RU46295U1

RU46295U1 - SEALANT SEALER

Info

Publication number: RU46295U1
Application number: RU2004136712/22U
Authority: RU
Inventors: И.А. Уколов; Б.Ю. Хайруллин; О.Л. Витязев
Original assignee: Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "СибБурМаш" (ЗАО НПП "СибБурМаш")
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2005-06-27

Abstract

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к оборудованию для герметизации устья при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной труб, а также вращением и расхаживанием бурильной колонны с одновременной герметизацией устья при наличии устьевого давления. Герметизатор устьевой включает корпус 1 с центральным сквозным каналом для пропуска труб 2 с техническим оборудованием, эластичный герметизирующий элемент 13, рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости 14 между корпусом 1 и герметизирующим элементом 13. Герметизирующий элемент 13 выполнен из двух цилиндрических элементов 15 и 16, расположенных соосно, причем внутренний элемент 16 является сменным. Источник гидравлического питания выполнен в виде гидроцилиндра 20 с ручным винтовым приводом 22. Штоковая полость 25 гидроцилиндра 20 соединена герметизирующим каналом 26 с устьем скважины. Для ограничения давления при протаскивании муфт герметизатор устьевой снабжен гидроцилиндром 30 с подпружиненным поршнем 31, разделяющим полость гидроцилиндра 30 на две полости. Полость 33 гидроцилиндра 30 с пружиной 32 соединена гидравлическим каналом 34 и сквозным отверстием 35 с устьем скважины, а другая полость гидравлическим каналом 29 соединена с кольцевой полостью 14. Герметизатор устьевой имеет компактную малогабаритную конструкцию, Он обеспечивает легкость герметизации из-за малого коэффициента деформации герметизирующих элементов, низкие эксплуатационные расходы из-за отсутствия посторонних источников энергии и за счет простоты и дешевизны сменного рабочего герметизирующего элемента.The invention relates to the oil industry, in particular, to equipment for sealing the mouth during operations associated with the implementation of hoisting operations with a string of pipes, as well as the rotation and pacing of the drill string while sealing the mouth in the presence of wellhead pressure. The wellhead sealant includes a housing 1 with a central through channel for passing pipes 2 with technical equipment, an elastic sealing element 13, a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity 14 between the housing 1 and the sealing element 13. The sealing element 13 is made of two cylindrical elements 15 and 16, arranged coaxially, with the inner element 16 is removable. The hydraulic power source is made in the form of a hydraulic cylinder 20 with a manual screw drive 22. The rod cavity 25 of the hydraulic cylinder 20 is connected by a sealing channel 26 to the wellhead. To limit the pressure when pulling the couplings, the wellhead sealant is equipped with a hydraulic cylinder 30 with a spring-loaded piston 31 dividing the cavity of the hydraulic cylinder 30 into two cavities. The cavity 33 of the hydraulic cylinder 30 with the spring 32 is connected by a hydraulic channel 34 and the through hole 35 to the wellhead, and the other cavity by a hydraulic channel 29 is connected to the annular cavity 14. The wellhead sealant has a compact small-sized design. It provides ease of sealing due to the small coefficient of deformation of the sealing elements low operating costs due to the absence of extraneous energy sources and due to the simplicity and cheapness of the replaceable working sealing element.

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к оборудованию для герметизации устья при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной труб, а также вращением и расхаживанием бурильной колонны с одновременной герметизацией устья при наличии устьевого давления.The invention relates to the oil industry, in particular, to equipment for sealing the mouth during operations associated with the implementation of hoisting operations with a string of pipes, as well as the rotation and pacing of the drill string while sealing the mouth in the presence of wellhead pressure.

