RU2175709C2

RU2175709C2 - Facility to seal well-head

Info

Publication number: RU2175709C2
Application number: RU97109588A
Authority: RU
Original assignee: Научно-исследовательское и проектное предприятие "Траектория"
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2001-11-10

Abstract

FIELD: drilling and operation of wells. SUBSTANCE: proposed facility includes body, cover, sealing member, sleeve with space for sealing member. Piston has surface for placement of sealing member , working chamber and return chamber. Hydraulic conduits communicate working and return chambers with source of hydraulic pressure. Second sleeve is mounted in space of body. Unloading compensation chamber is formed between first sleeve and cover. It communicates with throttling valve by means of hydraulic conduit. Facility has locks-bearings. Pressure is applied for sealing of well-head. Piston goes upwards compressing sealing member which extends into hole in body and embraces tool or shuts off free well-head. Axial effort from piston and well-head pressure is partially transmitted through sealing member and sleeve to bearing. Main effort is compensated by pressure in unloading chamber on upper part of nut relieving bearing. Some fluid is forced through throttling valve, lubricating, washing and cooling bearing. With loss of pressure piston goes downward and sealing member releases tool. EFFECT: simplified arrangement of well-head binding, reduced dimensions, simplified attendance and operation. 8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к бурению и эксплуатации скважин, преимущественно нефтегазовых, и предназначено для герметизации устья скважины с находящимся в нем инструментом, имеющим вращение и поступательное движение. The invention relates to the drilling and operation of wells, mainly oil and gas, and is intended to seal the wellhead with a tool in it having rotation and translational motion.

Известно устройство для герметизации устья скважины, включающее корпус с полостью и центральным отверстием, гильзу, установленную в крышке-патроне с возможностью вращения, и радиально-упорный двойной подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, уплотнительный элемент из эластичного материала [Композит - каталог нефтегазового оборудования и услуг Gulf Publishing Company, Houston, Texas, USA. Перевод "Топливо и энергетика". 1993 - 94 г. Том 3, часть II, стр. 2361 - 2366. Williams - устьевое оборудование скважины вращающегося типа.]. A device is known for sealing a wellhead, including a housing with a cavity and a central hole, a sleeve mounted in the cover-cartridge with the possibility of rotation, and an angular contact double bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, a sealing element made of elastic material [Composite - oil and gas catalog Equipment and Services of the Gulf Publishing Company, Houston, Texas, USA. Translation of "Fuel and Energy". 1993–94, Volume 3, Part II, pp. 2361–2366. Williams — Wellhead equipment of a rotating type.].

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности принудительного обжима уплотнительного элемента, что вызывает необходимость иметь различные уплотнительные элементы при различных диаметрах труб и инструмента, применяемого при бурении и ремонте скважин, отсутствие возможности герметизации свободного устья скважины, необходимость установки известного устройства в комплексе с плашечными и универсальным превентором, что обуславливает большую высоту и сложность компоновки устьевого оборудования, находящегося под ротором, а также сложность обслуживания, в том числе снятия или замены уплотнительного элемента. Для обеспечения такой замены каждый раз рассоединяется хомут крепления крышки-патрона и вся она с блоком подшипников и уплотнительным элементом протаскивается через отверстие ротора, которое должно иметь соответствующий размер (не менее 444,5 мм). Малые габариты крышки-патрона обуславливают малые размеры и плечо расстояния радиально - упорных подшипников, а следовательно, малую осевую и радиальную нагрузки и рабочее давление на устье. A disadvantage of the known device is the lack of the possibility of forced crimping of the sealing element, which makes it necessary to have different sealing elements for different diameters of pipes and tools used in drilling and repairing wells, the inability to seal a free wellhead, the need to install the known device in combination with a die and universal preventer , which leads to a large height and complexity of the layout of the wellhead equipment located under p torus, and the complexity of maintenance, including removal and replacement of the sealing member. To ensure such a replacement, each time the clamp-holder of the cover-cartridge is disconnected and all of it with the bearing block and the sealing element is pulled through the hole of the rotor, which should have an appropriate size (not less than 444.5 mm). The small dimensions of the lid-chuck determine the small size and shoulder distance of the angular contact bearings, and therefore, the small axial and radial loads and working pressure at the mouth.

