RU2798532C1 - Wellhead rotary stripper - Google Patents

Wellhead rotary stripper Download PDF

Info

Publication number
RU2798532C1
RU2798532C1 RU2022134117A RU2022134117A RU2798532C1 RU 2798532 C1 RU2798532 C1 RU 2798532C1 RU 2022134117 A RU2022134117 A RU 2022134117A RU 2022134117 A RU2022134117 A RU 2022134117A RU 2798532 C1 RU2798532 C1 RU 2798532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
sealing
wellhead
movable support
hollow cylindrical
Prior art date
Application number
RU2022134117A
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
ООО "Битенг"
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Битенг" filed Critical ООО "Битенг"
Application granted granted Critical
Publication of RU2798532C1 publication Critical patent/RU2798532C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: well drilling.
SUBSTANCE: invention relates to equipment for sealing a wellhead during activities related to tripping operations with a drill string and its rotation by a kelly. A wellhead rotary stripper is claimed, comprising a hollow cylindrical body with a central through channel for passing pipes with process equipment, equipped with lower and upper flanges for fastening to equipment at the wellhead and for fastening process equipment, respectively, locking covers with a central hole for centering the lowered or raised string pipes installed in a hollow cylindrical body from above and below, a rotor comprising a rotor body installed in a hollow cylindrical housing of the stripper, inside which a sealing collar and elements of its connection with the rotor body are installed. The rotor is equipped with one rotation support in the form of a rolling bearing. The stripper also comprises a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity between the housing and the sealing element, filled with a working agent, a device for controlling the force of pressing the sealing collar to the pipe, hydraulically connected to the working hydraulic chamber, and hydraulic channels. In addition, the stripper is also equipped with a movable support installed between the rotation support and the locking cover on the side of the upper flange. The movable support is made in the form of a metal or composite washer comprising at least one sealing groove for installing a sealing ring and a structural element in the form of a shaped groove, or a shaped protrusion, or a hole, or a pin for interacting with a counter structural element in the form of a shaped protrusion, or a shaped groove, or a pin, or a hole, respectively, made in the locking cover and restricting the movable support from turning around the central axis of the rotor, but not preventing the free movement of the movable support in a plane perpendicular to the central axis of the rotor during their interaction.
EFFECT: expanded operational capabilities, increased reliability and service life, reduced operating costs and, as a result, increased the reliability of wellhead sealing during activities related to tripping operations with a drill string and its rotation by a kelly.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья скважины при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной бурильных труб и ее вращением ведущей трубой.The invention relates to equipment for sealing the wellhead during work related to the performance of tripping operations with a drill string and its rotation by a Kelly.

Известно устройство герметизации устья скважины (RU 68581 U1, МПК: E21B 33/03, опубл. 27.11.2007), содержащее корпус со сквозным осевым каналом, имеющий верхний и нижний фланцы и выполненный с возможностью установки нижним фланцем герметично на фланец устьевой компоновки, узел вращения, расположенный в осевом канале корпуса и содержащий соосно установленные между собой и с центральной осью сквозного канала корпуса крышку с центральным сквозным отверстием для прохода ведущей бурильной трубы и ротор, установленный в крышке посредством подшипникового узла и имеющий центральное сквозное отверстие под ведущую бурильную трубу, уплотнительную манжету, на которую опирается ротор, имеющую центральное сквозное отверстие по форме ведущей бурильной трубы и водило для передачи вращения ротору от ведущей бурильной трубы.A wellhead sealing device is known (RU 68581 U1, IPC: E21B 33/03, publ. 11/27/2007), containing a housing with a through axial channel, having upper and lower flanges and configured to install the lower flange hermetically on the flange of the wellhead assembly, the node rotation, located in the axial channel of the body and containing coaxially installed between themselves and with the central axis of the through channel of the body, a cover with a central through hole for the passage of the kelly and a rotor mounted in the cover by means of a bearing assembly and having a central through hole for the kelly, sealing a cuff on which the rotor rests, having a central through hole in the form of a kelly and a carrier for transferring rotation to the rotor from the kelly.

Недостатком известного устройства является ограниченность его эксплуатационных возможностей, обусловленная тем, что:The disadvantage of the known device is its limited operational capabilities, due to the fact that:

- уплотнительная манжета может герметизировать только определенный размер бурильной трубы, например, сечения 80×80, причем с определенной формой ребер, которой должна соответствовать конфигурация отверстия в уплотнительной манжете.- the sealing collar can seal only a certain size of the drill pipe, for example, a section of 80×80, and with a certain shape of the ribs, which must correspond to the configuration of the hole in the sealing collar.

- герметизатор не предназначен для работы с применением силовых вертлюгов, где необходимо герметизировать ведущую трубу круглого сечения.- the dock shelter is not designed to work with the use of power swivels, where it is necessary to seal the lead pipe of circular cross section.

Также, данное устройство ненадежно в эксплуатации, поскольку при постоянном контакте уплотнительной манжеты с уплотняемой наружной поверхностью ведущей трубы и элементами бурильной колонны (трубы, муфты, замки) будет происходить интенсивный износ ее контактирующих поверхностей, особенно при спускоподъемных операциях, что может в скором привести к потере герметичности при высоком давлении на устье, к переливам раствора, а также к нефтегазоводопроявлению.Also, this device is unreliable in operation, since with constant contact of the sealing collar with the outer surface of the kelly to be sealed and the elements of the drill string (pipes, couplings, locks), intensive wear of its contacting surfaces will occur, especially during tripping operations, which may soon lead to loss of tightness at high pressure at the wellhead, to solution overflows, as well as to oil and gas intrusion.