Известен вращающийся универсальный гидравлический превентор (RU №2208126, МКИ⁷ Е 21 В 33/06), включающий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с отверстием, подшипники, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента. В корпусе установлен уплотнительный поршень со ступенчатой наружной поверхностью. В превенторе имеются рабочая и соединенные между собой гидравлическими каналами возвратная и разгрузочная камеры. Превентор управляется от специального пульта управления, запитанного от отдельной гидравлической станции. Устройство позволяет герметизировать устье при бурении, вращении и расхаживании бурильной колонны. Однако при всех положительных качествах превентор обладает существенными недостатками: для работы с данным устройством нужна гидростанция с электроприводом и специальный пульт управления, а значит гидравлические линии трубопроводов, зимой необходим обогрев превентора и пульта. Кроме того, уплотнительный элемент универсальных превенторов при закрывании от максимального прохода превентора до контакта с трубой (особенно малых диаметров) подвергается большой деформации, приводящей к разрушению.Known rotating universal hydraulic preventer (RU No. 2208126, MKI ⁷ E 21 V 33/06), comprising a housing with a cavity and a central hole, a cover with an opening, bearings, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element. A sealing piston with a stepped outer surface is installed in the housing. The preventer has a working and interconnected hydraulic channels return and discharge chambers. The preventer is controlled from a special control panel, powered from a separate hydraulic station. The device allows you to seal the mouth during drilling, rotation and pacing of the drill string. However, with all the positive qualities, the preventer has significant drawbacks: to work with this device, you need a power station with an electric drive and a special control panel, which means hydraulic piping lines, in winter you need to heat the preventer and the panel. In addition, the sealing element of universal preventers, when closing from the maximum passage of the preventer to contact with the pipe (especially small diameters), undergoes large deformation, leading to destruction.

Известная герметизирующая головка (RU №2068488 МКИ⁶ Е 21 В 33/06) включает корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с технологическим оборудованием; эластичный герметизирующий элемент, установленный в корпусе с возможностью принудительного осевого натяжения и вращения с опорами посредством упорного шарикового подшипника; рабочую гидравлическую камеру, образованную нижней кольцевой полостью между корпусом и герметизирующим элементом; камеру регулировки поджатия герметизирующего элемента (возврата) с поршнем.Known sealing head (RU No. 2068488 MKI ⁶ E 21 V 33/06) includes a housing with a central through channel for passing pipes with process equipment; an elastic sealing element mounted in the housing with the possibility of axial tension and rotation with bearings by means of a thrust ball bearing; a working hydraulic chamber formed by a lower annular cavity between the housing and the sealing element; chamber for adjusting the preload of the sealing element (return) with the piston.

К существенным недостаткам известного устройства относится повышенная трудоемкость эксплуатации. Это объясняется тем, что для работы устройства необходимо использовать дополнительное оборудование (насосную установку или пневмогидроаккумулятор). Для замены изношенного герметизирующего элемента необходим полный демонтаж устройства с устья и слив рабочего агента из обеих камер, а также требуется повышенная упругость рабочего агента при пропуске муфт. Кроме того, устройство обладает низкой надежностью в работе, так как при большой разнице в диаметрах трубы и муфты герметизирующий элемент будет испытывать большие нагрузки и деформации, что приводит к его интенсивному износу.Significant disadvantages of the known device include the increased complexity of operation. This is due to the fact that for the operation of the device it is necessary to use additional equipment (pumping unit or pneumatic accumulator). To replace a worn sealing element, it is necessary to completely dismantle the device from the mouth and drain the working agent from both chambers, as well as increased elasticity of the working agent when passing couplings. In addition, the device has low reliability, since with a large difference in the diameters of the pipe and the coupling, the sealing element will experience large loads and deformations, which leads to intensive wear.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание надежного устройства для герметизации устья при проведении капитального ремонта скважин без ее глушения, а также при проведении работ, связанных с выполнением спуско-подъемных операций с колонной труб при наличии устьевого давления.The technical task of the invention is the creation of a reliable device for sealing the wellhead during the overhaul of wells without killing it, as well as during work related to hoisting operations with a pipe string in the presence of wellhead pressure.

Для обеспечения этих результатов заявляемый герметизатор устьевой, включающий:To ensure these results, the inventive wellhead sealant, including:

- корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с техническим оборудованием,- a housing with a central through channel for passing pipes with technical equipment,

- эластичный герметизирующий элемент,- elastic sealing element,

- рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости между- a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity between

корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом,housing and sealing element filled with a working agent,

СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮACCORDING TO THE INVENTION

- он дополнительно снабжен ограничителем давления при проталкивании муфт, выполненным в виде гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, разделяющим гидроцилиндр на две полости, причем полость гидроцилиндра с пружиной соединена с устьем скважины, а другая полость связана гидравлическим каналом с кольцевой полостью;- it is additionally equipped with a pressure limiter when pushing the couplings, made in the form of a hydraulic cylinder with a spring-loaded piston dividing the hydraulic cylinder into two cavities, the cavity of the hydraulic cylinder with a spring connected to the wellhead, and the other cavity connected by a hydraulic channel to the annular cavity;