Известно устройство для герметизации устья скважин, включающее корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с отверстием, уплотнительный элемент из эластичного материала, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента, установленную с возможностью вращения, подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, поршень с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, уплотненный относительно гильзы и корпуса и имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей камеры и возвратной камеры с источником гидравлического давления [2. Rotating Blowout Preventer. Рекламный проспект Shaffer A Varco Company для 4-ой Московской международной выставки "Нефть и газ - 97". Copiring Varco Shaffer, Inc., Houston, Texas, USA]. A device is known for sealing a wellhead, including a housing with a cavity and a central hole, a cover with an opening, a sealing element made of elastic material, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element mounted for rotation, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, a piston with a surface for placement of the sealing element, sealed relative to the sleeve and the housing and having a working chamber and a return chamber, hydraulic channels for connecting the working chamber and return to amers with a source of hydraulic pressure [2. Rotating Blowout Preventer. Shaffer A Varco Company brochure for the 4th Moscow International Exhibition "Oil and Gas - 97". Copiring Varco Shaffer, Inc., Houston, Texas, USA].

Недостатком известного устройства является передача всей осевой нагрузки от устьевого давления и усилия сжатия поршнем уплотнительного элемента на единственный радиально-упорный подшипник, который имеет питание маслом от гидравлического канала возвратной камеры, что обеспечивает проток масла через подшипник в основном при открывании превентора. Недостатком является также то, что боковая сила, возникающая при вращении несоосных труб, изогнутых труб, неточном центрировании устья, фонаря, ротора и превентора, при проседании ног вышки и т.п. компенсируется маленькими шариковыми радиальными подшипниками и вызывает повышенное трение гильзы о корпус, нагрев, износ уплотнительных колец и неравномерное распределение осевой нагрузки на радиально-упорный подшипник из-за одностороннего прижима нижней части гильзы, это вызывает его нагрев и ограничения по устьевому давлению во вращающемся состоянии для устройства в целом до 20,4 МПа, хотя уплотнительный элемент имеет рабочее давление 35,0 МПа. A disadvantage of the known device is the transfer of all axial load from wellhead pressure and the compression force of the sealing element by the piston to a single angular contact bearing that is powered by oil from the hydraulic channel of the return chamber, which ensures oil flow through the bearing mainly when the preventer is opened. The disadvantage is that the lateral force arising from the rotation of misaligned pipes, bent pipes, inaccurate centering of the mouth, lamp, rotor and preventer, when the legs of the tower sag, etc. It is compensated by small ball radial bearings and causes increased friction of the sleeve against the housing, heating, wear of the sealing rings and uneven distribution of the axial load on the angular contact bearing due to the one-sided pressing of the lower part of the sleeve, this causes it to heat up and restrictions on wellhead pressure in the rotating state for the device as a whole up to 20.4 MPa, although the sealing element has an operating pressure of 35.0 MPa.

Задача, стоящая при создании устройства для герметизации устья скважины, состоит в разработке конструкции, сочетающей в себе одновременно достоинства универсального и вращающегося превенторов и заменяющей их. Это позволит упростить компоновку обвязки устья, снизить ее габариты, упростить обслуживание и работу при бурении и ремонтах скважин. The challenge in creating a device for sealing the wellhead is to develop a design that combines the advantages of a universal and rotating preventer and replaces them. This will simplify the layout of the wellhead harness, reduce its dimensions, simplify maintenance and work during drilling and well repairs.

