RU2208126C2

RU2208126C2 - Rotating universal hydraulic blowout preventer

Info

Publication number: RU2208126C2
Application number: RU2001102697A
Authority: RU
Inventors: А.В. Бондарь; В.И. Петрушин; А.В. Савинов; С.Б. Чагин; Д.В. Шевцов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский механический завод"
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry; applicable for sealing wellhead in well drilling. SUBSTANCE: preventer has body with cavity and central hole, cover with hole, bearings. Sleeve has cavity accommodating sealing member. Sealed piston with stepped external surface is installed in body. Preventer has working, return and relief chambers. Additional hydraulic channels communicate relief and return chambers for directing the pressure from top downward. Diameters of contact of rotating piston with body and sleeve with cover are equal. EFFECT: higher versatility of hydraulic preventer and increased degree of sealing reliability, reduced overall dimensions and weight. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для герметизации устья при бурении нефтяных и газовых скважин для предотвращения открытых фонтанов, а также вращения и расхаживания бурильной колонны с одновременной герметизацией устья. The invention relates to the oil and gas industry and is intended for sealing the mouth during drilling of oil and gas wells to prevent open fountains, as well as rotation and pacing of the drill string while sealing the mouth.

Известен превентор, имеющий корпус, крышку, опоры и механизм передачи давления на уплотнение, состоящий из концентрично расположенных полого поршня, нажимного стакана и опорной втулки, причем нажимной стакан установлен по опоре в поршне и контактирует внутренней конической поверхностью с уплотнением, а нижняя часть опорной втулки расположена в кольцевом пространстве, образованном наружной поверхностью нажимного стакана и внутренней поверхностью поршня, верхняя ее часть связана с крышкой (а.с. 523167, Е 21 В 33/06). A preventer is known having a housing, a cover, supports and a mechanism for transmitting pressure to the seal, consisting of a concentrically arranged hollow piston, a pressure cup and a support sleeve, wherein the pressure cup is mounted on a support in the piston and contacts the inner conical surface with the seal, and the lower part of the support sleeve located in the annular space formed by the outer surface of the pressure cup and the inner surface of the piston, its upper part is connected with the cover (AS 523167, E 21 B 33/06).

Недостатком данного превентора является сложность конструкции и недостаточная надежность герметизации устья скважины. The disadvantage of this preventer is the design complexity and insufficient reliability of the wellhead sealing.

Известен превентор, содержащий корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с центральным отверстием, гильзу с полостью для установки уплотнительного элемента, подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, уплотнительного поршня с центральным отверстием, с поверхностью для размещения уплотнительного элемента, имеющего рабочую и возвратную камеры, разгрузочную камеру, гидравлические каналы для связи рабочей возвратной и разгрузочной камер с источником давления (проспект фирмы Shaffer, вращающийся противовыбросовый превентор). A known preventer comprising a housing with a cavity and a central hole, a cover with a central hole, a sleeve with a cavity for installing a sealing element, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, a sealing piston with a central hole, with a surface for accommodating a sealing element having a working and return chambers, unloading chamber, hydraulic channels for connecting the working return and unloading chambers with a pressure source (Shaffer brochure, rotating blowout preventer).

Недостатком данного технического решения является необходимость дополнительной станции гидропривода для подачи давления в разгрузочную камеру и повышенный крутящий момент для вращения устройством. The disadvantage of this technical solution is the need for an additional hydraulic drive station for supplying pressure to the discharge chamber and increased torque for rotation of the device.

Известно устройство для герметизации устья скважины, содержащее корпус с полостью и центральным отверстием, крышку с центральным отверстием, уплотнительный элемент из эластичного материала, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента, подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, уплотнительный поршень со ступенчатой наружной поверхностью и поверхностью для размещения уплотнительного элемента, рабочую, возвратную и разгрузочную камеры, гидравлический канал, связывающий возвратную и разгрузочную камеры с источником давления (заявка на изобретение 97109588/03, Е 21 В 33/06 - прототип). A device is known for sealing a wellhead, comprising a housing with a cavity and a central hole, a cover with a central hole, a sealing element made of elastic material, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, a sealing piston with a stepped outer surface and surface to accommodate the sealing element, the working, return and discharge chambers, a hydraulic channel connecting the return and discharge chambers to the source m of pressure (patent application 97109588/03, Е 21 В 33/06 - prototype).

Недостатком данного технического решения является недостаточная надежность герметизации, большие габариты и вес устройства. The disadvantage of this technical solution is the lack of reliability of sealing, large dimensions and weight of the device.