Известна устьевая герметизирующая головка (RU 2068488 С1, МПК: Е21В 33/06, включающая: полый цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием, герметизирующий элемент, установленный в корпусе на опоре вращения в виде упорного шарикового подшипника в нижнем съемном фланце, рабочую гидравлическую камеру, образованную нижней кольцевой полостью между корпусом и герметизирующим элементом, камеру регулировки поджатия герметизирующего элемента к трубе, образованную верхней полостью корпуса и поршнем, связанным с герметизирующим элементом, гидравлические каналы с рабочим агентом, связывающие рабочую гидравлическую камеру и камеру регулировки поджатия с нагнетательным насосом.Known wellhead sealing head (RU 2068488 C1, IPC: E21B 33/06, including: a hollow cylindrical body with a central through channel for passing pipes with technological equipment, a sealing element installed in the body on a rotation support in the form of a thrust ball bearing in the lower removable flange , a working hydraulic chamber formed by the lower annular cavity between the body and the sealing element, a chamber for adjusting the preload of the sealing element to the pipe, formed by the upper cavity of the body and a piston associated with the sealing element, hydraulic channels with a working agent connecting the working hydraulic chamber and the preload adjustment chamber with injection pump.

К недостаткам известного устройства следует отнести повышенную трудоемкость эксплуатации, связанную:The disadvantages of the known device include the increased complexity of operation associated with:

- со сложностью управления при эксплуатации, вызванной необходимостью установления баланса подбором давлений в камере возврата и рабочей гидравлической камере относительно давления на устье скважины с помощью контрольно-распределительной гидроаппаратуры, не обладающих достаточной гибкостью подачи давления;- with the complexity of control during operation, caused by the need to establish a balance by selecting pressures in the return chamber and the working hydraulic chamber relative to the pressure at the wellhead using hydraulic control and distribution equipment that do not have sufficient pressure supply flexibility;

- сложностью разборки и сборки устройства.- the complexity of disassembling and assembling the device.

Кроме того, известное устройство обладает низкой надежностью работы вследствие того, что его конструкция не обеспечивает автоматической регулировки усилия поджатия герметизирующего элемента к трубе в зависимости от давления на устье скважины, которое необходимо устанавливать путем подбора определенного баланса давлений рабочего агента в камерах относительно давления на устье скважины. Поэтому при изменении давления на устье скважины, которое может изменяться и скачкообразно, возможна ситуация, когда давление в рабочей гидравлической камере будет меньше давления на устье скважины, в результате чего герметичность в контакте герметизирующего элемента и трубы будет нарушена и произойдет прорыв скважинных флюидов. В ситуации, когда давление в рабочей гидравлической камере будет значительно превосходить давление на устье скважины, возможен интенсивный износ рабочей поверхности герметизирующего элемента в процессе работы, что приведет к его разрушению при высоком давлении на устье, к переливам раствора, а также к нефтегазоводопроявлению. Кроме этого, в результате возникновения чрезмерного трения в зоне контакта уплотнителя с ведущей трубой при ее осевом перемещении колонны вверх будет повышаться величина осевой нагрузки, интенсивный износ деталей и подъемных механизмов подъемника, а также снижение нагрузки от инструмента во время перемещения инструмента вниз (спуска), что может привести к снижению эффективности бурения и возникновению аварийных ситуаций.In addition, the known device has low reliability due to the fact that its design does not provide automatic adjustment of the pressure force of the sealing element to the pipe, depending on the pressure at the wellhead, which must be set by selecting a certain balance of pressure of the working agent in the chambers relative to the pressure at the wellhead. . Therefore, when the pressure at the wellhead changes, which can also change abruptly, a situation is possible when the pressure in the working hydraulic chamber is less than the pressure at the wellhead, as a result of which the tightness in the contact of the sealing element and the pipe will be broken and a breakthrough of well fluids will occur. In a situation where the pressure in the working hydraulic chamber will significantly exceed the pressure at the wellhead, intensive wear of the working surface of the sealing element during operation is possible, which will lead to its destruction at high pressure at the wellhead, to overflow of the solution, as well as to oil and gas intrusion. In addition, as a result of excessive friction in the zone of contact of the seal with the leading pipe during its axial movement of the column upwards, the axial load will increase, intensive wear of parts and lifting mechanisms of the lift, as well as a decrease in the load from the tool during the movement of the tool down (descent), which can lead to a decrease in drilling efficiency and the occurrence of emergency situations.

Низкая надежность работы известного устройства обусловлена также и тем, что нижний упорный подшипник не защищен от воздействия скважинного флюида, содержащего твердую фазу, в результате чего возможен интенсивный абразивный износ тел и дорожек качения подшипника с возникновением момента вращения, направленного в противоположную сторону с потерей синхронного вращения с вращающимся герметизирующим элементом, что приведет к его разрушению и потере герметичности устройства с прорывом скважинных флюидов и бурового раствора с последующим возможным переходом скважины в открытое фонтанирование.The low reliability of the operation of the known device is also due to the fact that the lower thrust bearing is not protected from the impact of a well fluid containing a solid phase, as a result of which intense abrasive wear of the bearing bodies and raceways is possible with the occurrence of a torque directed in the opposite direction with a loss of synchronous rotation with a rotating sealing element, which will lead to its destruction and loss of tightness of the device with a breakthrough of well fluids and drilling fluid, followed by a possible transition of the well into open flowing.