- источник гидравлического питания выполнен в виде гидроцилиндра с ручным приводом, штоковая полость которого соединена с устьем скважины;- the hydraulic power source is made in the form of a hydraulic cylinder with a manual drive, the rod cavity of which is connected to the wellhead;

- а герметизирующий элемент выполнен из двух цилиндрических элементов, расположенных соосно, причем внутренний элемент является сменным.- and the sealing element is made of two cylindrical elements arranged coaxially, the inner element being replaceable.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.,1 изображен общий вид герметизатора устьевого, на фиг.2 показано положение загерметизированной трубы, на фиг.3 - положение пропуска муфты.The invention is illustrated in the drawing, where in Fig., 1 shows a General view of the wellhead sealant, Fig.2 shows the position of the sealed pipe, Fig.3 - the position of the passage of the coupling.

Герметизатор представляет собой двухфланцевый корпус 1, с центральным сквозным каналом для пропуска труб 2 с муфтой 3. Внутри корпуса 1 на подшипниках 4, воспринимающих радиальную и осевую нагрузку, установлен ствол 5. От выталкивания устьевым давлением ствол 5 удерживается гайкой 6, герметизация которой с корпусом 1 осуществляется уплотнительным кольцом 7. Верхняя часть ствола 5 уплотнена с гайкой 6 манжетами 8 и 9, а нижняя часть ствола 5 уплотнена с корпусом 1 манжетами 10 и 11. Ствол 5 в средней части имеет гидравлические каналы 12, соединяющие внутреннюю и наружную поверхности. Во внутреннюю часть ствола 5 вставлен герметизирующий элемент 13, образующий с ним кольцевую полость 14. Герметизирующий элемент 13 состоит из 2-х цилиндрических элементов 15 и 16, расположенных соосно. Внутренний элемент 16 является сменным и ограничен верхней арматурой 17, ввинченной в верхнюю часть ствола 5, и нижней арматурой 18, упирающейся в заплечико 19 нижней части ствола 5. При работе сменный внутренний элемент 16 и арматуры 17 и18 соединяют в один блок.The sealant is a two-flange housing 1, with a central through channel for passing pipes 2 with a sleeve 3. Inside the housing 1, the bearings 5 are mounted on bearings 4, which absorb the radial and axial loads. The barrel 5 is kept from the wellhead pressure by a nut 6, which is sealed to the housing 1 is carried out by a sealing ring 7. The upper part of the barrel 5 is sealed with a nut 6 of the cuffs 8 and 9, and the lower part of the barrel 5 is sealed with the housing 1 of the cuffs 10 and 11. The barrel 5 in the middle part has hydraulic channels 12 connecting the inside rennyuyu and outer surfaces. A sealing element 13 is inserted into the inner part of the barrel 5, forming an annular cavity 14 with it. The sealing element 13 consists of 2 cylindrical elements 15 and 16, arranged coaxially. The inner element 16 is removable and is limited by the upper reinforcement 17 screwed into the upper part of the barrel 5 and the lower reinforcement 18 abutting against the shoulder 19 of the lower part of the barrel 5. During operation, the replaceable inner element 16 and the reinforcement 17 and 18 are connected into one block.

Узел регулирования величины поджатия герметизирующего элемента 13 к трубе 2 выполнен в виде гидроцилиндра 20 с поршнем 21 и штоком 22, оснащенным механизмом перемещения в виде винтового привода 23. На наружном конце штока 22 установлен штурвал. Поршень 21 и гладкая часть штока 22 уплотнены кольцами. Против гидроцилиндра 20 в корпусе 1 выполнен гидравлический канал 24, соединяющий поршневую полость гидроцилиндра 20 с кольцевой полостью 14 через гидравлический канал 12. Штоковая полость 25 гидроцилиндра 20 соединена гидравлическим каналом 26 с устьем скважины 27 сквозным отверстием 28, выполненным в нижнем фланце корпуса 1.The control unit of the magnitude of the preload of the sealing element 13 to the pipe 2 is made in the form of a hydraulic cylinder 20 with a piston 21 and a rod 22, equipped with a movement mechanism in the form of a screw drive 23. A helm is installed on the outer end of the rod 22. The piston 21 and the smooth portion of the stem 22 are sealed with rings. A hydraulic channel 24 is made against the hydraulic cylinder 20 in the housing 1, connecting the piston cavity of the hydraulic cylinder 20 with the annular cavity 14 through the hydraulic channel 12. The rod cavity 25 of the hydraulic cylinder 20 is connected by the hydraulic channel 26 to the wellhead 27 through a hole 28 made in the lower flange of the housing 1.

