Превентор универсальный сферический

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин. Обеспечивает повышение надежности работы, межремонтного ресурса, долговечности и ремонтопригодности превентора. Превентор включает корпус с полостью и центральным отверстием. На корпусе установлена крышка с центральным отверстием, сферической полостью и кольцевым уплотнением. В сферической полости крышки установлен уплотнительный элемент из эластичного материала, армированный жесткими вставками. В корпусе установлен плунжер, выполненный с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей и возвратной камер с источником гидравлического давления. Между корпусом, крышкой и плунжером размещена разделительная втулка, имеющая кольцевое уплотнение относительно корпуса. С внутренней поверхностью плунжера контактируют уплотнительные манжеты корпуса, а с внешней - уплотнительные манжеты разделительной втулки. Превентор также снабжен цилиндром, жестко связанным с плунжером и уплотненным относительно последнего или выполненным как одно целое с разделительной втулкой. Разделительная втулка снабжена дополнительными уплотнительными манжетами, контактирующими с внутренней поверхностью цилиндра. Возвратная камера образована поверхностью плунжера, внутренней поверхностью цилиндра и нижней поверхностью разделительной втулки. В разделительной втулке выполнен гидравлический канал, выходящий с внутренней стороны в возвратную камеру, а с внешней стороны - выходящий на цилиндрическую или торцевую поверхность разделительной втулки. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к бурению и эксплуатации скважин, преимущественно нефтегазовых, и предназначено для герметизации устья скважины с находящимся в нем инструментом, имеющим поступательное движение.

Известен превентор универсальный, включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с полостью, центральным отверстием и кольцевым уплотнителем, плунжер, уплотненный относительно корпуса, кольцевой уплотнительный элемент, размещенный между крышкой и плунжером [В.Ф.Абубакиров и др. "Буровое оборудование". Справочник в двух томах, "НЕДРА", Москва, 2000, том 1, стр. 220, рис, 8.7 а.].

Недостатком известного устройства является форма и расположение поверхности плунжера, предназначенной для принудительного обжима уплотнительного элемента, которые вызывают при незначительном износе уплотнительного элемента из-за его истирания о трубы, отделение уплотнительного элемента от верхней конической поверхности плунжера под действием скважинного давления и разгерметизацию устья, недостатком также является относительно большая поверхность контакта уплотнительного элемента и уплотнительной трубы, что приводит к большим усилиям, необходимым для протаскивания труб через закрытый уплотнительный элемент и ускоренному его износу.

Известен превентор универсальный сферический, включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с центральным отверстием, сферической полостью и кольцевым уплотнением, установленную на корпусе, уплотнительный элемент из эластичного материала, армированный жесткими вставками, установленный в сферической полости крышки, плунжер с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей и возвратной камер с источником гидравлического давления, разделительную втулку, размещенную между корпусом, крышкой и плунжером и имеющую кольцевое уплотнение относительно корпуса, уплотнительные манжеты корпуса, контактирующие с внутренней поверхностью плунжера, уплотнительные манжеты разделительной втулки, контактирующие с внешней поверхностью плунжера [В.Ф.Абубакиров и др. "Буровое оборудование". Справочник в двух томах, "НЕДРА", Москва, 2000, том 1, стр. 220, рис. 8.7 б.].

Недостатком известного устройства является подвижный уплотненный контакт нижнего торца плунжера и цилиндрической внутренней поверхности корпуса, что предъявляет повышенные требования к соосности, эллипсности, чистоте обработки и величине зазоров у всех контактирующих поверхностей, при нарушении которых на изношенном станочном оборудовании и инструменте, а также при наличии пор, раковин, царапин на внутренней цилиндрической поверхности корпуса или температурных деформаций металла корпуса может привести к быстрой потере герметичности уплотнения между рабочей и возвратной камерами и к неработоспособности устройства ответственного за безопасность работ на скважине.

Задача, стоящая при создании превентора универсального сферического для герметизации устья скважины, состоит в разработке конструкции, позволяющей при одинаковом качестве заготовок, сопоставимых производственных и эксплуатационных условиях резко повысить надежность ее работы, межремонтный ресурс, долговечность и ремонтопригодность.

Достигаемый технический результат, получаемый в результате создания изобретения, состоит в том, что мелкие поверхностные дефекты и деформации внутренней цилиндрической поверхности корпуса - самой массивной, трудоемкой и труднообрабатываемой детали не влияют на работоспособность устройства, поскольку не имеют подвижного контакта с другими деталями, а значительно более мелкие и легкие детали лучше проковываются и легче механически обрабатываются.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что превентор универсальный сферический, включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с центральным отверстием, сферической полостью и кольцевым уплотнением, установленную на корпусе, уплотнительный элемент из эластичного материала, армированный жесткими вставками, установленный в сферической полости крышки, плунжер с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей и возвратной камер с источником гидравлического давления, разделительную втулку, размещенную между корпусом, крышкой и плунжером и имеющую кольцевое уплотнение относительно корпуса, уплотнительные манжеты корпуса, контактирующие с внутренней поверхностью плунжера, уплотнительные манжеты разделительной втулки, контактирующие с внешней поверхностью плунжера, снабжен цилиндром, жестко связанным с нижним торцом плунжера и уплотненным относительно последнего, дополнительными уплотнительными манжетами разделительной втулки, контактирующими с внутренней поверхностью цилиндра, связанного с плунжером таким образом, что возвратная камера образована поверхностью плунжера внутренней поверхностью цилиндра и нижней поверхностью разделительной втулки, при этом в разделительной втулке выполнен гидравлический канал, выходящий с внутренней стороны в возвратную камеру, а с внешней стороны выходящий на цилиндрическую или торцевую поверхность разделительной втулки.