Известное устройство обладает повышенным габаритом по высоте ввиду наличия в конструкции камеры возврата с кольцевым поршнем и съемного фланца, что увеличивает эксплуатационные затраты, так как повышает затраты на монтаж буровой установки, во взаимодействии с которой будет использоваться известное устройство. Это обусловлено тем, что для удобства эксплуатации известного устройства при спускоподъемных операциях необходим монтаж дополнительных оснований под буровую установку или монтаж дополнительных подмостков для обслуживающего персонала на вышечном блоке вокруг устья.The known device has an increased overall height due to the presence in the design of the return chamber with an annular piston and a removable flange, which increases operating costs, as it increases the cost of installing a drilling rig, in cooperation with which the known device will be used. This is due to the fact that for ease of operation of the known device during tripping operations, it is necessary to install additional bases for the drilling rig or install additional scaffolds for maintenance personnel on the rig block around the wellhead.

Также, известное устройство обладает сложной конструкцией ввиду наличия камеры возврата с кольцевым поршнем, введение которой в конструкцию функционально не оправдано, так как:Also, the known device has a complex design due to the presence of a return chamber with an annular piston, the introduction of which into the design is not functionally justified, since:

- уменьшение контактного давления между герметизирующим элементом и трубой и, следовательно, усилия обжатия трубы можно обеспечить уменьшением давления в рабочей гидравлической камере;- reduction of the contact pressure between the sealing element and the pipe and, consequently, the compression force of the pipe can be achieved by reducing the pressure in the working hydraulic chamber;

- возврат герметизирующего элемента в исходное состояние после уменьшения давления в рабочей гидравлической камере может быть обеспечен за счет упругих свойств эластичного материала герметизирующего элемента.- the return of the sealing element to its original state after reducing the pressure in the working hydraulic chamber can be ensured due to the elastic properties of the elastic material of the sealing element.

И, наконец, известное устройство имеет жестко отцентрированный ротор, что приводит к циклической деформации эластичного герметизирующего элемента с возникновением повышенных знакопеременных радиальных нагрузок на подшипники из-за отсутствия общего центра у оси устья скважины и оси вращения ведущей трубы, что приведет к значительному снижению срока службы герметизирующего элемента и подшипниковых узлов.And, finally, the known device has a rigidly centered rotor, which leads to cyclic deformation of the elastic sealing element with the occurrence of increased alternating radial loads on the bearings due to the lack of a common center at the wellhead axis and the rotation axis of the leading pipe, which will lead to a significant reduction in service life sealing element and bearing units.

Таким образом, известное устройство обладает повышенной трудоемкостью эксплуатации, низкой надежностью, повышенными эксплуатационными затратами, сложной конструкцией и низким сроком службы изделия в целом.Thus, the known device has an increased complexity of operation, low reliability, increased operating costs, a complex design and a low service life of the product as a whole.

Задачей изобретения является создание устройства для герметизации устья скважины, лишенного перечисленных недостатков.The objective of the invention is to create a device for sealing the wellhead, devoid of these disadvantages.

Техническим результатом решения этой задачи является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности и срока службы, снижение эксплуатационных затрат и, как следствие, повышение надежности герметизации устья скважины при проведении работ, связанных с выполнением спускоподъемных операций с колонной бурильных труб и ее вращением ведущей трубой.The technical result of solving this problem is to expand operational capabilities, increase reliability and service life, reduce operating costs and, as a result, increase the reliability of wellhead sealing during work related to tripping operations with the drill string and its rotation by the Kelly.

Для обеспечения этих результатов заявляемое устройство для герметизации устья скважины, включающее:To ensure these results, the claimed device for sealing the wellhead, including:

- полый цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием, оснащенный верхним и нижним фланцами для крепления технологического оборудования и оборудованию на устье скважины соответственно;- a hollow cylindrical body with a central through channel for passing pipes with process equipment, equipped with upper and lower flanges for mounting process equipment and equipment at the wellhead, respectively;

- запирающие крышки с центральным отверстием для центрирования колонны спускаемых или поднимаемых труб, установленные в корпус сверху и снизу;- locking covers with a central hole for centering the string of lowered or raised pipes, installed in the body from above and below;

- ротор, установленный в корпусе, содержащий корпус ротора, внутри которого установлена уплотнительная манжета и элементы ее соединения с ротором, оснащенный по крайней мере одной опорой вращения в виде подшипника качения,- a rotor installed in a housing, containing a rotor housing, inside which a sealing collar and elements of its connection with the rotor are installed, equipped with at least one rotation support in the form of a rolling bearing,

- рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости между корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом;- a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity between the housing and the sealing element, filled with a working agent;

- устройство управления усилием поджатия уплотнительной манжеты к трубе, гидравлически связанное с рабочей гидравлической камерой;- a device for controlling the force of pressing the sealing collar to the pipe, hydraulically connected to the working hydraulic chamber;

- гидравлические каналы;- hydraulic channels;