Достигаемый технический результат, получаемый в результате создания изобретения, состоит в том, что появляется возможность герметизировать устье с высоким рабочим давлением, характерным для универсальных превенторов, и при этом обеспечивать не только поступательное движение инструмента, но и длительное вращение, что необходимо, например, при бурении горизонтальных скважин с высоким давлением, с обратной циркуляцией, с пониженным давлением, с аэрированными жидкостями и т.п. При работах, когда необходимо вращение и осевая фиксация колонны, например гидроразрыв, применяются клиновые захваты. The technical result achieved as a result of the invention is that it becomes possible to seal the mouth with a high working pressure characteristic of universal preventers, and at the same time provide not only the translational movement of the tool, but also a long rotation, which is necessary, for example, when drilling horizontal wells with high pressure, with reverse circulation, with reduced pressure, with aerated fluids, etc. When working, when rotation and axial fixation of the column is necessary, for example hydraulic fracturing, wedge grips are used.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что устройство для герметизации устья скважин, включающее корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с отверстием, уплотнительный элемент из эластичного материала, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента, установленную с возможностью вращения, подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, поршень с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, уплотненный относительно гильзы и корпуса и имеющий рабочую камеру и возвратную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей камеры и возвратной камеры с источником гидравлического давления, снабжено второй гильзой, установленной в полости корпуса, уплотненной относительно него и связанной с поршнем с возможностью относительного вращения, дополнительным подшипником, размещенным между поршнем и второй гильзой, разгрузочной компенсационной камерой, образованной между первой гильзой и крышкой для разгрузки подшипника, гидравлическим каналом для связи разгрузочной компенсационной камеры с источником гидравлического давления параллельно с рабочей камерой. The task and the technical result are achieved in that the device for sealing the wellhead, comprising a housing with a cavity and a central hole, a cover with an opening, a sealing element made of elastic material, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element, mounted for rotation, a bearing for transmitting force from sleeve to cover, piston with a surface for accommodating the sealing element, sealed relative to the sleeve and housing and having a working chamber and a return chamber, hydra influential channels for communication between the working chamber and the return chamber with a hydraulic pressure source, is equipped with a second sleeve mounted in the housing cavity, sealed relative to it and connected with the piston with the possibility of relative rotation, an additional bearing located between the piston and the second sleeve, an unloading compensation chamber formed between the first sleeve and the cover for unloading the bearing, a hydraulic channel for connecting the unloading compensation chamber with a source of hydraulic pressure tions in parallel with the working chamber.

А также тем, что оно снабжено гидравлическим дросселем и гидравлическим каналом, связывающим разгрузочную компенсационную камеру с гидравлическим дросселем, а верхний подшипник размещен в разгрузочной компенсационной камере. As well as the fact that it is equipped with a hydraulic throttle and a hydraulic channel connecting the unloading compensation chamber with a hydraulic throttle, and the upper bearing is placed in the unloading compensation chamber.

А также тем, что оно снабжено шариковым замком-подшипником, фиксирующим от относительного продольного перемещения гильзу и крышку, а также шариковым замком-подшипником, фиксирующим от относительного продольного перемещения вторую гильзу и поршень. And also the fact that it is equipped with a ball lock-bearing that secures the sleeve and cover from relative longitudinal movement, as well as a ball lock-bearing that secures the second sleeve and piston from relative longitudinal movement.

А также тем, что верхний и нижний подшипники выполнены радиально-упорными коническими, торцевой упор в которых выполнен в узкий торец конических тел качения, а сепараторы имеют увеличенный радиальный люфт. As well as the fact that the upper and lower bearings are made of angular contact tapered, the end stop in which is made into the narrow end of the conical rolling elements, and the separators have an increased radial play.

А также тем, что оно снабжено клиновыми захватами, подпружиненными друг относительно друга, первая гильза состоит из двух частей, одна из которых подвижна относительно другой, обе части гильзы образуют между собой коническую полость, в которой размещены клиновые захваты, при этом полость для размещения уплотнительного элемента выполнена в подвижной части гильзы. And also the fact that it is equipped with wedge grippers spring-loaded relative to each other, the first sleeve consists of two parts, one of which is movable relative to the other, both parts of the sleeve form a conical cavity in which wedge grippers are placed, while the cavity for accommodating the sealing element is made in the movable part of the sleeve.

А также тем, что оно снабжено дублирующим механическим приводом, включающим редуктор, имеющий привод вращения от мускульной силы человека или двигателя, винтовую резьбу, выполненную на части цилиндрической поверхности полости корпуса, связанную с корпусом по резьбе втулку, имеющую на одной стороне ответную резьбу, а на другой продольные шлицы, связанную со шлицами втулки с возможностью продольного перемещения шестерню с валом, установленную в корпусе с возможностью вращения и кинематически связанные с редуктором. And also the fact that it is equipped with a backup mechanical drive, including a gearbox having a rotation drive from the muscular strength of a person or engine, a screw thread made on a part of the cylindrical surface of the body cavity, a sleeve having a mating thread on the side having a mating thread, and on the other, longitudinal splines associated with splines of the sleeve with the possibility of longitudinal movement of the gear with the shaft, mounted in the housing with the possibility of rotation and kinematically connected with the gearbox.

