RU2217574C2 - Sealing unit for mouth - Google Patents

Abstract

FIELD: equipment employed to seal mouth of hole while conducting repair work. SUBSTANCE: sealing unit for mouth has body, metal framework in the form of split ring. Metal framework is coupled to packer pressed from above by cover. Packer leans against ring protrusion in axial conduit of body and its lower part has flipper embracing ring protrusion and bushing. Packer comes in the for of upper and lower circular collars. Metal framework is installed between upper and lower ring collars. Holes are made in cover, circular collars, split ring and ring protrusion of body. Studs with circular heads in center parts are passed through holes and enter opposite bores made in split ring. EFFECT: prolonged service life of sealing unit. 3 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к оборудованию для герметизации устья скважины при проведении ремонтных работ.The invention relates to equipment for sealing a wellhead during repair work.

Известен универсальный превентор (см. а.с. № 1730427, Е 21 В 33/06, опубл. 30.04.92, Бюл. № 46).A well-known universal preventer (see AS No. 1730427, E 21 B 33/06, publ. 30.04.92, Bull. No. 46).

Недостатком конструкции устройства является сложность в изготовлении, заключающаяся во введении и размещении в кольцевой камере закладных сегментов; заделка верхнего конца верхней секции уплотнителя в корпусе с применением закладной детали, что при работе устройства в режиме пропуска муфт лифтовой колонны труб в скважину приводит к возникновению растягивающих напряжений в месте заделки резины верхней секции уплотнителя, эти напряжения могут достигать достаточно больших значений, сравнимых с предельными значениями.The disadvantage of the design of the device is the difficulty in manufacturing, consisting in the introduction and placement in the annular chamber of the embedded segments; termination of the upper end of the upper section of the sealant in the housing using the embedded part, which, when the device is operated in the pass mode of the coupling of the pipe tubing string into the well, leads to tensile stresses at the site of sealing the rubber of the upper section of the sealant, these stresses can reach sufficiently high values comparable to the limiting ones values.

Подача под избыточным давлением газа в кольцевую камеру, образованную верхней и нижней секциями уплотнителя, для деформации уплотнителя к оси устройства с полным и герметичным перекрытием осевого канала более чем проблематично, поскольку за счет внутреннего давления возможно какое-то уменьшение осевого сечения при создании растягивающих напряжений в резине, но невозможно получение герметичного контакта при смыкании.The supply of gas under excess pressure into the annular chamber formed by the upper and lower sections of the seal to deform the seal to the axis of the device with a complete and tight seal of the axial channel is more than problematic, since due to internal pressure, some reduction in the axial section is possible when tensile stresses are created in rubber, but it is impossible to obtain a tight contact when closed.

Известен универсальный превентор (см. Технология проведения ремонтных работ в скважинах при низком пластовом давлении / С.В. Долгов, В.В. Зиновьев, И.В. Зиновьев - М.; Недра, 1999. - С. 123-125), состоящий из корпуса, в котором установлен кольцевой уплотнительный элемент, включающий верхнюю, центральную и нижнюю секции, образующие внутреннюю полость.A well-known universal preventer (see. Technology of repair work in wells at low reservoir pressure / S.V. Dolgov, V.V. Zinoviev, I.V. Zinoviev - M .; Nedra, 1999. - S. 123-125), consisting of a housing in which an annular sealing element is installed, including an upper, central, and lower section forming an internal cavity.

Уплотнительный элемент закреплен в корпусе крышкой. Полость между верхней и нижней секциями герметизирована уплотнительными кольцами относительно корпуса и связана каналами через вентиль с полостью скважины.The sealing element is fixed in the housing by a cover. The cavity between the upper and lower sections is sealed with sealing rings relative to the body and connected by channels through the valve to the well cavity.

В кольцевой уплотнительный элемент снаружи вставлено распорное кольцо, состоящее из отдельных сегментов.A spacer ring consisting of separate segments is inserted externally into the annular sealing element.

При выполнении спускоподъемных операций без давления уплотнительный элемент свободно пропускает колонну труб - диаметр проходного отверстия в уплотнителе больше диаметра муфтовых соединений.When performing hoisting operations without pressure, the sealing element freely passes through the pipe string - the diameter of the bore in the seal is larger than the diameter of the coupling joints.

При предварительной герметизации во внутреннюю полость подается газ от внешнего источника, что приводит к обжатию уплотнительным элементом трубы.During preliminary sealing, gas is supplied to the internal cavity from an external source, which leads to compression of the pipe by the sealing element.

