Устройство для герметизации устья скважины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ 09) 33 06 1)4 Е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 21)22 03 п ССС 969 ополнительным язанным с чатым венцом с элек той сцепления, связ ным элементом, при кожух установлен с щения или стопорения маги ой с ои и онтакттом основнои озможностью полнительв пр".цесном кожухе соответс се спускоподъемных рения. но пераций и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт добыче и переработке сероводород- содержащих газов(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ, содержащее основной кожух с зубчатым венцом наего внутренней поверхности, установленный в основном кожухе с возможностью вращения, корпус с кольцевымвыступом и соплами, ступенчатые уплотнительные плашки, герметизирующие бурильную колонну и выступ корпуса, механизм привода плашек, выполненный в виде самоцентрирующегостокарного патрона, связанный с корпусом контактный элемент, взаимодействующий с бурильной колонной,кинематически связанную с венцомэлектромагнитную реверсивную муфту,датчики контроля. изменения диаметрабурильной колонны и ограничения ходаплашек, связанные с электрическойчастью электромагнитной реверсивноймуфтой, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности герметизации устья скважиныв процессе спускоподъемных операцийпутем предотвращения износа уплотнительных пк".шек, оно снабжено дополнительным кожухом с установленнымна нем электромагнитным стопором,установленным на внутренней поверхности основного кожуха и жесткоИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, вчастности к конструкциям превенторов,предназначенных для герметизацииустья нефтяных и газовых скважинпри бурении.Целью изобретения является повы 1шение надежности герметизации устьяскважины в процессе спускоподъемныхопераций путем предотвращения износа уплотнительных плашек,На фиг.1 изображено устройстводля герметизации устья скважины;на фиг.2 - вид А на фиг,1; на фиг.3сечение Б-Б на фиг.2; на фиг,4 "сечение .В-В на фиг.1 (электромагнитный стопор); на фиг.5 - схема управления механизмом перемещенияплашек.Устройство состоит из корпуса 1,самоцентрирующегося патрона 2, содержащего ведомую шестерню 3 и ведущую шестерню 4, реечный кулачок5 и разгрузочную втулку 6. На реечный кулачок 5 насажена ступенчатаяплашка 7, футерованная уплотнителем8, В корпусе 1 расположен вал 9, который одним концом вставляется в ведущую шестерню 4, а другим концомвыведен наружу для насадки на негопривода, кинематически связанногос ведомым валом 10, например, электромагнитной реверсивной муфты 11,жестко закрепленной на корпусе 1.Ведущий вал 12 реверсивной муфты 11кинематически связан с зубчатымвенцом 13, жестко закрепленным навнутренней поверхности основногокожуха 14.Корпус 1 вращается внутри основного кожуха 14 на подшипниках 15.Основной кожух 14, в свою очередь,вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17. Гермети зация пространства между корпусом1 и основным кожухом 16 достигается за счет уплотнительных элементов 18,Корпус 1 выполнен с кольцевымвыступом 19 и соплами 20 для охлаждения и омывания уплотнителей 8,Корпус 1 закрыт крышкой 21 с закрепленной на ней опорой 22. На опоре 22 установлен контактный элемент 23, кинематически связанный посредством вала 24, конической шестерни ,25, установленной на валу 24, и промежуточной конической шестерни 26 с35 40 45 50 55 щения основного кожуха 14 при спускебурильной колонны 30 осуществляется в противоположном направлении относительно вращения бурильной колонны 5 1 О 15 20 2530 дополнительным зубчатым венцом 27,установленным на внутренней поверхности крышки 28 основного кожуха 14.