Заглушка нафтових свердловин

Реферат: Заглушка нафтових свердловин містить корпус з розміщеним в ньому запірним вузлом, циліндр з поршнем, диски та клапан. Новим у запропонованому винаході є те, що корпус оснащений розпорами з торцевим пазовим з'єднанням між собою внапуск, розташованими на клинах поршня циліндра, сполученого отворами через електроклапани з навколишнім середовищем, а також багатолопатевим гребним гвинтом знизу корпусу, посадженим на вал редуктора електродвигуна, під'єднаного до електрокабеля зовнішньої подачі струму, в корпусі змонтовані три нижні та три верхні підпружинені центруючі розпірні колеса, а зверху корпусу встановлений блок шківа з тросом примусового опускання та піднімання як гнучкого рукава, так і заглушки, та розмикач електрокабеля. Технічний результат: підвищення надійності аварійного перекриття нафтових свердловин. UA 115714 C2 (12) UA 115714 C2 UA 115714 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до нафтодобувної промисловості, зокрема до обладнання для експлуатації нафтових свердловин, і може бути використаним для аварійного герметичного перекриття нафтових або інших подібних свердловин, з яких під великим тиском витікає рідина. Відомий клапан, який містить циліндричний корпус з розміщеним в ньому запірним вузлом, плашками, виконаними з можливістю перекриття центрального каналу з матеріалу з ефектом пам'яті форми, наприклад, зі сплаву нікель-титану з можливістю зміни своєї форми [Х.А. Асфандиянов, Р.А. Максутов. Нефтегазопроявления и открытые фонтаны при эксплуатации скважин. Недра, -М.: 1986]. Відомий також спеціальний нагнітач, який складається з ємності, нижньої порожнини вантажу-цистерни з цементуючим розчином та верхньої - з морською водою, котрі опускаються на дно до свердловини, а також робота-маніпулятора, помпи, форсунки нагнітача та клапана, який перекачує забортну воду в верхню порожнину, а поршень витискає цементну суміш через форсунку всередину міцного мішка, яким обтягнута форсунка. В склад нагнітача входить рухома муфта та мішок, з якого і заповнюється цементуючим розчином свердловина, та трос з електрокабелем. Нагнітач оснащений відеокамерою та прожектором для керування процесом з борту надводної платформи. Відоме також обладнання аналога "topkill" [http://www.bbc.co.uk/russian/intemational/2010/05/100525-_oil_operation_top_kill.shtml], яке складається з бурової установка Q4000 над нафтовою свердловиною, лотка розчину, помп, бурильної труби, маніфольду, шлангів, заглушеного клапана, спеціальної буферної ємності. Розчин зупиняє витікання нафти, після чого зацементовують свердловину. До недоліків аналогів можна віднести те, що їх конструкції не спрацьовують на великих глибинах, високих швидкостях і тисках нафти у свердловині. Зупинити струмінь нафти, що витікає зі свердловини, практично неможливо, що і було признано фахівцями British Petrolium при чисельних спробах закупорки свердловини в Мексиканській затоці. Допускається, що коли конструкція не спрацює, струмінь нафти навіть може тимчасово підсилитись. Для використання нагнітача необхідно спочатку загнати його у свердловину, що при сильному потоці струменя нафти чи іншої рідини практично неможливе. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої заглушки нафтових свердловин є клапан-відсікач, який складається з корпусу з розміщеним в ньому запірним вузлом у вигляді рухомого та нерухомого дисків зі співвісно розміщеними отворами та механізму управління у вигляді верхнього та нижнього розділювача середовища, зворотних клапанів, циліндра з робочим поршнем і підпружиненим штоком. При цьому корпус зворотного клапана, запірний і циліндричний вузли утворюють порожнину, в котрій розміщений циліндр з робочим поршнем і підпружиненим штоком, система аварійного закриття запірного вузла виконана у вигляді посудини високого тиску з запірним вузлом і приводом його управління та підпружиненого поршня зі встановленим на ньому зрівнювальним клапаном. При цьому канал управління гідравлічно зв'язує циліндр механізму управління з надклапанним простором, підпружинений поршень зі встановленим на ньому зрівнювальним клапаном розміщений у циліндрі механізму управління з можливістю перекриття каналу управління