К корпусу 1 против гидравлического канала 29 герметично прикреплен гидроцилиндр 30, в котором расположен свободный поршень-разделитель 31, поджатый пружиной 32. Полость 33 гидроцилиндра 30, в которой расположена пружина 32, гидравлическим каналом 34 и сквозным отверстием 35, выполненным в нижнем фланце корпуса 1, соединена с устьем скважины 27.A hydraulic cylinder 30 is tightly attached to the housing 1 against the hydraulic channel 29, in which a free piston-separator 31 is located, preloaded by the spring 32. The cavity 33 of the hydraulic cylinder 30, in which the spring 32 is located, has a hydraulic channel 34 and a through hole 35 made in the lower flange of the housing 1 connected to the wellhead 27.

Устройство работает следующим образом. Корпус 1 без сменного внутреннего элемента 16 герметизатора 13 устанавливают на устье скважины 27, закрепляют. Производят спуск снаряда (долото, скребок, насос и т.д.) в скважину 27. Затем в ствол 5 устанавливают сменный внутренний элемент 16 в сборе. Его выбирают так, чтобы его внутренний диаметр был на 2-3 мм больше диаметра муфты. В этом случае спуск идет без износа элемента.The device operates as follows. The housing 1 without a removable inner element 16 of the seal 13 is installed on the wellhead 27, is fixed. The projectile is lowered (chisel, scraper, pump, etc.) into the well 27. Then, a replaceable inner member 16 is assembled in the barrel 5. It is chosen so that its internal diameter is 2-3 mm larger than the diameter of the coupling. In this case, the descent is without wear of the element.

Для герметизации устья скважины 27 вращением штока 22 поршень 21 перемещают вправо, выдавливая из гидроцилиндра 20 жидкость в кольцевую полость 14, заставляя герметизирующий элемент 13 деформироваться внутрь, плотно облегая вставленную трубу 2. При герметизации трубы 2 в кольцевой полости 14 создается давление Р_г, определяемое конструктивными характеристиками герметизирующего элемента 13, а именно: жесткостью материала элементов, толщиной стенок, диаметром и т.д. При наличии устьевого давления в поршневой полости гидроцилиндра 20 установится давление: Р=Р_г+Р_устья, где Рм - давление герметизации, Р_устья - устьевое давление.To seal the wellhead 27 by rotating the rod 22, the piston 21 is moved to the right, squeezing fluid from the hydraulic cylinder 20 into the annular cavity 14, forcing the sealing element 13 to deform inward, tightly fitting the inserted pipe 2. When sealing the pipe 2 in the annular cavity 14, a pressure P _{g is created} , which is determined structural characteristics of the sealing element 13, namely: the rigidity of the material of the elements, the wall thickness, diameter, etc. If there is wellhead pressure in the piston cavity of the hydraulic cylinder 20, the pressure will be established: P = P _g + P of the _mouth , where Pm is the sealing pressure, P of the _mouth is the wellhead pressure.

При больших давлениях выталкивающее усилие на поршень 21 станет настолько большим, что вращать штурвал будет невозможно. Поэтому для уменьшения нагрузки на винтовой привод 23 штока 22, а значит уменьшения момента вращения штурвала, в штоковую полость 25 через гидравлический канал 26 подается устьевое давление, компенсирующее выталкивающее усилие, действующее на поршень 21. Таким образом, даже при больших устьевых давлениях вращение штурвала будет приемлемым.At high pressures, the buoyancy force on the piston 21 will become so large that it will be impossible to rotate the helm. Therefore, to reduce the load on the screw drive 23 of the rod 22, and therefore reduce the moment of rotation of the steering wheel, wellhead pressure is supplied to the rod cavity 25 through the hydraulic channel 26 to compensate for the buoyant force acting on the piston 21. Thus, even with large wellhead pressures, the steering wheel will rotate acceptable.