Кинематическая Связь контактногоэлемента 23 с зубчатым венцом 27осуществляется, например,через электромагнитную муфту 29 сцепления,установленную на валу 24, Промежуточная коническая шестерня 26 установлена на крышке 21 с возможностьювращения, опора 22 установлена своэможностью вращения относительнооси промежуточной конической шестерни 26,Контактный элемент 23 прижимается к поверхности бурильной колонны30 при помощи пружин 31. Контактныйэлемент.23 может быть выполнен, например, в виде ролика, армированногорезиновым ободом с профилированнойповерхностью, которая обеспечиваетвысокую площадь контакта и высокийкоэффициент трения скольжения с цилиндрической поверхностью бурильнойколонны 30 при ее вращении. Вместес колонной 30 вращается контактныйэлемент 23 вокруг ее оси вместе сопорой 22, на которой он установлен.Так как опора 22 закреплена на крыш"ке 21 корпуса 1, то она вращает корпус 1 вместе с бурильной колонной 30,При спускоподъемных операциях, когда вращение бурильной колонны 30 отсутствует, контактный элемент 23, взаимодействуя с бурильной колонной 30, вращается на валу 24. Вращение контактного элемента 23 за счет кинематических связей вала 24, включенной электромагнитной муфты сцепления 29, конической шестерни 25, промежуточной конической шестерни 26 и дополнительного зубчатого венца 27, установленного на крышке 28 корпуса 1, обеспечивает вращение основного кожуха 14 относительно неподвижных корпуса 1 и дополнительного кожуха 16. Кинематическая связь между контактным элементом 23 и дополнительным зубчатым венцом 27 обеспечивает различные направления вращения основного кожуха 14 при спуске и подъеме бурильной колонны 30, Причем направление вра"30 в процессе бурения, а при подъеме совпадает с направлением вращения бурильной колонны 30 в процессе бурения,Электромагнитный стопор выполнен например, в виде, храпового стопор- ного механизма с электромагнитным приводом, установленного на дополнительном кожухе 16, Он содержит цилиндрический зубчатый венец 32 с круговыми вырезами, жестко закрепленный на внешней цилиндрической поверхности основного кожуха 14. В круговой вырез зубчатого венца.32 вставлен палец 33 с возможностью его периодического вхождения в другие круговые вырезы при вращении цилиндрического зубчатого венца 32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16. Палец 33 связан с якорем 34, установленным с возможностью качения и подпружиненным пружиной 35. Якорь 33 притягивается к сердечнику электромагнита 36 при прохождении тока через его катушку, обеспечивая тем самым стопорение зубчатого венца 32 с основным кожухом 14 относительно дополнительного кожуха 16.Со стороны проходного отверстия разгрузочной втулки 6 корпуса 1 и кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики 37 и 38 контроля изменения диаметра бурильной колонны 30. С внутренней стороны корпуса 1 и с внешней стороны кольцевого выступа 19 соответственно устанавливаются датчики 39 и 40 ограничения хода плашек. Датчики 37-40 управляют электромагнитной реверсивной муфтой 11. Питание электромагнитной реверсивной муфты 11 и электромагнитной муфты 29 сцепления осуществляется через щеточные контакты 41 и 42. Схема управления механизмом перемещения йлашек содержит конечные выключатели ВК 1-ВК 4, работающие как датчики, соответственно 37-40, переключатели ПК 1 и ПК 2 (на чертеже не показан) кнопку управления КУ 1 ("Рабочее положение"), которая шунтирует ВК 2, и кнопку управления КУ 2 ("Открыто"), которая шунтирует ВК 1.Для получения нужного направления вращения ведомого вала 10 электромагнитной реверсивной муфты 11 при неизменном направлении враще ПеРед проведением спуска бурильной колонны 30, когда вращение ееотсутствует, ПК 1 переводится в положение 1. При этом подается напряжение на ПЗ и обесточивается П 4,что соответствует включению электромагнитной муфты 29 сцепления привыключенном электромагнитном стопоре. ПК 2.также переводится в положение 1.При спуске бурильная колонна 30 З 5 взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение.Вращение контактного элемента 23передается посредством вала 24 через включенную муфту сцепления 29 40 конической шестерне 25. Вращениеконической шестерни 25 передается.