При достижении давления во внутренней полости, сравнимого с давлением в скважине, открывают гидродинамическую связь с полостью скважины, нижняя секция уплотнительного элемента разгружается и играет роль разделителя.When the pressure in the internal cavity is reached, comparable with the pressure in the well, a hydrodynamic connection is opened with the well cavity, the lower section of the sealing element is unloaded and plays the role of a separator.

При повышении давления в скважине возрастает усилие, запирающее уплотнительный элемент до упора сегментов друг в друга, что надежно запирает превентор при отсутствии в нем труб. Это способствует, по мнению авторов, повышению срока службы уплотнительного элемента, автоматическому самоуплотнению инструмента.With increasing pressure in the well, the force increases, locking the sealing element until the segments stop against each other, which reliably locks the preventer in the absence of pipes in it. This contributes, according to the authors, to increase the service life of the sealing element, automatic self-sealing of the tool.

Известен устьевой герметизатор (см. Вскрытие продуктивных нефтегазовых пластов с аномальными давлениями/ К.М. Тагиров, А.Н. Гноевых, А.Н. Лобкин. М.: Недра, - 1996. - С. 129-130).Known wellhead sealant (see Opening of productive oil and gas reservoirs with abnormal pressures / K. M. Tagirov, A. N. Gnoev, A. N. Lobkin. M .: Nedra, - 1996. - P. 129-130).

Устройство состоит из корпуса, в котором установлен уплотнитель с закладным элементом, переходящим в металлический каркас, поджимаемый сверху контргайкой. Уплотнитель выполнен полым, со ступенчатым осевым каналом.The device consists of a housing in which a gasket is installed with a mortgage element turning into a metal frame, pressed against the top with a lock nut. The sealant is made hollow with a stepped axial channel.

Устройство устанавливается на устье скважины и предназначено для пропуска в последнюю труб лифтовой колонны и герметичной изоляцией полости скважины от наземной поверхности в процессе спуска.The device is installed at the wellhead and is designed to pass into the last pipe of the elevator column and hermetically sealed the cavity of the well from the ground surface during the descent.

Недостатком конструкции является необходимость установки в резиновом уплотнителе закладной детали при его формировании, что оказывает негативное влияние на работоспособность при спуске лифтовой колоны труб в скважине, поскольку при взаимодействии муфты с резиновым уплотнителем в материале последнего возникают растягивающие напряжения. В этом случае в месте расположения закладной детали резина изнашивается в большей степени, что снижает долговечность работы устройства в целом.The design drawback is the need to install a embedded part in the rubber seal during its formation, which negatively affects the performance during the descent of the pipe pipe string in the well, since tensile stresses arise in the material of the latter when the coupling interacts with the rubber seal. In this case, at the location of the embedded parts, the rubber wears out to a greater extent, which reduces the durability of the device as a whole.

Кроме того, восприятие избыточного давления всей площадью уплотнителя приводит к созданию высоких напряжений в шпильках, снижению контактных напряжений на уплотнительном кольце и возможному пропуску пластового флюида.In addition, the perception of overpressure over the entire area of the sealant leads to the creation of high stresses in the studs, a decrease in contact stresses on the sealing ring and possible leakage of the formation fluid.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: совокупность конструктивных элементов отличительной части формулы изобретения, дающая вышеуказанный технический результат, не выявлена по имеющимся источникам научно-технической и патентной литературы.The analysis of the inventive step showed the following: the combination of structural elements of the distinguishing part of the claims giving the above technical result is not identified by available sources of scientific, technical and patent literature.

Не выявлены технические решения, обеспечивающие надежную герметизацию корпуса и уплотняемых элементов лифтовой колонны труб, при одновременном повышении надежности работы уплотнителя.No technical solutions have been identified that provide reliable sealing of the housing and the elements of the pipe string to be sealed, while increasing the reliability of the seal.

Предлагаемое изобретение обладает изобретательским уровнем.The present invention has an inventive step.

На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе.Figure 1 shows a General view of the device in section.

На фиг.2 - общий вид устройства в положении монтажа внутри корпуса.Figure 2 is a General view of the device in the mounting position inside the housing.

На фиг.3 - взаимное положение элементов конструкции устройства при взаимодействии с муфтовым соединением лифтовой колонны труб.Figure 3 - the relative position of the structural elements of the device when interacting with the coupling connection of the tubing pipe string.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого устройства, сводится к следующему: возможность поддержания высоких контактных напряжений уплотнителя на внутренней поверхности корпуса; снижение растягивающих напряжений на шпильках, соединяющих корпус устройства с другим оборудованием; отсутствие закладных деталей, пригумированных к резиновому уплотнителю, приводит к увеличению срока службы резины и устройства в целом; возможность компенсации износа резины за счет дополнительного сжатия периферийных участков.The technical result that can be obtained by implementing the proposed device is as follows: the ability to maintain high contact stresses of the seal on the inner surface of the housing; reduction of tensile stresses on studs connecting the device case with other equipment; the absence of embedded parts primed to the rubber seal leads to an increase in the service life of rubber and the device as a whole; the ability to compensate for rubber wear due to additional compression of the peripheral sections.