При протаскивании муфты 3 в кольцевой полости 14 будет возрастать давление за счет раздвигания цилиндрических элементов 15 и 16 муфтой 3. И если рост давления не будет ограничен, произойдет их разрушение. Для ограничения давления к корпусу 1 прикреплен гидроцилиндр 30 со свободным поршнем 31, поджатым пружиной 32. Причем пружина рассчитана так, что при герметизации трубы 2 давлением Р_г, поршень 31 не двигается и не сжимает пружину 32. Практически пружина 32 должна быть рассчитана на усилие, возникающее при давлении (МПа)When pulling the sleeve 3 in the annular cavity 14, the pressure will increase due to the expansion of the cylindrical elements 15 and 16 by the sleeve 3. And if the pressure increase is not limited, they will be destroyed. To limit the pressure, a hydraulic cylinder 30 is attached to the housing 1 with a free piston 31, preloaded by a spring 32. Moreover, the spring is designed so that when the pipe 2 is sealed with pressure P _g , the piston 31 does not move and does not compress the spring 32. In practice, the spring 32 should be designed for force occurring at pressure (MPa)

Р_м=Р_г+1,5P _m = P _g +1.5

где Р_м - давление при пропуске муфты, Р_г- давление герметизации трубы, 1,5 МПа - необходимый запас по давлению, учитывающий разброс характеристик герметизирующих элементов.where R _m is the pressure when the coupling is missing, R _g is the pipe sealing pressure, 1.5 MPa is the required pressure margin, taking into account the variation in the characteristics of the sealing elements.

Таким образом, при протаскивании муфты 3 при достижении в кольцевой полости 14 давления Р_м рабочая жидкость выдавливается в гидроцилиндр 30, поршень 31 отодвигается вправо, сжимая пружину 32. Подача устьевого давления в штоковую полость 25 гидроцилиндра 20 через гидравлический канал 26, сквозное отверстие 28 и полость 33 гидроцилиндра 30 через гидравлический канал 34 и сквозное отверстие 35 компенсирует влияние устьевого давления, так как элементы 15 и 16 герметизирующего элемента 13 являются мембранами, передающими устьевое давление в кольцевую полость 14 и через каналы 12, 26, 29 на поршни 21 и 31.Thus, when the coupling 3 is pulled when the pressure P _{m is} reached in the annular cavity 14, the working fluid is squeezed out into the hydraulic cylinder 30, the piston 31 moves to the right, compressing the spring 32. The wellhead pressure is supplied to the rod cavity 25 of the hydraulic cylinder 20 through the hydraulic channel 26, the through hole 28 and the cavity 33 of the hydraulic cylinder 30 through the hydraulic channel 34 and the through hole 35 compensates for the effect of wellhead pressure, since the elements 15 and 16 of the sealing element 13 are membranes that transmit wellhead pressure to the annular polo It is through the channels 14 and 12, 26, 29 to the pistons 21 and 31.

Предлагаемый герметизатор устьевой имеет компактную малогабаритную конструкцию, Он обеспечивает легкость герметизации из-за малого коэффициента деформации герметизирующих элементов, низкие эксплуатационные расходы из-за отсутствия посторонних источников энергии и за счет простоты и дешевизны сменного рабочего герметизирующего элемента.The proposed wellhead sealant has a compact small-sized design. It provides ease of sealing due to the low coefficient of deformation of the sealing elements, low operating costs due to the absence of extraneous energy sources and due to the simplicity and cheapness of the replaceable working sealing element.

Claims

Wellhead sealant, comprising a housing with a central through channel for passing pipes with technical equipment, an elastic sealing element, a working hydraulic chamber in the form of an annular cavity between the housing and the sealing element, filled with a working agent, characterized in that it is additionally equipped with a pressure limiter when pushing the couplings, made in the form of a hydraulic cylinder with a spring-loaded piston dividing the hydraulic cylinder into two cavities, the cavity of the hydraulic cylinder with a spring connected to the mouth wells, and the other cavity is connected by a hydraulic channel to the annular cavity; the hydraulic power source is made in the form of a hydraulic cylinder with a manual drive, the rod cavity of which is connected to the wellhead, and the sealing element is made of two cylindrical elements arranged coaxially, the internal element being replaceable.