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮACCORDING TO THE INVENTION

- дополнительно содержит по крайней мере одну подвижную опору, установленную между опорой вращения и запирающей крышкой, выполненную в виде металлической или композитной шайбы, содержащей по крайней мере одну уплотнительную канавку для установки уплотнительного кольца с целью обеспечения герметичности между запирающей крышкой и полостью рабочей камеры, а также по крайней мере один конструктивный элемент в виде фигурного паза, или фигурного выступа, или отверстия, или штифта для взаимодействия с ответным конструктивным элементом, выполненного в виде фигурного выступа, или фигурного паза или штифта, или отверстия, выполненного в запирающей крышке соответственно, фиксирующий подвижную опору от поворота вокруг центральной оси ротора не препятствующий перемещению подвижной опоры в плоскости, перпендикулярной центральной оси ротора;- additionally contains at least one movable support installed between the rotation support and the locking cover, made in the form of a metal or composite washer containing at least one sealing groove for installing a sealing ring in order to ensure tightness between the locking cover and the cavity of the working chamber, and also at least one structural element in the form of a shaped groove, or a shaped protrusion, or a hole, or a pin for interacting with a counter structural element, made in the form of a shaped protrusion, or a shaped groove or a pin, or a hole made in the locking cover, respectively, fixing movable support from rotation around the central axis of the rotor, which does not prevent the movement of the movable support in a plane perpendicular to the central axis of the rotor;

- уплотнительная манжета выполнена из эластичного материала в виде сменной втулки ротора с уплотнительными выступами или впадинами на обоих торцах.- the sealing cuff is made of an elastic material in the form of a replaceable rotor sleeve with sealing protrusions or cavities on both ends.

- узел управления и регулирования величины усилия поджатия уплотнительной манжеты к трубе содержит подключаемый гидравлический насос или гидравлическую станцию с любым типом привода, а также гидравлический аккумулятор, включающийся в состав узла управления при пропуске муфт под давлением.- the unit for controlling and adjusting the magnitude of the force of pressing the sealing collar to the pipe contains a connected hydraulic pump or a hydraulic station with any type of drive, as well as a hydraulic accumulator included in the control unit when couplings are passed under pressure.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Заявляемый герметизатор устьевой роторный, изображенный на фиг. 1, содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 фланцами имеет сквозной осевой канал 4 для пропуска труб 5 с муфтами 6, который сверху и снизу закрывают запирающие крышки 7 с центральным отверстием 8 для центрирования колонны спускаемых или поднимаемых труб 5 с муфтами 6.The inventive wellhead rotary seal shown in FIG. 1, contains a hollow cylindrical body 1 with upper 2 and lower 3 flanges, has a through axial channel 4 for passing pipes 5 with couplings 6, which is closed from above and below by locking covers 7 with a central hole 8 for centering the string of lowered or raised pipes 5 with couplings 6 .

Запирающие крышки 7 устанавливаются в корпус 1 посредством резьбового или байонетного соединения и взаимодействуют с подвижными опорами 9, содержащими пазы 10 в виде направляющих шпоночных пазов, в которые входят штифты 11, выступающие из запирающих крышек 7 для защиты подвижных опор 9 от поворота вокруг центральной оси 12.The locking covers 7 are installed in the body 1 by means of a threaded or bayonet connection and interact with the movable supports 9 containing grooves 10 in the form of guide keyways, which include pins 11 protruding from the locking covers 7 to protect the movable supports 9 from rotation around the central axis 12 .

Подвижные опоры 9 имеют осевую расточку, в которую установлены радиальные подшипники 13 и уплотнительные кольца 14, а также наружную цилиндрическую шейку 15, на которую устанавливаются упорные подшипники 16.Movable bearings 9 have an axial bore, in which radial bearings 13 and sealing rings 14 are installed, as well as an outer cylindrical neck 15, on which thrust bearings 16 are installed.

Корпус ротора 17 имеет гидравлические каналы 18 в виде отверстий для прохода рабочего агента 19. Внутри корпуса ротора 17 установлена уплотнительная манжета 20, герметично поджимаемая втулками ротора 21 с обоих сторон за счет резьбового соединения 22. Втулки ротора 21 защищены от отвинчивания из корпуса ротора 17 стопорными винтами 23.The rotor housing 17 has hydraulic channels 18 in the form of openings for the passage of the working agent 19. Inside the rotor housing 17, a sealing cuff 20 is installed, hermetically pressed by the rotor bushings 21 on both sides due to the threaded connection 22. The rotor bushings 21 are protected from unscrewing from the rotor housing 17 by locking screws 23.

Корпус ротора 17 с уплотнительной манжетой 20, втулками ротора 21, стопорными винтами 23 в сборе, а также подвижные опоры 9 с радиальными подшипниками 13, уплотнительными кольцами 14 и подшипниками 16 в сборе устанавливают в корпус 1 и зажимают запирающими крышками 7 с гарантирующим герметичность при рабочем давлении минимальным зазором в собранном пакете. Запирающие крышки 7 защищают от отвинчивания из корпуса 1 стопорными винтами 24.The rotor housing 17 with the sealing collar 20, the rotor bushings 21, the locking screws 23 as an assembly, as well as the movable supports 9 with radial bearings 13, sealing rings 14 and bearings 16 as an assembly, are installed in the housing 1 and clamped with locking covers 7 to ensure tightness during operation. pressure with the minimum gap in the assembled package. The locking covers 7 protect against unscrewing from the housing 1 with locking screws 24.