А также тем, что оно снабжено редуктором, кинематически связанным с гильзой и имеющим привод вращения от гидравлического или другого двигателя. And also the fact that it is equipped with a gearbox kinematically connected with the sleeve and having a rotation drive from a hydraulic or other engine.

А также тем, что полость первой гильзы выполнена сферической или конической с широкой частью, обращенной к поршню, а размещенный в полости уплотнительный элемент имеет соответствующую форму. And also the fact that the cavity of the first sleeve is made spherical or conical with a wide part facing the piston, and the sealing element located in the cavity has a corresponding shape.

А также тем, что полость первой гильзы выполнена цилиндрической с плоским торцем, а поршень выполнен с коническим или сферическим углублением, при этом размещенный между поршнем и гильзой уплотнительный элемент имеет соответствующую форму. And also the fact that the cavity of the first sleeve is cylindrical with a flat end, and the piston is made with a conical or spherical recess, while the sealing element located between the piston and the sleeve has a corresponding shape.

Заявителем не обнаружено технических решений, имеющих ту же совокупность существенных признаков, как в заявляемом изобретении, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "новизна". The applicant has not found technical solutions having the same set of essential features as in the claimed invention, which allows us to conclude that the criterion of "novelty".

Наличие второй гильзы, установленной в полости корпуса, уплотненной относительно него и поршня и связанной с поршнем с возможностью относительного вращения, с дополнительным подшипником, размещенным между поршнем и второй гильзой, позволяет исключить перекосы и неравномерность нагружения тел качения каждого из подшипников, передавать боковое усилие через подшипники на корпус через невращающиеся вторую гильзу и крышку, а также воспринимать циклический изгибающий момент от вращения несоосного инструмента на относительно большом плече, равном расстоянию между подшипниками, сопоставимому с их диаметром, что приводит к снижению нагрузок на элементы конструкции, сил трения, износа, а следовательно, к повышению долговечности и межремонтного периода. The presence of a second sleeve installed in the body cavity, sealed relative to it and the piston and connected with the piston with the possibility of relative rotation, with an additional bearing located between the piston and the second sleeve, eliminates distortions and uneven loading of the rolling bodies of each of the bearings, transmit lateral force through bearings on the housing through a non-rotating second sleeve and cover, as well as perceive a cyclic bending moment from rotation of an off-axis tool on a relatively large shoulder Equal to the distance between the bearings, comparable to their diameter, which leads to reduction in loads on the structural elements, the friction forces, wear, and consequently to improve the durability and the turnaround time.

Наличие разгрузочной компенсационной камеры, образованной первой гильзой и крышкой, и гидравлического канала, связывающего разгрузочную компенсационную камеру с источником гидравлического давления параллельно с рабочей камерой, позволяет компенсировать осевое усилие от давления на устье, а также усилие, передаваемое поршнем на уплотнительный элемент, и разгрузить верхний подшипник в момент максимальной осевой нагрузки, что позволяет повысить долговечность подшипника и увеличить максимальную нагрузку на устройство от скважинного давления, т. е. ограничить технические возможности устройства лишь прочностью уплотнительного элемента, который используется без изменений от серийных универсальных превенторов, имеющих рабочие давления до 35,0 МПа и более, а также обеспечивающих возможность перекрытия устья скважин от нуля до максимального диаметра без замены элемента, что позволяет создать компактное, надежное, долговечное устройство с техническими характеристиками, превосходящими характеристики известных устройств (или их комбинаций) сходного назначения. The presence of an unloading compensation chamber formed by the first sleeve and cover, and a hydraulic channel connecting the unloading compensation chamber with a hydraulic pressure source in parallel with the working chamber, makes it possible to compensate the axial force from the pressure at the mouth, as well as the force transmitted by the piston to the sealing element, and unload the upper bearing at the moment of maximum axial load, which allows to increase the durability of the bearing and increase the maximum load on the device from the borehole pressure, that is, to limit the technical capabilities of the device only to the strength of the sealing element, which is used without changes from serial universal preventers having operating pressures up to 35.0 MPa or more, and also providing the possibility of blocking the wellhead from zero to the maximum diameter without replacing the element that allows you to create a compact, reliable, durable device with technical characteristics that exceed the characteristics of known devices (or combinations thereof) for similar purposes.