Технический результат достигается с помощью известного устьевого герметизатора, содержащего корпус с уплотнителем, снабженным металлическим каркасом, выполненным в виде разрезного кольца, установленного в средней части уплотнителя, который опирается на выступ корпуса, с резьбовыми отверстиями. Отверстия в металлическом каркасе совпадают с отверстиями в теле крышки, разрезанного кольца и уплотнителя, в которые пропущены шпильки, содержащие в средней части кольцевые головки, входящие в расточки отверстий разрезного кольца. Уплотнитель содержит ласт, охватывающий кольцевой выступ в осевом канале корпуса, и втулку.The technical result is achieved using a well-known wellhead sealant containing a housing with a seal equipped with a metal frame made in the form of a split ring mounted in the middle of the seal, which rests on a ledge of the housing with threaded holes. The holes in the metal frame coincide with the holes in the body of the cover, the cut ring and the seal, into which the studs are missing, containing ring heads in the middle part that enter into the bores of the holes of the split ring. The sealant contains a flipper, covering the annular protrusion in the axial channel of the housing, and the sleeve.

Устьевой герметизатор состоит из корпуса 1, в осевом канале которого установлен уплотнитель 2, с верхним 3 и нижним 4 кольцевыми воротниками, между которыми установлено разрезное кольцо 5.The wellhead sealant consists of ahousing 1, in the axial channel of which asealant 2 is installed, with an upper 3 and a lower 4 ring collars, between which asplit ring 5 is installed.

В осевом канале корпуса 1 расположен кольцевой выступ 6, в котором по периметру выполнены резьбовые отверстия 7.Anannular protrusion 6 is located in the axial channel of thehousing 1, in which threadedholes 7 are made around the perimeter.

Уплотнитель 2 в нижней части снабжен втулкой 8, переходящей в ласт 9, охватывающий кольцевой выступ 6 корпуса 1.Theseal 2 in the lower part is equipped with asleeve 8, passing in thefins 9, covering theannular protrusion 6 of thehousing 1.

Сверху уплотнитель 2 поджимается крышкой 10, с внутренней - конусной воронкой. В крышке 10, верхнем 3 и нижнем 4 кольцевых воротниках уплотнителя 2, разрезном кольце 5 и кольцевом выступе 6 корпуса 1 выполнены отверстия, через которые пропущены шпильки 11 с резьбовой верхней частью 12 и резьбовой нижней частью 13.On top of theseal 2 is pressed by thecover 10, with an internal conical funnel. In thecover 10, the upper 3 and lower 4 annular collars of theseal 2, thesplit ring 5 and theannular protrusion 6 of thehousing 1, holes are made through which thestuds 11 with the threadedupper part 12 and the threadedlower part 13 are passed.

В средней части каждой шпильки 11 выполнены кольцевые головки 14, которые входят в ответные расточки в отверстиях разрезного кольца 5. Верхний конец каждой шпильки 11 выполнен под ключ. На резьбовой верхней части 12 шпилек 11 установлены гайки 15. Корпус 1 устьевого герметизатора снабжен присоединительными фланцами 16 и 17.In the middle part of eachstud 11,annular heads 14 are made, which enter the mating bores in the holes of thesplit ring 5. The upper end of eachstud 11 is turnkey. The nuts 15 are installed on the threadedupper part 12 of thestuds 11. Thehousing 1 of the wellhead sealant is equipped with connectingflanges 16 and 17.

Монтаж устьевого оборудованияWellhead equipment installation

В средней части уплотнителя 2, между верхним 3 и нижним 4 кольцевыми воротниками, устанавливается разрезное кольцо 5. В таком виде уплотнитель 2 вводится внутрь осевого канала корпуса 1 с охватом кольцевого выступа 6 ластом 9.In the middle part of theseal 2, between the upper 3 and lower 4 annular collars, asplit ring 5 is installed. In this form, theseal 2 is inserted into the axial channel of thehousing 1 with theannular protrusion 6 covered by thefins 9.