Уплотнительная манжета 20, кольца уплотнительные 14, 25 и 26 обеспечивают герметичность между осевым каналом 4 внутри корпуса 1 внешней средой, образуя рабочую камеру, заполненную рабочим агентом 19. Для удаления воздуха из осевого канала корпуса 4 при его заполнении рабочим агентом 19 по гидравлическому каналу 27 используют винт 28 с перепускным каналом 29 и шар 30, взаимодействующий с поверхностью конического отверстия в гидравлическом канале 29 в верхней части устройства.Sealing cuff 20, sealing rings 14, 25 and 26 provide tightness between the axial channel 4 inside the body 1 by the external environment, forming a working chamber filled with a working agent 19. To remove air from the axial channel of the body 4 when it is filled with a working agent 19 through the hydraulic channel 27 use a screw 28 with a bypass channel 29 and a ball 30 interacting with the surface of the conical hole in the hydraulic channel 29 at the top of the device.

Контроль давления внутри корпуса 1 осуществляется по манометру 31, установленным в любом удобном для считывания показаний месте линии нагнетания рабочего агента 19.The control of the pressure inside the housing 1 is carried out by the pressure gauge 31, installed in any place convenient for reading the readings of the injection line of the working agent 19.

Заявляемое устройство герметизации устья скважины работает следующим образом.The inventive wellhead sealing device operates as follows.

В положении, показанном на чертеже, заполненное рабочим агентом устройство герметично устанавливается нижним фланцем 3 на верхний фланец устьевого оборудования и закрепляется шпильками с гайками. Немного отвинчивают винт 28 из верхней крышки 7, подключают герметизатор к линии высокого давления или насосу высокого давления посредством БРС и удаляют воздух из внутренней полости герметизатора посредством подачи рабочего агента 19 в корпус 1 герметизатора до выхода некоторого количества рабочего агента без наличия пузырьков воздуха из гидравлического канала 29. Далее затягивают винт 28 с необходимым моментом в крышку 7. Производят монтаж необходимого технологического оборудования к верхнему фланцу 2, например ротора для вращения ведущей бурильной трубы. Через центральное отверстие 8 осуществляют спуск или подъем труб 5 с муфтами 6 совместно с технологическим оборудованием в составе колонны. После присоединения ведущей трубы к верхней муфте 6 колонны спущенных труб осуществляют различные технологические операции, в том числе фрезерование, бурение с прямой или обратной промывкой, в том числе с одновременным спуском или подъемом вращающейся колонны бурильных труб, промывку ствола скважины, опрессовку колонны обсадных труб, испытания на герметичность ПВО или перекрытие кольцевого пространства скважины для предотвращения попадания посторонних предметов в скважину во время перерывов в работе.In the position shown in the drawing, the device filled with a working agent is hermetically installed with the lower flange 3 on the upper flange of the wellhead equipment and secured with studs and nuts. The screw 28 is slightly unscrewed from the top cover 7, the sealer is connected to the high pressure line or the high pressure pump by means of a quick coupling and air is removed from the inner cavity of the sealer by supplying the working agent 19 to the sealer housing 1 until a certain amount of the working agent exits without the presence of air bubbles from the hydraulic channel 29. Next, screw 28 is tightened with the required torque into the cover 7. The necessary technological equipment is mounted to the upper flange 2, for example, a rotor for rotating the kelly. Through the central hole 8, pipes 5 with couplings 6 are lowered or lifted together with process equipment as part of the column. After the kelly is connected to the upper sleeve 6 of the lowered tubing string, various technological operations are carried out, including milling, drilling with direct or reverse flushing, including simultaneous lowering or lifting of the rotating drill string, flushing the wellbore, pressure testing of the casing string, BOP leak testing or well annulus sealing to prevent foreign objects from entering the well during work breaks.

Герметизацию устья скважины в случае повышения давления и перелива раствора осуществляют подачей рабочего агента 19 насосом высокого давления через канал 27 с контролем давления по манометру 31. В результате рабочий агент 19 из канала 27 поступает в рабочую полость 4 корпуса 1 и по гидравлическим каналам 18 и увеличивает объем рабочего агента 19 во внутреннем канале 4 корпуса 1 и упруго деформирует герметизирующий элемент 20, который охватывает трубу 5, муфту 6 или ведущую трубу, перекрывая возможность перелива раствора через заявляемое устройство ввиду отсутствия зазора между трубой 5, муфтой 6 или ведущей трубой и герметизирующим элементом 20. Таким образом, достигается первоначальная герметизация устья скважины, после чего подачу рабочего агента останавливают, давление во внутренней полости 4 корпуса 1 начнет возрастать на величину давления флюида, находящегося в скважине. Таким образом, усилие обжима в контакте сменного уплотнителя 20 с трубой 5 будет автоматически, без участия обслуживающего персонала и ручного регулирования баланса давлений, одновременно изменяться пропорционально величине изменения давления в скважине, чем достигается по сравнению с прототипом как повышение надежности работы заявляемого устройства, так и снижение трудоемкости его эксплуатации.The sealing of the wellhead in the event of an increase in pressure and overflow of the solution is carried out by supplying the working agent 19 with a high-pressure pump through the channel 27 with pressure control on the pressure gauge 31. As a result, the working agent 19 from the channel 27 enters the working cavity 4 of the housing 1 and through the hydraulic channels 18 and increases the volume of the working agent 19 in the internal channel 4 of the body 1 and elastically deforms the sealing element 20, which covers the pipe 5, the coupling 6 or the leading pipe, blocking the possibility of overflowing the solution through the inventive device due to the absence of a gap between the pipe 5, the coupling 6 or the leading pipe and the sealing element 20. Thus, the initial sealing of the wellhead is achieved, after which the supply of the working agent is stopped, the pressure in the internal cavity 4 of the housing 1 will begin to increase by the pressure of the fluid in the well. Thus, the crimping force in contact with the replaceable seal 20 with the pipe 5 will automatically, without the participation of maintenance personnel and manual control of the pressure balance, simultaneously change in proportion to the magnitude of the change in pressure in the well, which is achieved in comparison with the prototype as an increase in the reliability of the proposed device, and reducing the complexity of its operation.