Признаки, перечисленные в остальных пунктах формулы, обеспечивают расширение технологических возможностей устройства и выполнение им функций, не выполнявшихся ранее подобными устройствами, а также удобство применения на скважинах и упрощение обслуживания. The signs listed in the remaining paragraphs of the formula, provide the expansion of the technological capabilities of the device and the performance of functions that were not previously performed by similar devices, as well as ease of use in wells and simplification of maintenance.

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". The applicant has not found technical solutions having a set of essential features that match or are similar to the essential features of the claimed invention and allow to obtain the same technical result, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 показано устройство для герметизации устья скважины с совокупностью существенных признаков, соответствующих п. 1,2,3,4,8 формулы изобретения. На фиг. 2 показано то же устройство с признаками по пп 1 - 8. На фиг. 3 показан вариант устройства с признаками по пп 1 - 9. In FIG. 1 shows a device for sealing a wellhead with a combination of essential features corresponding to claims 1,2,3,4,8 of the claims. In FIG. 2 shows the same device with features according to claims 1 to 8. In FIG. 3 shows a variant of the device with signs according to claims 1 to 9.

Устройство для герметизации устья скважин включает корпус 1 с полостью и центральным отверстием, крышку 2 с отверстием, уплотнительный элемент 3 из эластичного материала, гильзу 4 с полостью 5 для размещения уплотнительного элемента 3, установленную с возможностью вращения, подшипник 6 для передачи усилия от гильзы 4 к крышке 2, поршень 7 с поверхностью 8 для размещения уплотнительного элемента 3, уплотненный относительно гильзы 4 и корпуса 1 и имеющий рабочую камеру 9 и возвратную камеру 10, гидравлические каналы 11 и 12 для связи рабочей камеры 9 и возвратной камеры 10 с источником гидравлического давления (на чертеже не показан), вторую гильзу 13, установленную в полости корпуса 1, уплотненной относительно него и связанной с поршнем 7 с возможностью относительного вращения, подшипник 14, размещенный между поршнем 7 и гильзой 13, разгрузочную компенсационную камеру 15, образованную между гильзой 4 и крышкой 2 для разгрузки подшипника 6, гидравлический канал 16 для связи разгрузочной компенсационной камеры 15 с источником гидравлического давления параллельно с рабочей камерой 9, гидравлический дроссель 17 и гидравлический канал 18, связывающий разгрузочную компенсационную камеру 15 с гидравлическим дросселем 17, а верхний подшипник 6 размещен в разгрузочной компенсационной камере 15, шариковый замок-подшипник 19 фиксирует от относительного продольного перемещения гильзу 4 и крышку 2, шариковый замок-подшипник 20 фиксирует от относительного продольного перемещения гильзу 13 и поршень 7, подшипники 6 и 14 выполнены радиально-упорными коническими, торцевой упор в которых выполнен в узкий торец 21 конических тел качения, сепараторы 22, имеющие увеличенный радиальный люфт. The device for sealing the wellhead includes a housing 1 with a cavity and a central hole, a cover 2 with an opening, a sealing element 3 of elastic material, a sleeve 4 with a cavity 5 for accommodating the sealing element 3, mounted for rotation, a bearing 6 for transmitting force from the sleeve 4 to the cover 2, a piston 7 with a surface 8 for accommodating the sealing element 3, sealed relative to the sleeve 4 and the housing 1 and having a working chamber 9 and a return chamber 10, hydraulic channels 11 and 12 for communication of the working chamber 9 and a return chamber 10 with a hydraulic pressure source (not shown in the drawing), a second sleeve 13 installed in the cavity of the housing 1, sealed relative to it and connected with the piston 7 with the possibility of relative rotation, the bearing 14 located between the piston 7 and the sleeve 13, compensation a chamber 15 formed between the sleeve 4 and the cover 2 for unloading the bearing 6, a hydraulic channel 16 for connecting the discharge compensation chamber 15 with a hydraulic pressure source in parallel with the working chamber 9, hydraulically th throttle 17 and a hydraulic channel 18 connecting the discharge compensation chamber 15 to the hydraulic restriction 17, and the upper bearing 6 is placed in the discharge compensation chamber 15, the ball lock-bearing 19 fixes the sleeve 4 and the cover 2, ball lock-bearing 20 from relative longitudinal movement fixes the sleeve 13 and the piston 7 from the relative longitudinal movement, the bearings 6 and 14 are made angularly tapered, the end stop in which is made into a narrow end face 21 of the conical rolling elements, the separators 22, I have s increased radial play.