Технической задачей при разработке конструкции вращающегося универсального гидравлического превентора является надежная герметизация устья скважины при бурении, вращении и расхаживании бурильной колонны, уменьшение габаритов веса превентора. The technical task in developing the design of a rotating universal hydraulic preventer is reliable sealing of the wellhead during drilling, rotation and pacing of the drill string, reducing the dimensions of the weight of the preventer.

Данная техническая задача решается за счет конструкции, содержащей корпус с полостью и центральным отверстием, уплотнительный элемент из эластичного армированного материала, гильзу с полостью для размещения уплотнительного элемента, подшипник для передачи усилия от гильзы к крышке, уплотненный поршень со ступенчатой наружной поверхностью и поверхностью для размещения уплотнительного элемента, подшипник, рабочую, возвратную и разгрузочную камеры, гидравлический канал для связи рабочей и разгрузочной камер с источником давления, дополнительные гидравлические каналы, проходя через гильзу и втулку для связи возвратной камеры с источником давления при подаче давления сверху вниз. Возвратная камера образована наружной ступенчатой поверхностью поршня, внутренней поверхностью нижней части гильзы и торцем втулки. Втулка установлена между поршнем и гильзой, разделяя внутреннюю поверхность гильзы на нижнюю часть и полость для установки уплотнительного элемента. Большая ступень поршня со стороны возвратной камеры имеет канавку. Диаметры контакта поверхностей при вращении поршня с корпусом и крышки с гильзой равны. В данной конструкции механизм подачи давления, состоящий из поршня, гильзы, втулки, уплотнительного элемента составляет замкнутую цепочку с возвратной камерой внутри. Гидравлический канал для связи рабочей и разгрузочной камер с источником давления образован внутренней поверхностью корпуса и крышки и наружной поверхностью гильзы. Вращающийся гидравлический превентор данной конструкции обладает высокой степенью герметизации, компактный с легко перемещаемым поршнем, минимальным весом. This technical problem is solved by a structure comprising a housing with a cavity and a central hole, a sealing element made of elastic reinforced material, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover, a sealed piston with a stepped outer surface and a surface for placement sealing element, bearing, working, return and unloading chambers, a hydraulic channel for connecting the working and unloading chambers with a pressure source, additional additional hydraulic channels passing through the sleeve and sleeve for connecting the return chamber to the pressure source when applying pressure from top to bottom. The return chamber is formed by the outer stepped surface of the piston, the inner surface of the lower part of the sleeve and the end face of the sleeve. The sleeve is installed between the piston and the sleeve, dividing the inner surface of the sleeve into the lower part and the cavity for installing the sealing element. The large piston stage on the return chamber side has a groove. The diameters of the contact surfaces during rotation of the piston with the housing and the cover with the sleeve are equal. In this design, the pressure supply mechanism, consisting of a piston, sleeve, sleeve, sealing element, makes up a closed chain with a return chamber inside. The hydraulic channel for connecting the working and unloading chambers with the pressure source is formed by the inner surface of the housing and cover and the outer surface of the sleeve. The rotating hydraulic preventer of this design has a high degree of sealing, compact with an easily movable piston, and a minimum weight.

На чертеже изображен вращающийся универсальный гидравлический превентор в разрезе (превентор). Превентор состоит из корпуса 1 с полостью и центральным отверстием, внутри корпуса соосно установлен поршень 2 со ступенчатой наружной поверхностью, центральным отверстием и уплотнениями 3, 4, 5. На торце поршня 2 установлен уплотнительный элемент 6. Превентор имеет рабочую камеру А, образованную торцем большей ступени поршня 2 и полостью корпуса 1, разгрузочную камеру Б, образованную наружной поверхностью верхней части гильзы 7 и внутренней поверхностью крышки 8. Внутренняя поверхность гильзы 7 в верхней части имеет полость для размещения уплотнительного элемента 6, а в нижней части образует с наружной ступенчатой поверхностью поршня 2 возвратную камеру В, соединенную с источником давления дополнительными гидравлическими каналами 9. Между крышкой 8 и гильзой 7 в разгрузочной камере Б установлен упорный подшипник 10 для передачи усилия от гильзы 7 к крышке 8. Между поршнем 2 и гильзой 7 установлена втулка 11. Между корпусом 1 и гильзой 7 установлен подшипник 12. Механизм передачи давления, состоящий из поршня 2, гильзы 7, уплотнительного элемента 6, сопряженных в один узел и при вращении, диаметры контакта поверхности поршня 2 и корпуса 1, гильзы 7 и крышки 8 равны и являются наименьшими. Каналы 13 и 14 в превенторе служат для подачи давления. The drawing shows a rotating universal hydraulic preventer in the context (preventer). The preventer consists of a housing 1 with a cavity and a central bore, a piston 2 coaxially mounted inside the housing with a stepped outer surface, a central bore and seals 3, 4, 5. A sealing element 6 is installed at the end of the piston 2. The preventer has a working chamber A formed by a larger end the piston stage 2 and the body cavity 1, the discharge chamber B, formed by the outer surface of the upper part of the sleeve 7 and the inner surface of the cover 8. The inner surface of the sleeve 7 in the upper part has a cavity for accommodating of the relative element 6, and in the lower part forms with the outer stepped surface of the piston 2 a return chamber B connected to the pressure source by additional hydraulic channels 9. Between the cover 8 and the sleeve 7 in the unloading chamber B there is a thrust bearing 10 for transmitting force from the sleeve 7 to the cover 8. A sleeve 11 is installed between the piston 2 and the sleeve 7. A bearing 12 is installed between the housing 1 and the sleeve 7. A pressure transmission mechanism consisting of a piston 2, a sleeve 7, a sealing element 6, conjugated into one unit and during rotation, d Contact diameters of the surface of the piston 2 and the housing 1, the sleeve 7 and the cover 8 are equal and are the smallest. Channels 13 and 14 in the preventer are used to supply pressure.