При спуско-подъемных операциях, связанных с проталкиванием и пропуске муфт 6 через герметизирующий элемент 20 под давлением в линию подачи высокого давления подключают гидравлический аккумулятор. Так, при спуске или подъеме колонны труб 5 при давлении на устье замковое соединение 6, будучи по диаметру больше диаметра труб 5, при проходе через заявляемое устройство воздействует на герметизирующий элемент 20, увеличивая его внутренний диаметр и уменьшая объем рабочей гидравлической камеры 4. При этом рабочий агент 19 будет вытесняется из корпуса 1 через канал 27 в полость гидравлического аккумулятора, настроенного на требуемое давление. Тем самым обеспечивается уменьшение износа сменного уплотнителя 20, что повышает его долговечность и увеличивает надежность работы заявляемого устройства. После прохода замкового соединения 6 процесс восстановления давления в рабочей гидравлической камере 4 автоматически повторяется в обратном порядке.During tripping operations associated with pushing and passing the couplings 6 through the sealing element 20 under pressure, a hydraulic accumulator is connected to the high pressure supply line. So, when lowering or raising a string of pipes 5 at a pressure on the wellhead, the locking joint 6, being larger in diameter than the diameter of the pipes 5, when passing through the inventive device acts on the sealing element 20, increasing its inner diameter and reducing the volume of the working hydraulic chamber 4. At the same time the working agent 19 will be forced out of the housing 1 through the channel 27 into the cavity of the hydraulic accumulator set to the required pressure. This reduces the wear of the replaceable seal 20, which increases its durability and increases the reliability of the proposed device. After the passage of the locking connection 6, the process of restoring pressure in the working hydraulic chamber 4 is automatically repeated in reverse order.

После герметизации устья скважины осуществляют технологические работы в ее стволе с перемещением колонны труб на ведущей трубе, промывку скважины и при необходимости вращение ведущей трубы, которая, будучи обжата герметизирующим элементом 20, увлекает его за собой во вращение. А поскольку герметизирующий элемент 20 связан втулками ротора 21, а они в свою очередь установлены между подвижными опорами 9 через упорные подшипники 16, также начинает вращаться. Благодаря тому, что радиальные подшипники 13 и упорные подшипники 16 отделены от воздействия внешней среды, а именно атмосферы сверху и скважинных флюидов снизу уплотнительными элементами 20, 14, 25, 26 и находятся в полости 4 корпуса 1, заполненной рабочим агентом, в качестве которого, как правило, используются машинные или гидравлические масла, они будут постоянно смазываться и охлаждаться, не подвергаясь по сравнению с прототипом воздействию скважинных флюидов и абразивному износу. Тем самым исключается повышенный износ упорных подшипников 16 и возможность их заклинки при работе, чем предотвращается преждевременный износ и разрушение герметизирующего элемента 20 при работе и повышается надежность работы заявляемого устройства. Кроме этого, значительно увеличивается срок эксплуатации уплотнительных колец 14 и радиальных подшипников 13, работающих в смазке под давлением. При этом рабочий агент не будет смешиваться со скважинным флюидом, так как давление в полости 4 корпуса 1 всегда будет всегда выше давления скважинного флюида в скважине на величину давления, при которой происходит начальная упругая деформация герметизирующего элемента 20, требуемая для охватывания трубы 5, муфты 6 или квадрата из ненагруженного свободного состояния герметизирующего элемента 20 при атмосферном давлении, имеющего в этот момент полнопроходное центральное отверстие, равное проходному диаметру в крышках 7 герметизатора, чем предотвращается загрязнение рабочего агента твердой фазой скважинных флюидов.After sealing the wellhead, technological work is carried out in its wellbore with the movement of the pipe string on the leading pipe, well flushing and, if necessary, rotation of the leading pipe, which, being compressed by the sealing element 20, drags it along into rotation. And since the sealing element 20 is connected by the rotor bushings 21, and they, in turn, are installed between the movable supports 9 through the thrust bearings 16, it also starts to rotate. Due to the fact that the radial bearings 13 and thrust bearings 16 are separated from the external environment, namely the atmosphere from above and the well fluids from below by the sealing elements 20, 14, 25, 26 and are located in the cavity 4 of the housing 1, filled with a working agent, which, as a rule, machine or hydraulic oils are used, they will be constantly lubricated and cooled, without being exposed to borehole fluids and abrasive wear compared to the prototype. This eliminates the increased wear of thrust bearings 16 and the possibility of their jamming during operation, which prevents premature wear and destruction of the sealing element 20 during operation and increases the reliability of the proposed device. In addition, the service life of sealing rings 14 and radial bearings 13, operating in pressure lubrication, is significantly increased. In this case, the working agent will not mix with the well fluid, since the pressure in the cavity 4 of the housing 1 will always be higher than the pressure of the well fluid in the well by the pressure value at which the initial elastic deformation of the sealing element 20 occurs, which is required to cover the pipe 5, the coupling 6 or a square from the unloaded free state of the sealing element 20 at atmospheric pressure, which at this moment has a full bore central hole equal to the bore diameter in the covers 7 of the sealer, which prevents contamination of the working agent with the solid phase of well fluids.