при переміщенні, посудина високого тиску встановлена на циліндрі механізму управління, робочий поршень виконаний як одне ціле зі штоком і кінематично зв'язаний з рухомим диском за допомогою муфти обгону, нижній розділювач середовища виконаний у вигляді плунжера з поворотною пружиною і сальникового ущільнення в корпусі, встановленому на рухомому диску. [Патент РФ № 2099505, Е21В 34/06, 1997 р]. Недоліками найбільш близького аналога є низька надійність роботи, породжена конструкцією. В ньому повністю не враховується ні швидкість струменя нафти, ні її тиск. В результаті цього цементуюча суміш просто вимивається, впроваджуючі реагенти не встигатимуть згустити нафту, а надійна подача гнучких міцних мішків у обсадну колону, з якої під тиском виливається нафта, малоймовірна. Задача, на вирішення якої спрямований винахід, є підвищення надійності та стабільності роботи заглушки нафтових свердловин при аварійному перекритті підводних нафтових свердловин. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомій заглушці нафтових свердловин, що містить корпус з розміщеним в ньому запірним вузлом, циліндр з поршнем, диски, клапани, відповідно до запропонованого винаходу, корпус оснащений розпорами з торцевим пазовим з'єднанням між собою внапуск, розташованими на клинах поршня циліндра, сполученого отворами через електроклапани з навколишнім середовищем, а також багатолопатевим гребним гвинтом знизу корпусу, посадженим на вал редуктора електродвигуна, під'єднаного до електрокабеля зовнішньої подачі струму, в корпусі змонтовані три нижні та три верхні підпружинені центруючі розпірні колеса, а зверху корпусу встановлений блок шківа з тросом 1 UA 115714 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 примусового опускання та піднімання як гнучкого рукава, так і заглушки, та розмикач електрокабеля. На кресленнях, що додаються, на фіг. 1 показана конструкційна схема заглушки нафтових свердловин, фіг. 2 - розташування центрувальних коліс, фіг. 3 - переріз А-А розпору, фіг. 4 вигляд Г на стиковку розпорів. Заглушка нафтових свердловин складається з запірного вузла 1, поміщеного в корпусі 2, знизу якого розміщений багатолопатевий гребний гвинт 3, посаджений на вал 4 редуктора 5 електродвигуна 6, з'єднаного з електрокабелем 7 зовнішньої подачі струму. З упором на стопорне кільце 8 щільно встановлений диск 9, закріплений по циліндричній поверхні болтами в корпусі 2. Всередині його розміщені електроклапани 10, які управляються командо-апаратом подачі струму, що перекривають впускні отвори 11, які з'єднують циліндр 12 з навколишнім зовнішнім середовищем 13, наприклад нафтою. Командо-апарат розташований зверху над свердловиною і тому на рисунках не показаний. В циліндрі 12 розміщений поршень 14 з виконаними на його кінці клиновими плоскими поверхнями, на котрих жорстко закріплені в Тподібних пазах клини 15. Ці клини 15 несуть на собі радіальні розпори 16 з контактною циліндричною поверхнею, зверху покритою пластичними накладками 17, виготовленими, наприклад, з технічної гуми і з'єднані між собою внапуск торцевим пазовим з'єднанням за допомогою Ш-подібних елементів 18. У верхній частині розпорів 16 розміщено багатопропускні зворотні клапани 19. Зовнішній діаметр розпорів 16 Rp в розтиснутому вигляді відповідає внутрішньому діаметру труби 20 RT=Rp. Зверху корпусу 2 встановлений розмикач 21 електрокабеля 7 та дротів управління електроклапанами 10, а також блок шківа 22, в якому розміщений трос 23 примусового опускання та піднімання гнучкого рукава 24 та самої заглушки в трубі 20 свердловини. Зверху корпусу 2 змонтований зворотний клапан 25, з'єднаний з трубкою 26. Зверху та знизу по внутрішньому діаметру корпусу 2 встановлені центруючі колеса, виконані у вигляді трьох верхніх підпружинених розпірних коліс 27, зміщених між собою діаметрально під кутом 120°, та аналогічних нижніх розпірних коліс 28, зміщених діаметрально відносно до верхніх на 60°. Робота заглушки нафтових свердловин здійснюється наступним чином. На початку в трубу 20 свердловини встановлюється заглушка з причепленим до блока шківа 22 тросом 23 з включеним електродвигуном 6. Гребний гвинт 3 починає обертатися, що приводить до переміщення заглушки в трубі 