RU164107U1

RU164107U1 - SEALER

Info

Publication number: RU164107U1
Application number: RU2016106809/03U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Григорьевич Копченков; Антон Владимирович Мацко; Виктор Васильевич Шишкин
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2016-08-20

Abstract

Герметизатор устья скважины, включающий цилиндрический корпус с установленным в нем уплотнительным элементом, отличающийся тем, что торцевые крышки корпуса имеют отверстия для колтюбинговой трубы и покрыты слоем антифрикционного материала, а уплотнительный элемент выполнен в форме удлиненного цилиндрического тора, полость которого заполнена текучим веществом и он имеет возможность перекатываться по колтюбинговой трубе, проходящей через центральное отверстие тора, при этом диаметр центрального отверстия тора меньше диаметра колтюбинговой трубы, наружный диаметр тора меньше внутреннего диаметра корпуса, а его длина равна длине корпуса.A wellhead sealant including a cylindrical body with a sealing element installed in it, characterized in that the end caps of the body have openings for a coiled tubing and are coated with a layer of antifriction material, and the sealing element is made in the form of an elongated cylindrical torus, the cavity of which is filled with a fluid substance and has the ability to roll along a coiled tubing passing through the central opening of the torus, while the diameter of the central opening of the torus is less than the diameter of the coiled tubing ingot tube, the outer diameter of the torus is less than the inner diameter of the housing, and its length is equal to the length of the housing.

Description

Полезная модель относится к нефтегазовой отрасли и может быть использована для герметизации устья скважины колтюбинговых установок.The utility model relates to the oil and gas industry and can be used to seal the wellhead of coiled tubing installations.

Известен герметизатор устья скважины, содержащий корпус с крышкой, силовой цилиндр с расположенным в корпусе полым штоком и поршнем, разделяющим его на ближнюю и дальнюю от крышки рабочие полости, и уплотнитель, расположенный в полости корпуса между крышкой и полым штоком (см. А.Г. Молчанов, С.М. Вайншток, В.И. Некрасов, В.И. Чернобровкин. Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб. Академия горных наук. - М., 1999, с. 75, рис. 3.1). В этом герметизаторе уплотнитель выполнен цилиндрическим и установлен в цилиндрической полости корпуса. Благодаря выполнению уплотнителя цилиндрическим и установке его в цилиндрической полости корпуса, удаление изношенного уплотнителя из данного герметизатора не является трудоемким, так как это удаление осуществляют перемещением полого штока, которым выталкивают изношенный уплотнитель из полости корпуса при снятой с этого корпуса крышке.A wellhead sealant is known, comprising a housing with a cover, a power cylinder with a hollow rod and a piston located in the housing, dividing it into the working cavities near and far from the cover, and a seal located in the housing cavity between the cover and the hollow rod (see A.G. Molchanov, SM Vainshtok, VI Nekrasov, VI Chernobrovkin. Underground repair and drilling of wells using flexible pipes. Academy of Mining. - M., 1999, p. 75, Fig. 3.1). In this sealant, the seal is cylindrical and installed in the cylindrical cavity of the housing. Due to the cylindrical seal and its installation in the cylindrical cavity of the housing, the removal of the worn seal from this sealant is not laborious, since this removal is carried out by moving the hollow rod that pushes the worn seal out of the cavity of the housing with the cover removed from this housing.

Однако этот герметизатор имеет значительные осевые габариты, обусловленные значительной длиной его силового цилиндра, необходимой для обеспечения хода его поршня, достаточного для выталкивания полым штоком из полости корпуса уплотнителя. Уплотнительный элемент интенсивно изнашивается и обладает малой долговечностью.However, this sealant has significant axial dimensions due to the significant length of its ram, which is necessary to ensure its piston stroke, sufficient to push the hollow rod out of the cavity of the seal housing. The sealing element wears out intensively and has low durability.

