонны труб, насосную станцию с верхним и нижним регуляторами давления, отличающийся тем, что шлюзовая камера выполнена с возможностью герметичного разделения на верхнюю и нижнюю полости, а верхний герметизирующий элемент изготовлен с возможностью вращения без нарушения герметичности шлюзовой камеры, при этом верхняя полость шлюзовой камеры выполнена с возможностью сообщения с верхним гидравлическим приводом, а нижняя полость шлюзовой камеры - с возможностью сообщения с насосной станцией через нижний регулятор давления после прижатия нижнего герметизирующего элемента к колонне труб под действием нижнего гидравлического привода, причем внутреннее пространство колонны труб выполнено с возможностью сообщения с насосной станцией через верхний регулятор давления.
2. Превентор по п.1, отличающийся тем, что корпус с верхним герметизирующим элементом с верхним гидроприводом, шлюзовой камерой и нижним герметизирующим элементом с нижним гидроприводом выполнен сборным.
