EA026015B1 - Устройство для уплотнения кольцевого зазора между трубами - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству для уплотнения торцевой поверхности трубы, из которой течет флюид, где устройство содержит внутреннюю трубу (1), диаметр которой меньше, чем диаметр подлежащей уплотнению трубы, и вводится с торцевой поверхности в подлежащую уплотнению трубу, и уплотняющее тело (6), которое предоставлено для уплотнения кольцевого зазора между внутренней трубой (1) и трубой, подлежащей уплотнению. В области торцевой поверхности внутренней трубы (1) размещена турбина (3), которая может приводиться в действие потоком флюида, где вращательное движение указанной турбины преобразовывается в движение уплотняющего тела (6), и таким образом указанное уплотняющее тело переводится из положения с пониженной уплотняющей способностью в положение с повышенной уплотняющей способностью.

Description

Изобретатель поставил перед собой задачу предоставить уплотнение трубы, которая выступает из ствола нефтяной скважины, и из которой сырая нефть течет под высоким давлением и при значительной скорости потока.

Для решения задачи предлагается устройство согласно сочетанию следующих характеристик.

С торцевой поверхности трубы, подлежащей уплотнению, вводится более тонкая внутренняя труба, посредством которой может сливаться флюид. Наружный диаметр внутренней трубы меньше, чем внутренний диаметр наружной трубы, подлежащей уплотнению.

На торцевой поверхности внутренней трубы размещена турбина, которая приводится в движение потоком флюида, где движение указанной турбины преобразовано в движение одного или более уплотняющих тел.

Посредством указанного движения уплотняющих тел эти уплотняющие тела переводятся из положения с пониженной или нулевой уплотняющей способностью в положение, уплотняющее кольцевой зазор между двумя трубами или, по меньшей мере, сдерживающее поток в кольцевом зазоре до той степени, чтобы легко разместить постоянное полностью уплотняющее уплотнение за этими уплотняющими телами.

Изобретение проиллюстрировано с помощью варианта осуществления.

Фиг. 1 - показывает первое иллюстративное устройство согласно изобретению в вертикальном частичном разрезе.

Фиг. 2 - показывает второе иллюстративное устройство согласно изобретению в вертикальном частичном разрезе.

При ориентации по фиг. 1 непоказанная подлежащая уплотнению труба будет направлена вверх, а устройство согласно изобретению должно будет вводиться вертикально вниз в указанную подлежащую уплотнению трубу, и флюид будет течь из подлежащей уплотнению трубы, а именно снизу вверх.

Устройство согласно изобретению по фиг. 1 содержит трубу 1, в дальнейшем называемую внутренней трубой.

На своем торце, вводимом в подлежащую уплотнению трубу, внутренняя труба 1 содержит винтовую резьбу, на которую насажена и таким образом закреплена на резьбе кольцевая навинчиваемая деталь

2.

На своей торцевой поверхности, выступающей над торцевой поверхностью внутренней трубы 1, навинчиваемая деталь 2 закреплена подпорным элементом 2.1. Из торцевой поверхности навинчиваемой детали 2 приблизительно конической формы защитная клеть, главным образом образованная тремя или четырьмя продольными подпорными элементами 2.2, выступает в направлении, в котором внутренняя труба 1 должна вводиться в наружную трубу.

Под защитной клетью размещена турбина 3, ось вращения которой выровнена по оси внутренней трубы 1, и ротор которой установлен на части подпорного элемента 2.1, так чтобы иметь возможность вращаться.

Размещение зубчатого колеса 3.1 характеризуется коаксиальным соединением с ротором турбины, образуя центральное зубчатое колесо планетарной передачи. Два сателлита 4, входящие в зацепление с указанным центральным зубчатым колесом, установлены на подпорном элементе 2.1, жестко соединенном с навинчиваемой деталью 2. Стационарное зубчатое колесо с внутренним зацеплением планетарной передачи, с которой сателлиты 4 также входят в зацепление, образовано внутренним зацеплением 1.1 на внутреннем кожухе внутренней трубы 1 в ее продольной области, смежной с торцевой поверхностью.

Поток флюида приводит в действие ротор турбины 3. Передаточное отношение планетарной передачи преобразовывает вращательное движение ротора в значительно более медленное вращательное движение навинчиваемой детали 2, приводя к тому, что указанная навинчиваемая деталь посредством своего резьбового зацепления продвигается дальше по трубе 1, так что она двигает направляемое с осевым смещением распорное кольцо 5, так чтобы указанное распорное кольцо давило на уплотняющие тела 6 в форме лопастей, которые поворотно установлены на внутренней трубе 1 и раздвигаются в радиальном направлении этим усилием в направлении от внутренней трубы 1.

Согласно поставленной цели наружные в радиальном направлении торцы уплотняющих тел 6 соприкасаются с внутренним кожухом подлежащей уплотнению трубы (не показано), таким образом предотвращая или сдерживая поток в кольцевом зазоре между двумя трубами. Далее один или более надувные уплотняющие тела 7, концентрически размещенные вокруг кожуха внутренней трубы, могут надуваться и улучшать уплотняющую способность. Между указанными разделенными по оси уплотняющими телами 7 может извлекаться содержащийся внутри флюид, и может быть впрыснутый и оставленный до застывания отверждающий необратимо застывающий уплотняющий состав.

В тыльной продольной области внутренняя труба может содержать запорное устройство, которое может использоваться для полного перекрывания потока флюида после завершения уплотнения в кольцевом зазоре между двумя трубами.