Известен так же герметизатор устья скважины, принятый за прототип, использующийся при проведении спуско-подъемных операций с колонной труб на скважинах, находящихся под давлением. Герметизатор содержит цилиндрический корпус с фланцами и с радиальным и центральным осевыми каналами для размещения в последнем колонны труб. В корпусе установлен уплотнительный узел в виде эластичной кольцевой манжеты, которая образует с корпусом кольцевую полость, связанную с источником избыточного давления. Эластичный герметизирующий элемент выполнен виде тора и установлен с возможностью вращения и осевого перемещения относительно корпуса в кольцевых пазах эластичной кольцевой манжеты, причем пазы выполнены на внутренней поверхности манжеты. Концентрично в корпусе над и под уплотнительным узлом расположены направляющие кольца. Недостатком герметизатора также является сложная конструкция и недостаточная долговечность уплотнительного элемента. (Авт. Св. СССР Патент №825855, М. Кл. Е21В 33/06.)A wellhead sealant is also known, which is adopted as a prototype and is used during tripping operations with a pipe string in wells under pressure. The sealant contains a cylindrical body with flanges and with radial and central axial channels for placement in the last pipe string. A sealing assembly in the form of an elastic annular cuff is installed in the housing, which forms an annular cavity connected with the source of overpressure with the housing. The elastic sealing element is made in the form of a torus and is mounted for rotation and axial movement relative to the housing in the annular grooves of the elastic annular cuff, and the grooves are made on the inner surface of the cuff. Concentric in the housing above and below the sealing assembly are guide rings. The disadvantage of the sealant is also a complex design and insufficient durability of the sealing element. (Aut. St. USSR Patent No. 825855, M. Cl. EB21B 33/06.)

Задачей полезной модели является увеличение срока службы уплотнительного элемента.The objective of the utility model is to increase the life of the sealing element.

Техническим результатом полезной модели является увеличение долговечности и надежности герметизации, а так же упрощение конструкции герметизатора.The technical result of the utility model is to increase the durability and reliability of sealing, as well as simplifying the design of the sealant.

Технический результат достигается за счет того, что уплотнительный элемент имеет форму удлиненного цилиндрического тора заполненного текучим материалом. Тор имеет возможность перекатываться по колтюбинговой трубе, проходящей через центральное отверстие тора. Диаметр внутреннего отверстия тора меньше диаметра колтюбинговой трубы, наружный диаметр тора меньше диаметра цилиндрического корпуса и имеет длину соответствующую длине цилиндрического корпуса. Торцевые крышки цилиндрического корпуса съемные, с отверстиями под направляющие для колтюбинговой трубы, с антифрикционным покрытием. Вместо антифрикционного покрытия могут быть использованы кольца, выполненные из фторопласта или другого износостойкого антифрикционного материала.The technical result is achieved due to the fact that the sealing element has the shape of an elongated cylindrical torus filled with a fluid material. The torus has the ability to roll along a coiled tubing pipe passing through the central hole of the torus. The diameter of the inner hole of the torus is less than the diameter of the coiled tubing pipe, the outer diameter of the torus is smaller than the diameter of the cylindrical body and has a length corresponding to the length of the cylindrical body. The end caps of the cylindrical body are removable, with holes for the guides for the coiled tubing, with an antifriction coating. Instead of an antifriction coating, rings made of fluoroplastic or other wear-resistant antifriction material can be used.

Диаметр внутреннего отверстия тора меньше диаметра колтюбинговой трубы, поэтому при вводе в отверстие трубы на ее поверхность начинают действовать силы сжатия со стороны тора. Они создают необходимый уровень герметизации между поверхностями тора и трубы и одновременно силы трения сцепления тора и трубы.The diameter of the inner hole of the torus is smaller than the diameter of the coiled tubing pipe, therefore, when the pipe is inserted into the hole, compression forces from the torus begin to act on its surface. They create the necessary level of sealing between the surfaces of the torus and pipe and at the same time the friction forces of adhesion of the torus and pipe.

При спуско-подъемных операциях тор начинает проворачиваться за счет того, что сопротивление изменению формы значительно меньше силы трения сцепления тора и трубы, а трение между внешней поверхностью тора и корпуса отсутствует. Происходит замена трения скольжения трубы по уплотнению на трение качения, при котором реализуется значительно менее интенсивный износ. Герметизация в цилиндре создается за счет контакта торцевых крышек и торцов тора. Требуемая величина герметизации создается внутренним давлением текучего вещества во внутренней полости тора.During tripping operations, the torus begins to crank due to the fact that the resistance to shape change is much less than the friction force of adhesion of the torus and pipe, and there is no friction between the outer surface of the torus and the casing. The sliding friction of the pipe along the seal is replaced by rolling friction, in which much less intense wear is realized. Sealing in the cylinder is created by contacting the end caps and the ends of the torus. The required sealing value is created by the internal pressure of the fluid in the inner cavity of the torus.