При чрезмерно малом давлении на устье скважины возможна ситуация, когда этого давления будет недостаточно для надежного обжима трубы 5 герметизирующим элементом 20 и в контакте между ними могут появиться зазоры, через которые возможен переток скважинного флюида. В этом случае производят подкачку рабочего агента 19 до получения плотного контакта герметизирующего элемента 20 с трубой 5 и увеличения усилия обжима трубы 5 герметизирующим элементом 20, что исключит возможность перетока скважинного флюида.With an excessively low pressure at the wellhead, a situation is possible when this pressure is not enough to reliably crimp the pipe 5 with the sealing element 20, and gaps may appear in the contact between them, through which the well fluid can flow. In this case, the working agent 19 is pumped until tight contact between the sealing element 20 and the pipe 5 is obtained and the compression force of the pipe 5 by the sealing element 20 is increased, which excludes the possibility of the well fluid overflow.

При эксплуатации герметизаторов на скважинах со значительным, более 2 мм несовпадении оси вращения колонны 12 вращаемых труб 5 и оси устьевого фланца скважины, в том числе с осью смонтированного на нем устьевого, противовыбросового и другого технологического оборудования данная несоосность вызывает возникновение больших радиальных нагрузок как на герметизирующий элемент, так и на подшипниковые узлы во время их работы, что значительно сокращает ресурс их работы. С целью повышения срока службы узлов заявляемого герметизатора влияние несоосности минимизировано за счет конструкции герметизатора. Герметизирующий элемент 20, корпус ротора 17, крышки ротора 21, радиальные подшипники 13 и уплотнительные кольца 14 вращаются в подвижных опорах 9. Подвижные опоры 9 при вращении колонны труб 5 не могут вращаться вместе с колонной труб 5, а могут только смещаться в радиальном направлении во внутренней полости 4 корпуса 1, то есть «плавать» в горизонтальной плоскости, так как они зафиксированы от поворота вокруг своей оси за счет взаимодействия своими направляющими шпоночными пазами 10 со штифтами 11, установленными на контактной поверхности запирающих крышек 7. Таким образом исключаются повышенные радиальные нагрузки и повышенный износ герметизирующего элемента 20, а также радиальных подшипников 13.During the operation of sealers in wells with a significant, more than 2 mm, mismatch between the axis of rotation of the string 12 of the rotated pipes 5 and the axis of the wellhead flange of the well, including with the axis of the wellhead, blowout and other technological equipment mounted on it, this misalignment causes the occurrence of large radial loads both on the sealing element, and on bearing units during their operation, which significantly reduces their service life. In order to increase the service life of the components of the proposed sealer, the effect of misalignment is minimized due to the design of the sealer. The sealing element 20, the rotor housing 17, the rotor covers 21, the radial bearings 13 and the sealing rings 14 rotate in the movable supports 9. The movable supports 9 cannot rotate together with the pipe string 5 during the rotation of the pipe string 5, but can only be displaced in the radial direction in the internal cavity 4 of the body 1, that is, "float" in a horizontal plane, since they are fixed from rotation around their axis due to the interaction of their guide keyways 10 with the pins 11 installed on the contact surface of the locking covers 7. Thus, increased radial loads are excluded and increased wear of the sealing element 20, as well as radial bearings 13.

После проведения работ в скважине давление в рабочей гидравлической камере 4 сбрасывается путем сброса давления в бак насоса высокого давления до нуля, показания контролируются по манометру 31. При этом герметизирующий элемент 20 благодаря упругим свойствам материала возвращается в исходное положение, открывая центральный сквозной канал 8 корпуса 1 для пропуска труб 5, муфт 6 и технологического оборудования.After carrying out work in the well, the pressure in the working hydraulic chamber 4 is relieved by depressurizing the high-pressure pump tank to zero, the readings are monitored by the pressure gauge 31. In this case, the sealing element 20, due to the elastic properties of the material, returns to its original position, opening the central through channel 8 of the housing 1 for passing pipes 5, couplings 6 and technological equipment.

Claims (2)