При необходимости фиксации инструмента от осевого перемещения устройство включает также клиновые захваты 23 (см. фиг. 2), подпружиненные друг относительно друга, гильза 4 состоит из двух частей, одна из которых подвижна относительно другой, обе части гильзы образуют между собой коническую полость, в которой размещены клиновые захваты 23, при этом полость 5 для размещения уплотнительного элемента 3 выполнена в подвижной части гильзы 4. If it is necessary to fix the tool from axial movement, the device also includes wedge clamps 23 (see Fig. 2), spring-loaded relative to each other, the sleeve 4 consists of two parts, one of which is movable relative to the other, both parts of the sleeve form a conical cavity between themselves, which placed the wedge captures 23, while the cavity 5 for accommodating the sealing element 3 is made in the movable part of the sleeve 4.

При необходимости фиксации устройства в закрытом состоянии при вероятности повреждения гидропривода оно включает также дублирующий механический привод 24, содержащий винтовую резьбу 25, выполненную на части цилиндрической поверхности полости корпуса 1, связанную с корпусом по резьбе втулку 26, имеющую на одной стороне ответную резьбу, а на другой продольные шлицы 27, связанную со шлицами 27 втулки 26 с возможностью продольного перемещения шестерню 28 с валом 29, установленную в корпусе 1 с возможностью вращения и кинематически связанные с редуктором 30, имеющим привод вращения от гидравлического или другого двигателя (на чертеже не показаны). If it is necessary to fix the device in a closed state, with the likelihood of damage to the hydraulic actuator, it also includes a backup mechanical drive 24, containing a screw thread 25, made on a part of the cylindrical surface of the cavity of the housing 1, connected to the housing by a thread sleeve 26, having a mating thread on one side, and on another longitudinal splines 27, connected to the splines 27 of the sleeve 26 with the possibility of longitudinal movement of the gear 28 with the shaft 29, mounted in the housing 1 with the possibility of rotation and kinematically connected with the gear a torus 30 having a rotation drive from a hydraulic or other engine (not shown in the drawing).

При необходимости автономного вращения инструмента без ротора устройство имеет также редуктор 32, кинематически связанный с гильзой 5 и имеющий привод вращения 33 от гидравлического или другого двигателя. If necessary, the autonomous rotation of the tool without a rotor, the device also has a gearbox 32, kinematically connected with the sleeve 5 and having a rotation drive 33 from a hydraulic or other engine.

Полость 5 гильзы 4 может быть выполнена сферической или конической с широкой частью, обращенной к поршню 7, а размещенный в полости 5 уплотнительный элемент 3 имеет соответствующую форму. The cavity 5 of the sleeve 4 can be made spherical or conical with a wide part facing the piston 7, and the sealing element 3 located in the cavity 5 has a corresponding shape.

Полость гильзы 4 может быть выполнена также цилиндрической с плоским торцом 34 (см. фиг. 3), а поршень 7 может быть выполнен с коническим или сферическим углублением 35, при этом размещенный между поршнем и гильзой уплотнительный элемент 3 имеет соответствующую форму. The cavity of the sleeve 4 can also be made cylindrical with a flat end 34 (see Fig. 3), and the piston 7 can be made with a conical or spherical recess 35, while the sealing element 3 located between the piston and the sleeve has a corresponding shape.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При необходимости герметизации устья скважины с возможностью вращения и подачи инструмента гидравлическое давление от источника давления (насос с гидроаккумулятором) подается одновременно в гидравлические каналы 11 и 14. При этом поршень 7 под действием давления в рабочей камере 9 движется вверх, сжимая уплотнительный элемент 3, который вследствие сужающейся формы полости 5 выдвигается в центральное отверстие корпуса 1, плотно охватывая и уплотняя инструмент, находящийся там (на чертеже не показан), или полностью перекрывая сечение устья в случае отсутствия инструмента. Осевое усилие от воздействия поршня 7 и устьевого давления в скважине на уплотнительный элемент 3 и инструмент передается через гильзу 4 на подшипник 6 лишь частично, поскольку основная часть усилия компенсируется давлением жидкости, поступившей через гидроканал 16 в разгрузочную компенсационную полость 15 и воздействующей на верхнюю часть гильзы 4, компенсируя нижнее осевое усилие и разгружающее подшипник 6. Часть жидкости продавливается через дроссель 17, смазывая, промывая и охлаждая подшипник 6, а затем поступает на смазку контакта скользящего вертикально инструмента с уплотнительным элементом 3. If it is necessary to seal the wellhead with the ability to rotate and feed the tool, hydraulic pressure from the pressure source (pump with a hydraulic accumulator) is supplied simultaneously to the hydraulic channels 11 and 14. In this case, the piston 7 moves upward by the pressure in the working chamber 9, compressing the sealing element 3, which due to the narrowing shape of the cavity 5 extends into the Central hole of the housing 1, tightly covering and sealing the tool located there (not shown), or completely overlapping the section of the mouth in if there is no tool. The axial force from the action of the piston 7 and the wellhead pressure in the borehole on the sealing element 3 and the tool is only partially transmitted through the sleeve 4 to the bearing 6, since the main part of the force is compensated by the pressure of the fluid that entered through the hydraulic channel 16 into the discharge compensation cavity 15 and acts on the upper part of the sleeve 4, compensating for the lower axial force and the unloading bearing 6. A part of the liquid is forced through the throttle 17, lubricating, washing and cooling the bearing 6, and then enters the contact lubricant as yaschego tool vertically to the sealing member 3.