А также тем, что цилиндр и плунжер выполнены как одно целое, между внешней поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью корпуса выполнен зазор, достаточный для протока жидкости.

А также тем, что гидравлические каналы для связи с источником гидравлического давления выполнены в корпусе, разделительная втулка имеет дополнительное кольцевое уплотнение, расположенное ниже выхода верхнего гидравлического канала корпуса, а гидравлический канал разделительной втулки с внешней стороны открывается на поверхность между двумя ее кольцевыми уплотнениями.

Или тем, что внешний выход гидравлического канала разделительной втулки непосредственно связан с источником гидравлического давления.

Или тем, что гидравлический канал для связи с возвратной камерой выполнен в крышке, крышка имеет дополнительное кольцевое уплотнение относительно разделительной втулки, внешний выход гидравлического канала разделительной втулки открывается между двумя кольцевыми уплотнениями крышки.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих ту же совокупность существенных признаков, как в заявляемом изобретении, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна".

Наличие проточного зазора между цилиндром и корпусом позволяет исключить влияние несоосности цилиндрических поверхностей, их эллиптичности, а также поверхностных дефектов - пор, раковин, царапин, рисок на работоспособность устройства, исключить влияние температурных деформаций от неравномерного нагрева (охлаждения) корпуса. Размещение поверхностей скольжения на относительно небольших и легких внутренних деталях позволяет обрабатывать их с более высокой степенью чистоты поверхности и точности, что позволяет создать более надежное, ремонтопригодное и долговечное устройство при тех же производственных условиях и меньших затратах.

Признаки, перечисленные в остальных пунктах формулы, описывают различные варианты выполнения превенторов.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих совокупность существенных признаков, совпадающих или сходных с существенными признаками заявляемого изобретения и позволяющих получить тот же технический результат, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показан общий вид (разрез) превентора универсального сферического (вариант по п.1, 2, 4). На фиг.2 показан вариант по п.5. На фиг.3 показан вариант по п.6.

Превентор универсальный сферический (см. фиг.1) включает корпус 1 с полостью и центральным отверстием, крышку 2 с центральным отверстием, сферической полостью и кольцевым уплотнением 3, установленную на корпусе 1, уплотнительный элемент 4 из эластичного материала, армированный жесткими вставками, установленный в сферической полости крышки 2, плунжер 5 с поверхностью для размещения уплотнительного элемента 4, имеющий рабочую камеру 6 и возвратную камеру 7, гидравлические каналы 8 и 9 для связи рабочей и возвратной камер с источником гидравлического давления (на фиг.1 не показан), разделительную втулку 10, размещенную между корпусом 1, крышкой 2 и плунжером 5 и имеющую кольцевое уплотнение 11 относительно корпуса 1, уплотнительные манжеты 12 корпуса 1, контактирующие с внутренней поверхностью плунжера 5, уплотнительные манжеты 13 разделительной втулки 10, контактирующие с внешней поверхностью плунжера 5, цилиндр 14 жестко связан с нижним торцом плунжера 5 и уплотнен относительно последнего, дополнительные уплотнительные манжеты 15 разделительной втулки 10, контактирующие с внутренней поверхностью цилиндра 14. Возвратная камера 7 образована поверхностью плунжера 5, внутренней поверхностью цилиндра 14 и нижней поверхностью разделительной втулки 10, в разделительной втулке 10 выполнен гидравлический канал 16, выходящий с внутренней стороны в возвратную камеру 7, а с внешней стороны выходящий на цилиндрическую или торцевую поверхность разделительной втулки 10.

В варианте, показанном на фиг.1, цилиндр 14 и плунжер 5 выполнены как одно целое, между внешней поверхностью цилиндра 14 и внутренней поверхностью корпуса 1 выполнен зазор 17, достаточный для протока жидкости. Гидравлические каналы 8 и 9 для связи с источником гидравлического давления выполнены в корпусе 1, разделительная втулка 10 имеет дополнительное кольцевое уплотнение 18, расположенное ниже выхода верхнего гидравлического канала 9 корпуса 1, а гидравлический канал 16 разделительной втулки 10 с внешней стороны открывается на ее цилиндрическую поверхность между двумя кольцевыми уплотнениями 11 и 18.