Повышение долговечности уплотнительного элемента является следствием того, что во-первых, уплотнительный элемент не скользит, а перекатывается по трубе, имеющей значительную шероховатость вследствие воздействия на нее агрессивных буровых сред; во-вторых, трение в зоне контакта происходит по поверхности антифрикционного материала, поэтому интенсивность изнашивания значительно снижается; в-третьих, длина наружной поверхности тора, подвергающаяся износу, многократно превышает длину поверхности контакта уплотнителей аналогов, что создает дополнительный запас на износ.The increased durability of the sealing element is due to the fact that, firstly, the sealing element does not slip, but rolls along the pipe, which has significant roughness due to aggressive drilling fluids; secondly, friction in the contact zone occurs on the surface of the antifriction material, therefore, the wear rate is significantly reduced; thirdly, the length of the outer surface of the torus, subject to wear, is many times greater than the length of the contact surface of the analog seals, which creates an additional margin for wear.

В результате долговечность уплотнительного элемента, а следовательно, и надежность герметизатора увеличивается.As a result, the durability of the sealing element and, consequently, the reliability of the sealant increases.

На фиг. 1 представлено устройство герметизатора устья скважины.In FIG. 1 shows a wellhead sealant device.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, с торцевыми крышками 2 с антифрикционным покрытием 3. За счет разности диаметров между цилиндрическим корпусом 1 и внешней поверхностью цилиндрического удлиненного тора 4 создается зазор 5. Внутренняя полость 6 тора 4 заполнена текучим веществом. Через центральное отверстие тора проходит колтюбинговая труба 7.The device consists of a cylindrical body 1, with end caps 2 with an antifriction coating 3. Due to the difference in diameters between the cylindrical body 1 and the outer surface of the cylindrical elongated torus 4, a gap 5 is created. The inner cavity 6 of the torus 4 is filled with a fluid substance. A coiled tubing pipe 7 passes through the central hole of the torus.

Устройство работает следующим образом. Колтюбинговая труба 7 плотно обжата цилиндрическим удлиненным тором 4, торцевые поверхности тора 4 плотно прижаты к торцевым крышкам 2 (с антифрикционным покрытием 3) корпуса 1. Требуемая величина герметизации создается внутренним давлением текучего вещества во внутренней полости 6 тора 4.The device operates as follows. The coiled tubing pipe 7 is tightly compressed by an elongated cylindrical torus 4, the end surfaces of the torus 4 are tightly pressed against the end caps 2 (with an antifriction coating 3) of the housing 1. The required sealing value is created by the internal pressure of the fluid in the inner cavity 6 of the torus 4.

При движении трубы на спуск или подъем, труба движется совместно с внутренней поверхностью тора, а сам тор начинает проворачиваться. Его торцевая поверхность скользит по торцевым крышкам 2 без потери уплотнения. Степень герметизации зависит от внутреннего давления текучего вещества во внутренней полости тора и определяется прочностью оболочки тора.When the pipe moves to the descent or rise, the pipe moves together with the inner surface of the torus, and the torus itself begins to turn. Its end surface slides along the end caps 2 without loss of seal. The degree of sealing depends on the internal pressure of the fluid in the internal cavity of the torus and is determined by the strength of the torus shell.

Claims

A wellhead sealant including a cylindrical body with a sealing element installed in it, characterized in that the end caps of the body have openings for a coiled tubing and are coated with a layer of antifriction material, and the sealing element is made in the form of an elongated cylindrical torus, the cavity of which is filled with a fluid substance and has the ability to roll along a coiled tubing pipe passing through the central hole of the torus, while the diameter of the central hole of the torus is less than the diameter of the coiled tubing ingot tube, the outer diameter of the torus is less than the inner diameter of the housing, and its length is equal to the length of the housing.