Фиг. 2 показывает вариант осуществления, в котором ротор турбины 3 жестко соединен с навинчиваемым телом 2, так что его скорость вращения равняется скорости вращения навинчиваемого тела. В отличие от варианта осуществления по фиг. 1 это приводит к потери снижения скорости и проистекаю- 1 026015 щему отсюда выигрышу в скорости для движения навинчиваемого тела, но, с другой стороны, помогает предотвратить опасные сужения в поперечном сечении на входе во внутреннюю трубу 1.

Из-за того, что поперечное сечение устройства согласно изобретению меньше при вводе в подлежащую уплотнению трубу, чем при последующем процессе уплотнения, и из-за того, что энергия для первого процесса уплотнения извлекается из самого потока флюида, при этом устройство согласно изобретению функционирует удобным для использования и надежным образом.

Показанные передачи между вращательным движением ротора турбины 3 и поворачиванием уплотняющих тел 6 следует понимать как преимущественные, но при этом они являются лишь иллюстративными вариантами осуществления изобретения.

Базовая и главная идея изобретения заключается в том, что поток флюида приводит в действие турбину, и что механическая энергия, которая может производиться указанной турбиной в форме вращательного движения, используется, чтобы двигать уплотняющее тело из положения с пониженной уплотняющей способностью в положение с повышенной уплотняющей способностью, для чего механическая энергия от турбины передается на уплотняющее тело посредством механической передачи.

Разумеется, в пределах этой базовой и основной идеи изобретения дальнейшие варианты осуществления также возможны и имеют ценность.

Например, вместо множества уплотняющих тел 6 в виде лопастей можно использовать кольцевое уплотняющее тело, радиальный размер в поперечном сечении которого увеличен благодаря давлению через распорное кольцо 5 или напрямую через навинчиваемую деталь 2, так что в кольцевом зазоре создана уплотняющая способность.

В качестве другого примера поворотные или радиально подвижные уплотнительные шайбы могут поворачиваться посредством боковых поверхностей зубьев кольца, выполненного с внешними зубьями, или радиально двигаться наружу, при этом кольцо приводится во вращение посредством вращательного движения турбины или посредством передаточного механизма.

Ввиду бесконечного разнообразия механических передач, посредством которых движение турбины может быть преобразовано в движение уплотняющего тела, и ввиду того факта, что специалист в области механических передач, если ему поставить задачу, что заданная ведущая деталь (турбина) должна двигать одну или более заданную деталь, подлежащую приведению в действие (уплотняющие тела), безусловно, способен создать одну или более пригодную механическую передачу, нет необходимости объяснять здесь дальнейшие варианты осуществления, кроме упомянутых примеров.

Таким образом, решения для таких механических передач, раскрытые в этом описании, следует понимать только как иллюстративные примеры, основным назначением которых является иллюстрировать задачу, которая сама по себе может быть решена в пределах объема обычной творческой деятельности специалиста в области техники создания механической передачи.

Из практических соображений предпочтительно, чтобы движением одного или более уплотняющего тела, подлежащего приведению в действие турбиной, было такое движение, посредством которого уплотняющие тела раздвигаются радиально в направлении от внутренней трубы, поскольку при других вариантах осуществления затруднительно и почти невозможно вводить внутреннюю трубу вместе с размещенными на ней уплотняющими телами в подлежащую уплотнению трубу.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для уплотнения кольцевого зазора между трубой, из которой может течь флюид, и введенной в нее со стороны торцевой поверхности внутренней трубой (1) для слива флюида, диаметр которой меньше, чем диаметр трубы, из которой может течь флюид, содержащее уплотняющее тело (6) для уплотнения указанного кольцевого зазора, отличающееся тем, что в области торцевой поверхности внутренней трубы (1) размещена турбина (3), которая может приводиться в действие потоком флюида, причем уплотняющее тело (6) выполнено с возможностью размещения подвижным образом на внутренней трубе (1), при этом устройство содержит механическую передачу, которая преобразует вращательное движение ротора турбины (3), вызываемое потоком флюида, в движение уплотняющего тела (6), переводя, таким образом, указанное уплотняющее тело из положения с пониженной уплотняющей способностью в положение с повышенной уплотняющей способностью.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотняющее тело (6) раздвигается в радиальном направлении от внутренней трубы (1) посредством движения указанного уплотняющего тела.
3. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что механическая передача от ротора турбины (3) к уплотняющему телу (6) предусматривает приводное вращательное движение нарезной навинчиваемой детали (2) и осевое движение уплотняющего тела (6), приводимого таким образом в действие.
4. 4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что механическая передача от ротора турбины (3) к уплотняющему телу (6) содержит планетарную передачу, где центральное зубчатое колесо (3.1) приведено в движение посредством ротора турбины (3).

   - 2 026015
5. 5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что планетарная передача обеспечивает возможность вращательного движения нарезной навинчиваемой детали (2).
6. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что нарезная навинчиваемая деталь (2) жестко соединена с ротором турбины (3).
7. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что уплотняющее тело (6) характеризуется конструкцией в форме лопастей и что множество подобных уплотняющих тел (6) являются в каждом случае поворотными вокруг опоры, закрепленной на внутренней трубе (1), каждый на радиальном уровне.
8. 8. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что уплотняющее тело концентрически размещено вокруг кожуха внутренней трубы (1) и его радиальный размер в поперечном сечении может быть увеличен посредством осевого давления, и что осевое давление на уплотняющее тело может создаваться посредством осевого движения нарезной навинчиваемой детали (2).