В этом положении совмещают отверстия в уплотнителе 2, разрезном кольце 5 с резьбовыми отверстиями 7, в кольцевом выступе 6 корпуса 1, устанавливают крышку 10 и вводят последовательно в каждое отверстие 7 шпильки 11. За верхний конец осуществляют закручивание последних в резьбовые отверстия 7 кольцевого выступа 6 до контакта головками 14 с телом разрезного кольца 5 и с обеспечением необходимых контактных напряжений между нижним кольцевым воротником 4, внутренней поверхностью корпуса 1 и кольцевым выступом 6. Затем устанавливают крышку 10 на уплотнитель 2 и на верхние резьбовые концы шпилек 11, наворачивают гайки 15 и последовательным их закручиванием создают необходимые контактные напряжения между верхним 3 кольцевым воротником уплотнителя 2, корпусом 1 и разрезным кольцом 5.In this position, the holes in theseal 2, thesplit ring 5 with the threadedholes 7 are combined, thecover 10 is installed in theannular protrusion 6 of thehousing 1, and the studs are inserted in eachhole 7 sequentially 11. The latter are twisted into the threadedholes 7 of theannular protrusion 6 until theheads 14 contact the body of thesplit ring 5 and provide the necessary contact stresses between the lowerannular collar 4, the inner surface of thehousing 1 and theannular protrusion 6. Then, thecover 10 is mounted on theseal Tel 2 and the upper ends of threadedstuds 11,nuts 15 screwed and consistent tightening them create the necessary contact pressure between the upperannular collar seal 3 2,body 1 and thesplit ring 5.

Устьевой герметизатор подготовлен к работе.Wellhead sealant is prepared for work.

Устьевой герметизатор в сборе нижним фланцем 17 устанавливается и закрепляется на пьедестал катушки арматуры. На верхний фланец 16 устанавливают превентор или другое оборудование.The wellhead sealant assembly with thebottom flange 17 is installed and secured to the pedestal of the valve coil. A preventer or other equipment is mounted on theupper flange 16.

Работа устройстваDevice operation

После монтажа устройства на устье скважины в последнюю осуществляют спуск лифтовой колонны труб. При этом внутренний диаметр осевого канала втулки 8 сравним с наружным диаметром трубы лифтовой колонны. При подходе муфты последняя свободно проходит в конусную воронку крышки 10 и вводится в осевой канал втулки 8. При взаимодействии муфты с материалом уплотнителя 2 втулка 8 деформируется к ласту 9 с охватом трубы и созданием необходимых контактных напряжений на поверхности муфты.After installing the device at the wellhead in the last carry out the descent of the pipe pipe string. The inner diameter of the axial channel of thesleeve 8 is comparable with the outer diameter of the pipe of the elevator column. When the coupling approaches, the latter freely passes into the conical funnel of thecover 10 and is introduced into the axial channel of thesleeve 8. When the coupling interacts with the material of theseal 2, thesleeve 8 is deformed to thefins 9 with the pipe covering and creating the necessary contact stresses on the surface of the coupling.

В случае повышения давления в скважине втулка 8 прижимается к стенке трубы с обеспечением герметизации зазора.In case of increasing pressure in the well, thesleeve 8 is pressed against the pipe wall to ensure sealing of the gap.

Избыточное давление воспринимается уплотнителем 2 по площади сечения ласта 9 и втулки 8 и передается на шпильки 11. При этом шпильки, которыми присоединяется к корпусу 1 вышележащее оборудование, оказываются разгруженными от действия давления.Excessive pressure is perceived by thesealant 2 over the cross-sectional area of thefins 9 and thesleeve 8 and is transmitted to thestuds 11. In this case, the studs that connect the overlying equipment to thehousing 1 are unloaded from the pressure.

Claims (1)

Translated fromRussian

Устьевой герметизатор, содержащий корпус, металлический каркас, связанный с уплотнителем, поджимаемым сверху крышкой и опирающимся на кольцевой выступ в осевом канале корпуса, отличающийся тем, что уплотнитель выполнен в виде верхнего и нижнего кольцевых воротников, металлический каркас выполнен в виде разрезного кольца, установленного в средней части уплотнителя между верхним и нижним кольцевыми воротниками, причем в крышке, кольцевых воротниках, разрезном кольце и кольцевом выступе корпуса выполнены отверстия, в которые пропущены шпильки с кольцевыми головками в средней части, входящими в ответные расточки отверстий, выполненных в разрезном кольце, а уплотнитель в нижней части содержит ласт, охватывающий выступ корпуса, и втулку.A wellhead sealant comprising a housing, a metal frame connected to a seal, pressed on top by a cover and resting on an annular protrusion in the axial channel of the housing, characterized in that the seal is made in the form of an upper and lower annular collars, a metal frame is made in the form of a split ring installed in the middle part of the seal between the upper and lower annular collars, and in the cover, annular collars, a split ring and an annular protrusion of the housing, holes are made in which Ilkiv with circular heads in the middle part of the reply bore holes formed in the split ring, and the bottom seal comprises fins, a protrusion covering the body and the sleeve.

Images