на промежуточную коническую шестерню 26, которая. посредством кинематической связи с дополнительным .45 зубчатым венцом 27 обеспечиваетвращение крышки 28 с основным кожухом 14, Основной кожух 14 вращаетсявнутри дополнительного кожуха 16на подшипниках 1, при этом корпус 50 1 неподвижен.При нажатии вынесенной кнопки"Рабочее положение" (КУ 1) подаетсянапряжение на П 2, который включаетреверсивную муфту 11 на прямое вра щение ведомого вала 10. Вращениеведущего вала 12 реверсивной муфты11 осуществляется за счет кинематических связей от зубчатого венца5 1 О 15 20 ния ведущего вала 12 включается один из пускателей П 1 или П 2,Включение электромагнитной муфты сцепления 29 обеспечивается включением пускателя ПЗ, а включение электромагнитного стопорного устройства - пускателем П 4. Причем при включении ПЗ выключаетсП 4, что соответствует 1 положению ПК 1, и наоборот, при включении П 4 выключается ПЗ, что соответствует 11 положению ПК 1. Перед проведением спуска бурильной колонны 30 и перед процессом бурения ПК 2 переводится в положение 1, а перед ее подъемом - в положение Т 1.Устройство работает следующим образом.Устройство в комплекте противовыбросового оборудования устанавливают на устье скважины, при этом допопнительный кожух 16 закреплен неподвижно.40 45 50 13. Вращение ведомого вала 10 ревер- сивной муфты 11 передается за счет кинематических связей валу 9, Вращение вала 9 передается на ведущую шестерню 4, которая вращает ведомую шестерню 3 и перемещает реечный кулачок 5 со ступенчатыми плашками 7 и уплотнителями 8, герметизирующими затрубное пространство в месте соприкосновения уплотнителя 8 с кольцевым выступом 19 корпуса 1 и бурильной колонной 30. Одновременно происходит нажатие ВК 4 (датчик 40) который обесточивает П 2, муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК 2 (датчик 38), который посредством П 2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 к буровой. колонне 30, герметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК 4 (датчик 40), который, обесточивая П 2, выключает реверсивную муфту 11, переводя ее в нейтральное положение,Вращением бурильной колонны 30и ее перемещением по мере бурениявниз ПК 1 переводится в положение1, что соответствует выключениюэлектромагнитной муфты 29 сцепленияи включению электромагнитного стопора,При этом обеспечивается стопорение основного кожуха,14 относительно дополнительного кожуха 16, акорпус 1 посредством опоры 22 с установленным на ней контактным элементом 23, взаимодействующим с бурильной колонной 30, вращаетсявместе с бурильной колонной ЗО.Причем направление вращения ведущеговала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое за счет кинематическихсвязей от зубчатого венца 13,совпадает с направлением вращения ведущего вала 12, осуществляемого приспуске бурильной колонны 30, Этообеспечивается тем, что при спускебурильной колонны 30 основной кожух 14 вращается в противоположномнаправлении относительно вращениябурильной колонны 30 в процессе бурения,1 О 15 20 25 30 35 Таким образом, схема управления механизмом перемещения плашек при прохождении замков бурильной колонны 30 в процессе бурения через уплотнительный узел работает так же, как и при спуске бурильной колонны 30, т.е, при прохождении уплотнительного узла замок бурильной колонны 30 нажимает ВК 2 (датчик 38), напряжение подается на П 1, и реверсивная муфта 11 включается на обратное вращение ведомого вала 10, Вращение ведомого вала 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематических связей валу 9 механизма привода плашек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчики 29), при этом обесточивается П 1, реверсивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны нажимает ВК 2 (датчик 38), который посредством П 2 включает реверсивную муфту 11 на прямое вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки .7 с уплотнителями 8 к бурильной колонне 30, герметизируя затрубное пространство, до нажатия ВК 4 (датчик 40), который, обесточивая П 2, выключает муфту 11, переводя ее в нейтральное положение. При необходимости временной разгерметизации затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения, нажимается вынесенная кнопка "Открыто" (КУ 2). При этом подается напряжение на П 2, который включает реверсивную муфту 11 на обратное вращение ведомого вала 10. Механизм привода плашек перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39), после чего реверсивная муфта 11 переходит в нейтральное положение. Дальнейшая герметизация затрубного пространства как при спуске бурильной колонны 30, так и в процессе бурения осуществляется нажатием вынесенной кнопки Рабочее положение" (КУ 1).