В варианте, показанном на фиг.2, внешний выход гидравлического канала 16 разделительной втулки 10 непосредственно связан с источником гидравлического давления.

В варианте на фиг.3 гидравлический канал 9 для связи с возвратной камерой 7 выполнен в крышке 2, крышка 2 имеет дополнительное кольцевое уплотнение 19 относительно разделительной втулки 10, внешний выход гидравлического канала 16 разделительной втулки 10 открывается между двумя кольцевыми уплотнениями 3 и 19 крышки 2.

В вариантах, приведенных на фиг.1; 2; 3, возможно также исполнение, когда разделительная втулка 10 и цилиндр 14 выполнены как одно целое, а дополнительные уплотнительные манжеты 15 разделительной втулки 10 размещены между цилиндром 14 и плунжером 5.

Превентор универсальный сферический работает следующим образом (см. фиг.1).

При необходимости герметизации устья давление жидкости от источника гидравлического давления (насос с гидроаккумулятором) подается в канал 8 корпуса 1 и поступает в рабочую камеру 6. При этом плунжер 5 и цилиндр 14 под действием давления жидкости движутся вверх, сжимая уплотнительный элемент 4, который вследствие перемещения по сферической поверхности полости крышки 2 выдвигается, слегка выворачиваясь вниз, в центральное отверстие крышки 2, плотно охватывая и уплотняя инструмент любой конфигурации, находящийся там (на чертеже не показан), или полностью перекрывая сечение устья в случае отсутствия инструмента.

При протаскивании инструмента через закрытый уплотнительный элемент 4 вначале изнашивается узкий поясок эластомерного материала вблизи внутренней верхней кромки уплотнительного элемента 4. Затем, по мере износа, ширина изнашиваемого пояска возрастает, доходя в конце до полной высоты сжатого уплотнительного элемента. Соответственно возрастает величина силы трения (усилия протаскивания), которая может служить показателем степени износа уплотнительного элемента.

Для разгерметизации устья скважины давление жидкости от источника гидравлического давления снимается с гидравлического канала 8 и подается в гидравлический канал 9, затем 16 и далее в возвратную камеру 7. Плунжер 5 опускается, освобождая уплотнительный элемент 4 и зажатый им инструмент.

Устройство реализовано в конструкциях универсальных сферических превенторов ПУС 230×35 и ПУС 180×35, изготавливаемых как с корпусами, имеющими нижние фланцы для крепления к оборудованию устья, так и с корпусами, имеющими шпилечное крепление.

1. Превентор универсальный сферический, включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с центральным отверстием, сферической полостью и кольцевым уплотнением, установленную на корпусе, уплотнительный элемент из эластичного материала, армированный жесткими вставками, установленный в сферической полости крышки, плунжер с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей и возвратной камер с источником гидравлического давления, разделительную втулку, размещенную между корпусом, крышкой и плунжером и имеющую кольцевое уплотнение относительно корпуса, уплотнительные манжеты корпуса, контактирующие с внутренней поверхностью плунжера, уплотнительные манжеты разделительной втулки, контактирующие с внешней поверхностью плунжера, отличающийся тем, что он снабжен цилиндром, жестко связанным с плунжером и уплотненным относительно последнего или выполненным как одно целое с разделительной втулкой, дополнительными уплотнительными манжетами разделительной втулки, контактирующими с внутренней поверхностью цилиндра, связанного с плунжером таким образом, что возвратная камера образована поверхностью плунжера, внутренней поверхностью цилиндра и нижней поверхностью разделительной втулки, в разделительной втулке выполнен гидравлический канал, выходящий с внутренней стороны в возвратную камеру, а с внешней стороны выходящий на цилиндрическую или торцевую поверхность разделительной втулки.

2. Превентор по п.1, отличающийся тем, что цилиндр и плунжер выполнены как одно целое, между внешней поверхностью цилиндра и внутренней поверхностью корпуса выполнен зазор, достаточный для протока жидкости.

3. Превентор по п.1, отличающийся тем, что при выполнении цилиндра и разделительной втулки как единого целого дополнительные уплотнительные манжеты разделительной втулки размещены между цилиндром и плунжером.

4. Превентор по п.1, отличающийся тем, что гидравлические каналы для связи с источником гидравлического давления выполнены в корпусе, разделительная втулка имеет дополнительное кольцевое уплотнение, расположенное ниже выхода верхнего гидравлического канала корпуса, а гидравлический канал разделительной втулки с внешней стороны открывается на ее цилиндрическую поверхность между двумя кольцевыми уплотнениями.

5. Превентор по п.1, отличающийся тем, что внешний выход гидравлического канала разделительной втулки непосредственно связан с источником гидравлического давления.

6. Превентор по п.1, отличающийся тем, что гидравлический канал для связи с возвратной камерой выполнен в крышке, крышка имеет дополнительное кольцевое уплотнение относительно разделительной втулки, внешний выход гидравлического канала разделительной втулки открывается между двумя кольцевыми уплотнениями крышки.