Радиальное усилие, возникающее от несоосности инструмента, воспринимается уплотнительным элементом 3 и передается на расположенные на равном расстоянии от него подшипники 6 и 14 и поэтому не вызывает их перекоса или неравномерного нагружения. Затем подшипники передают радиальное усилие на невращающиеся гильзу 13 и крышку 2, а последние на корпус 1, укрепленный на устье. The radial force arising from the misalignment of the tool is perceived by the sealing element 3 and transmitted to bearings 6 and 14 located at an equal distance from it and therefore does not cause them to be skewed or unevenly loaded. Then the bearings transmit radial force to the non-rotating sleeve 13 and cover 2, and the latter to the housing 1, mounted on the mouth.

В варианте с фиксацией инструмента клиновые захваты 23 под действием осевого усилия со стороны подвижной части гильзы 4 выдвигаются внутрь отверстия корпуса 1 до захвата инструмента и его жесткой фиксации от продольного перемещения, но с возможностью вращения. In the embodiment with fixation of the tool, the wedge captures 23 under the action of axial force from the movable part of the sleeve 4 extend into the opening of the housing 1 until the tool is gripped and is rigidly fixed from longitudinal movement, but with the possibility of rotation.

В варианте с дублирующим механическим приводом 24, вращая, например, вручную привод вращения редуктора 30 и через него вал 29 и шестерню 28, мы через шлицы 27 приводим во вращение резьбовую втулку 26, которая, поднимаясь по резьбе корпуса 1, скользит по шлицам 27 и поджимает гильзу 13, что обеспечивает герметизацию даже в случае повреждения трубопроводов связи гидравлического канала 11 с источником давления. При необходимости устройство может быть приведено в закрытое состояние только с помощью механического привода 24. In the variant with a backup mechanical drive 24, for example, manually rotating the rotation drive of the gearbox 30 and the shaft 29 and gear 28 through it, we drive the threaded sleeve 26 through the slots 27, which, rising along the thread of the housing 1, slides along the slots 27 and presses the sleeve 13, which provides sealing even in case of damage to the piping of the hydraulic channel 11 with the pressure source. If necessary, the device can be brought into a closed state only with the help of a mechanical drive 24.

В варианте с автономным приводом вращения инструмента в закрытом состоянии устройства редуктор 32 при включении двигателя вращает гильзу 4 и зажатый в ней поршнем 7 уплотнительный элемент 3, который, в свою очередь, передает вращение на инструмент, находящийся в скважине. In an embodiment with an autonomous drive for rotating the tool in the closed state of the device, the gearbox 32, when the engine is turned on, rotates the sleeve 4 and the sealing element 3 clamped in it by the piston 7, which, in turn, transmits rotation to the tool in the well.

При открывании устройства (разгерметизации устья скважины) убирается гидравлическое давление из гидравлических каналов 11 и 15 и подается гидравлическое давление в канал 12, а оттуда в возвратную камеру 10. Поршень 7 под действием возникающего усилия опускается, освобождая уплотнительный элемент 3, который под действием сил упругости эластичного материала возвращается в исходное положение, освобождая инструмент. When the device is opened (depressurization of the wellhead), the hydraulic pressure is removed from the hydraulic channels 11 and 15 and the hydraulic pressure is supplied to the channel 12, and from there to the return chamber 10. The piston 7 is lowered by the arising force, releasing the sealing element 3, which under the action of elastic forces elastic material returns to its original position, freeing the tool.