После завершения процесса бурения, т.е, остановки вращения буриль ной колонны 30 и перед началом ее подъема ПК 1 переводится в положение 1, при этом подается напряжение на ПЗ и обесточивается П 4, что соответствует включению электромагнитной муфты 29 сцепления при выключенном электромагнитном стопо - ре , а ПК 2 переводится в положение Т 1. При подъеме бурильная колонна 30 взаимодействует с контактным элементом 23, приводя его во вращение. Вращение контактного элемента 23 передается за счет кинематических связей валом 24 через включенную муфту сцепления 29 конической шестерне. 25. Вращение конической шестерни 25 передается на промежуточную коническую шестерню 26, которая посредством кинематической связи с дополнительным зубчатым венцом 27 обеспечивает вращение крышки 28 с основным кожухом 14. Основной кожух 14 вращается внутри дополнительного кожуха 16 на подшипниках 17 при неподвижном корпусе 1. При этом направление вращения основного кожуха 14 внутри дополнительного 1 кожуха 16 противоположно по направлению вращению кожуха 14 при спуске бурильной колонны 30, так как при подъеме бурильной колонны 30 изменяется направление вращения контактного элемента 23. Следовательно, вращение ведущего вала 12 реверсивной муфты 11, осуществляемое за счет кинематических связей от зубчатого венца 13, также будет противоположно по направлению вращению ведущего вала 12 при спуске бурильной колонны 30 и в процессе бурения. Таким образом, изменится и схема управления механизмом перемещения плашек при прохождении через уплотнительный узел замков бурильной колонны 30 при ее подъеме. При подходе к уплотнительномуузлу снизу при загерметизированномзатрубном пространстве замок бурильной колонны 30 нажимает на ВК 2 (датчик 38), при этом подается напряжение на П 2, включающее реверсивнуюмуфту 11 на обратное вращение ведомого вала 10. Вращение ведомого ва" 1 О ла 10 реверсивной муфты 11 передается посредством кинематическихвязей валу 9 механизма привода пла, ек, который перемещает ступенчатые плашки 7 с уплотнителями 8 от 15 бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ(датчик 39),при этом обесточивается П 2, реверсивная муфта 11 отключается, переходя в нейтральное положение.20 После прохождения уплотнительного узла замок бурильной колонны 30нажимает ВК 1 (датчик 37), которыйпосредством П 1 включает реверсивнуюмуфту 11 на прямое вращение ведомо го вала 10. Иеханизм привода плашекперемещает ступенчатые плашки 7 суплотнителями 8 к бурильной колонне30, герметизируя затрубное пространство до нажатия ВК 4 (датчик 40), ко- ЗО торый, обесточивая П 1, выключает реверсивную муфту 11, переводя ее внейтральное положение.Перед разгерметизацией затрубногопространства при подъеме бурильнойколонны 30 нажимается вынесеннаякнопка "Рабочее положение" (КУ 1).При этом подается напряжение на П 2,который включает реверсивную муфту11 на обратное вращение ведомого 40 вала 10. Иеханизм привода плашекперемещает ступенчатые плашки 7 суплотнителями 8 от бурильной колонны 30 до нажатия ВКЗ (датчик 39)после чего реверсивная муфта 11 пе реходит в нейтральное положениеРеверсивная муфта 11, датчики37-40 управления реверсивной муфтой11, муфта 29 сцепления и стопор могут нзготовляться с пневматическимили любым другим приводом.1244286 Составитель И. Кепкееселовская Техред Н.Бонкало Корректор М. Шароши Редак Заказ 4 го ком ий и о аушска Проектная,4 ическое предприятие, г. Ужг Производственно-п ВНИИПИ Госу по делам 3035, Москв