1. Герметизатор устьевой роторный, содержащий полый цилиндрический корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием, оснащенный нижним и верхним фланцами для крепления к оборудованию на устье скважины и для крепления технологического оборудования соответственно, запирающие крышки с центральным отверстием для центрирования колонны спускаемых или поднимаемых труб, установленные в полый цилиндрический корпус сверху и снизу, ротор, содержащий корпус ротора, установленный в полый цилиндрический корпус герметизатора, внутри которого установлена уплотнительная манжета и элементы ее соединения с корпусом ротора, при этом ротор оснащен одной опорой вращения в виде подшипника качения, рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости между корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом, устройство управления усилием поджатия уплотнительной манжеты к трубе, гидравлически связанное с рабочей гидравлической камерой, и гидравлические каналы, отличающийся тем, что он снабжен подвижной опорой, установленной между опорой вращения и запирающей крышкой со стороны верхнего фланца, выполненной в виде металлической или композитной шайбы, содержащей по меньшей мере одну уплотнительную канавку для установки уплотнительного кольца и конструктивный элемент в виде фигурного паза, или фигурного выступа, или отверстия, или штифта для взаимодействия с ответным конструктивным элементом в виде фигурного выступа, или фигурного паза, или штифта, или отверстия, соответственно, выполненного в запирающей крышке и ограничивающего подвижную опору от поворота вокруг центральной оси ротора, но не препятствующего свободному перемещению подвижной опоры в плоскости, перпендикулярной центральной оси ротора при их взаимодействии.1. Wellhead rotary shelter, containing a hollow cylindrical body with a central through channel for passing pipes with process equipment, equipped with lower and upper flanges for fastening to equipment at the wellhead and for fastening process equipment, respectively, locking covers with a central hole for centering the run or lifted pipes installed in a hollow cylindrical housing from above and below, a rotor containing a rotor housing installed in a hollow cylindrical housing of the shelter, inside which a sealing collar and elements of its connection with the rotor housing are installed, while the rotor is equipped with one rotation support in the form of a rolling bearing, a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity between the body and the sealing element, filled with a working agent, a device for controlling the force of pressing the sealing collar to the pipe, hydraulically connected to the working hydraulic chamber, and hydraulic channels, characterized in that it is equipped with a movable support installed between the rotation support and a locking cover on the side of the upper flange, made in the form of a metal or composite washer, containing at least one sealing groove for installing a sealing ring and a structural element in the form of a shaped groove, or a shaped protrusion, or a hole, or a pin for interacting with a counter structural element in the form of a shaped protrusion, or a shaped groove, or a pin, or a hole, respectively, made in the locking cover and restricting the movable support from turning around the central axis of the rotor, but not preventing the free movement of the movable support in a plane perpendicular to the central axis of the rotor during their interaction. 2. Герметизатор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной опорой вращения и дополнительной подвижной опорой, взаимодействующей с запирающей крышкой со стороны нижнего фланца.2. The shelter according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional rotation support and an additional movable support that interacts with the locking cover from the side of the lower flange.
RU2022134117A 2022-12-23 Wellhead rotary stripper RU2798532C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798532C1 true RU2798532C1 (en) 2023-06-23

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4448255A (en) * 1982-08-17 1984-05-15 Shaffer Donald U Rotary blowout preventer
RU2068488C1 (en) * 1992-10-06 1996-10-27 Украинский научно-исследовательский институт природных газов Wellhead sealing head
RU37762U1 (en) * 2004-01-08 2004-05-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина PREVENTOR
US6749172B2 (en) * 2000-12-12 2004-06-15 Precision Drilling Technology Services Group, Inc. Rotating blowout preventer with independent cooling circuits and thrust bearing
RU2274728C1 (en) * 2004-11-18 2006-04-20 Сибирское научно-производственное предприятие бурового машиностроения (ЗАО НПП "СибБурМаш") Well head sealing device
RU68581U1 (en) * 2007-06-28 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научный конструкторский центр "Сибнефтегазпроект" HOUSING ROTARY SEALER
RU2684261C1 (en) * 2018-07-24 2019-04-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "СибБурМаш" Wellhead rotary sealer

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4448255A (en) * 1982-08-17 1984-05-15 Shaffer Donald U Rotary blowout preventer
RU2068488C1 (en) * 1992-10-06 1996-10-27 Украинский научно-исследовательский институт природных газов Wellhead sealing head
US6749172B2 (en) * 2000-12-12 2004-06-15 Precision Drilling Technology Services Group, Inc. Rotating blowout preventer with independent cooling circuits and thrust bearing
RU37762U1 (en) * 2004-01-08 2004-05-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина PREVENTOR
RU2274728C1 (en) * 2004-11-18 2006-04-20 Сибирское научно-производственное предприятие бурового машиностроения (ЗАО НПП "СибБурМаш") Well head sealing device
RU68581U1 (en) * 2007-06-28 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научный конструкторский центр "Сибнефтегазпроект" HOUSING ROTARY SEALER
RU2684261C1 (en) * 2018-07-24 2019-04-04 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "СибБурМаш" Wellhead rotary sealer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5251869A (en) Rotary blowout preventer
US7874369B2 (en) Progressive cavity pump (PCP) drive head stuffing box with split seal
US6354385B1 (en) Rotary drilling head assembly
RU2369721C2 (en) Adapter of blowout preventer stuffing box
US7080685B2 (en) High pressure rotating drilling head assembly with hydraulically removable packer
USRE38249E1 (en) Rotating blowout preventer and method
EP2622173B1 (en) Rotating control device
US9284811B2 (en) Universal rotating flow head having a modular lubricated bearing pack
US5325925A (en) Sealing method and apparatus for wellheads
US4354698A (en) Swivel joint construction for pressure containing conduit
US6487960B1 (en) Hydraulic failsafe valve actuator
MX2013010863A (en) Sealing assembly.
GB2481910A (en) Subsea locking connector
RU2798532C1 (en) Wellhead rotary stripper
RU2347060C1 (en) Estuarine rotary sealer
US20130233556A1 (en) Rotating flow control diverter
US4476944A (en) Method of providing a fluid seal in downhole drilling apparatus
RU2527054C1 (en) Spherical circular rotary preventer
RU2274728C1 (en) Well head sealing device
RU29959U1 (en) PREVENTOR
EP0727007B1 (en) Pressurized sheave mechanism for high pressure wireline service
WO2006014166A2 (en) Linear drive assembly with rotary union for wellheads
RU2270325C1 (en) Well head sealing device
CN101238269A (en) Rod lock for ram blowout preventer
US11549327B2 (en) Blowout preventer and method