В варианте с фиксацией инструмента клиновые захваты, подпружиненные друг относительно друга, спускаются вместе с подвижной частью гильзы 4 в широкую часть конической полости, раздвигаются под действием усилия пружин и освобождают инструмент. In the embodiment with fixing the tool, the wedge grips, spring-loaded relative to each other, are lowered together with the movable part of the sleeve 4 into the wide part of the conical cavity, are moved apart by the action of the springs and release the tool.

В варианте с дублирующим механическим приводом 24, вращая привод редуктора 30 в обратную сторону, через вал 29, шестерню 28 и шлицы 27, приводим во вращение втулку 26, которая, опускаясь по резьбе 25 корпуса 1, прекращает поджимать гильзу 13, позволяя ей опуститься вниз и освободить уплотнительный элемент 3. In the embodiment with a backup mechanical drive 24, rotating the gearbox drive 30 in the opposite direction, through the shaft 29, gear 28 and splines 27, we rotate the sleeve 26, which, falling along the thread 25 of the housing 1, stops pressing the sleeve 13, allowing it to fall down and release the sealing element 3.

Устройство реализовано в конструкциях универсальных вращающихся превенторов ВУГП 190/350 и ВУГП 350/350, рассчитанных на рабочее давление в режиме вращения до 35,0 МПа (350 кг/см²) и имеющих сферические уплотнительные элементы со стальными вкладышами.The device is implemented in the designs of universal rotating preventers VUGP 190/350 and VUGP 350/350, designed for operating pressure in rotation mode up to 35.0 MPa (350 kg / cm ² ) and having spherical sealing elements with steel inserts.

Claims

1. A device for sealing a wellhead, including a housing with a cavity and a central hole, a cover with a hole, a sealing element made of elastic material, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element, mounted for rotation, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, the piston with surface for accommodating the sealing element, sealed relative to the sleeve and the housing and having a working chamber and a return chamber, hydraulic channels for communication of the working chamber and the return chamber a hydraulic pressure source, characterized in that it is provided with a second sleeve installed in the housing cavity, sealed relative to it and the piston and connected with the piston with the possibility of relative rotation, an additional bearing located between the piston and the second sleeve, an unloading compensation chamber formed between the first sleeve and a cover for unloading the bearing, a hydraulic channel connecting the unloading compensation chamber with a source of hydraulic pressure in parallel with the working the camera.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with a hydraulic choke and a hydraulic channel connecting the discharge compensation chamber with a hydraulic restrictor, and the upper bearing is placed in the discharge compensation chamber.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a ball eamk bearing securing the sleeve and cover from relative longitudinal movement, as well as a ball eamk bearing securing the second sleeve and piston from relative longitudinal movement.

4. The device according to claim 1, characterized in that the upper and lower bearings are angular contact tapered, the end stop in which is made into the narrow end of the conical rolling elements, and the cages have an increased radial play.

5. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with wedge grippers, spring-loaded relative to each other, the first sleeve consists of two parts, one of which is movable relative to the other, both parts of the sleeve form a conical cavity with wedge grippers while the cavity for accommodating the sealing element is made in the movable part of the sleeve.

6. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with a backup mechanical drive, including a gearbox having a rotation drive from the muscular strength of a person or engine, a screw thread made on a part of the cylindrical surface of the body cavity, a sleeve having a thread connected to the body, having a sleeve having on one side there is a reciprocal thread, and on the other, longitudinal splines associated with splines of the sleeve with the possibility of longitudinal movement of the gear with the shaft mounted in the housing with the possibility of rotation and kinematically connected with the gearbox m

7. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a gearbox kinematically connected to the sleeve and having a rotation drive from a hydraulic or other engine.

8. The device according to claim 1, characterized in that the cavity of the first sleeve is made spherical or conical with a wide part facing the piston, and the sealing element located in the cavity has a corresponding shape.

9. The device according to claim 1, characterized in that the cavity of the first sleeve is cylindrical with a flat end, and the piston is made with a conical or spherical recess, while the sealing element located between the piston and the sleeve has a corresponding shape.