Вращающийся универсальный гидравлический превентор работает следующим образом. Подается давление в рабочую камеру А через канал 14. Поршень 2 перемещается вверх под действием давления вдоль цилиндрической боковой поверхности выемки корпуса 1 и внутренней поверхности втулки 11, сжимая армированный уплотнительный элемент 6 снизу и по сфере гильзы 7, перекрывая внутреннее отверстие превентора или при наличии в скважине бурильного инструмента (не показано), обжимая его. При вращении инструмента на герметизированном устье вместе с колонной бурильных труб вращаются сопряженные в один узел уплотнитель 6, поршень 2 и гильза 7, которая опирается на соответствуюшие подшипниковые опоры 10 и 12. Уплотнительный элемент 6 выполнен из армированной резины. Для открытия превентора давление подается сверху через канал 13 по дополнительным гидравлическим каналам 9 в возвратную камеру В. Поршень 2 перемещается вниз, армированный уплотнительный элемент 6 под действием упругих сил возвращается в исходное положение, скользя вдоль сферы гильзы 7. Rotating universal hydraulic preventer works as follows. Pressure is applied to the working chamber A through the channel 14. The piston 2 moves upward under pressure along the cylindrical lateral surface of the recess of the housing 1 and the inner surface of the sleeve 11, compressing the reinforced sealing element 6 from below and around the sphere of the sleeve 7, blocking the internal opening of the preventer or, if the borehole of a drilling tool (not shown), crimping it. When the tool is rotated on a sealed wellhead, together with a drill string, a seal 6, a piston 2 and a sleeve 7 coupled into one assembly rotate, which rests on the corresponding bearing bearings 10 and 12. The sealing element 6 is made of reinforced rubber. To open the preventer, pressure is supplied from above through the channel 13 through additional hydraulic channels 9 to the return chamber B. The piston 2 moves down, the reinforced sealing element 6, under the action of elastic forces, returns to its original position, sliding along the sphere of the sleeve 7.

Предлагаемый превентор имеет компактную малогабаритную конструкцию, обеспечивающую надежную герметизацию скважины при вращении и расхаживании бурильной колонны. The proposed preventer has a compact small-sized design that provides reliable sealing of the well during rotation and pacing of the drill string.

Claims

1. A rotating universal hydraulic preventer having a housing with a cavity and a central hole, a cap with a hole coaxially mounted, a sealing element, a sleeve with a cavity for accommodating the sealing element, a bearing for transmitting force from the sleeve to the cover and a sealed piston with a stepped outer surface and with a surface for placement of the sealing element, bearing, working, return and unloading chambers, a hydraulic channel for communication of the working and unloading chambers, connected to the source Aviation, characterized in that the return chamber is formed by the outer stepped surface of the piston, the inner surface of the lower part of the sleeve and the end face of the sleeve installed between the piston and the sleeve, dividing the inner surface of the sleeve into the lower part and the cavity for installing the sealing element, and is connected by additional hydraulic channels to the source pressure for supplying hydraulic fluid from top to bottom, while the diameters of contact during rotation of the piston with the housing and the sleeve with the cover are equal.

2. The rotating universal hydraulic preventer according to claim 1, characterized in that the additional hydraulic channels are located in the sleeve and the sleeve.

3. The rotating universal hydraulic preventer according to claim 1, characterized in that the large piston stage on the return chamber side has a groove.