20. Швидкість переміщення визначається обертами гребного гвинта 3, його геометрією та потужністю електродвигуна 6. Направлення переміщення заглушки в трубі 20 здійснюють обмежувальні колеса 27. Після досягнення запланованої величини занурення відкриваються електроклапани 10, забортна рідина (нафта) попадає в циліндр 12, поршень 14 переміщається разом з клинами 15, що приводить до розтискання розпорів 16, їх упирання в стінки труби 20 і закупорювання свердловини. Чим більша глибина, тим вищий тиск і чим менший кут нахилу клинів 15, тим міцніше закупорюється свердловина. Після цього розмикач 21 від'єднує від корпусу електрокабель 7, який витягується на поверхню. За допомогою троса 23 у трубу 20 примусово вводиться гнучкий рукав 24. Нафтова свердловина закупорена заглушкою. Якщо передбачається постійне закупорювання, то за рахунок різниці зміни тиску всередині циліндра 12 заглушки (подача повітря) і зовнішнього середовища: при меншому тиску заглушка стоїть на місці, при більшому в циліндрі 12 розпори 16 стискаються і заглушка переміщається вверх. Після введення рукава 24 труба 20 зверху закупорюється, включається зовнішня помпа, яка під тиском подає в гнучкий рукав 24 цементуючу суміш, котра поступово заповнює трубу 20. При збільшенні тиску над заглушкою у порівнянні з тиском під нею відкриваються чотири зворотні клапани 19 і цементуюча суміш надходить вниз заглушки, надійно заглушуючи свердловину. При необхідності чи бажанні заглушка нафтових свердловин може бути вийнятою з труби 20. Для цього необхідно зверху суміші подавати стиснуте повітря чи воду та при відділенні заглушки від цементуючої суміші подати стиснуте повітря через трубку 26 і зворотний клапан 25 у циліндр 12. Поршень 14 переміщається разом з клинами 15 усередину циліндра 12, що приводить до стискання розпорів 16, їх ховання всередину. Далі заглушка витягується з труби 12, промивається і є готовою до наступної роботи. Запропонована заглушка нафтових свердловин має цілий ряд переваг перед відомими конструкціями: 1. Конструкція заглушки за рахунок гребного гвинта передбачає її самостійне переміщення по трубі свердловини з витікаючим струменем нафти незалежно від його швидкості та тиску. 2. Заглушка розтискується за рахунок використання тиску навколишнього середовища, тобто чим глибше, тим сильніше розтискується і не потребує додаткового джерела енергії. 2 UA 115714 C2 5 10 15 20 25 3. Від можливих перекосів при переміщенні заглушки в трубі свердловини, її заклинювання, вона має дві пари потрійних підпружинених центруючих коліс. 4. Заглушка має трос примусового опускання гнучкого рукава, що забезпечує якісне цементування нафтових свердловин і підйому самої заглушки. Техніко-економічна ефективність застосування заглушки нафтових свердловин обґрунтована новою якістю, що одержується з примусової подачі заглушки в трубу свердловини на задану глибину, особливо її міцного розтискання за рахунок тиску навколишнього середовища, перекриття свердловини. Пропоноване рішення дає змогу одержати сучасну просту та ефективну заглушку нафтових свердловин, яка може при вказаній технічній ефективності істотно підвищити надійність та стабільність аварійного перекриття нафтових свердловин, чого не можна досягнути при використанні відомих клапанів, заглушок, що повністю підтверджує сучасна практика перекриття свердловини в Мексиканській затоці. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Заглушка нафтових свердловин, що містить корпус з розміщеним в ньому запірним вузлом, циліндр з поршнем, диски, клапан, яка відрізняється тим, що корпус оснащений розпорами з торцевим пазовим з'єднанням між собою внапуск, розташованими на клинах поршня циліндра, сполученого отворами через електроклапани з навколишнім середовищем, а також багатолопатевим гребним гвинтом знизу корпусу, посадженим на вал редуктора електродвигуна, під'єднаного до електрокабеля зовнішньої подачі струму, в корпусі змонтовані три нижні та три верхні підпружинені центруючі розпірні колеса, а зверху корпусу встановлений блок шківа з тросом примусового опускання та піднімання як гнучкого рукава, так і заглушки, та розмикач електрокабеля. 3 UA 115714 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4