устройство для смены задвижек под давлением

Формула изобретения

Устройство для смены задвижек под давлением, содержащее размещенные параллельно разъемную и неразъемную опорные траверсы с осевыми отверстиями, связанный с ними узел крепления к арматуре, размещенный в центральном осевом отверстии разъемной траверсы составной полый шток с размещенным в нем и центральном осевом отверстии неразъемной траверсы составным приводным валом, закрепленный на полом штоке на резьбе пакер, механизм герметизации полого штока относительно корпуса задвижки, содержащий корпус с фланцем, уплотнительный элемент, грундбуксу и нажимную резьбовую крышку, установленную на неразъемной траверсе опорную гайку, отличающееся тем, что устройство снабжено герметизирующей катушкой, содержащей корпус с фланцами, уплотнительный элемент и нажимную кольцевую гайку, узел крепления к арматуре выполнен в виде разъемной плиты, которая установлена на трубе, и снабжен двумя разъемными хомутами, жестко закрепленными на трубе зубчатыми сухарями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для замены под давлением вышедших из строя элементов запорной арматуры (задвижек, шаровых кранов) на газонефтяных скважинах и других напорных коммуникациях.

Наиболее близким устройством является устройство для смены задвижек на устье скважины, содержащее размещенные параллельно разъемную и неразъемную опорные траверсы с осевыми отверстиями, связанный с ними направляющими винтами узел крепления к арматуре, размещенный в центральном осевом отверстии разъемной траверсы составной полый шток с размещенным в нем и в центральном осевом отверстии неразъемной траверсы составным приводным валом, закрепленный на полом штоке на резьбе пакер, узел герметизации полого штока относительно корпуса задвижки, содержащий корпус с фланцем, уплотнительный элемент, грундбуксу и нажимную резьбовую крышку, установленную на разъемной траверсе опорную гайку (см. а.с. 1756533, Е 21 В 33/03, 08.06.1990) - прототип.

Указанное устройство не позволяет производить замену шаровых кранов на газоотборных патрубках магистральных газопроводов, так как узел крепления к фонтанной арматуре не позволяет закрепить устройство на патрубке, а узел герметизации полого штока не позволяет осуществить герметизацию известного устройства на газоотводном патрубке.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для смены задвижек под давлением, в котором за счет того, что устройство дополнительно снабжено герметизирующей катушкой, силовой разъемной плитой и двумя разъемными хомутами, обеспечивается возможность использования устройства на газоотборных патрубках магистральных газопроводов.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для смены задвижек под давлением, содержащем размещенные параллельно разъемную и неразъемную опорные траверсы с осевыми отверстиями, связанный с ними направляющими винтами узел крепления к арматуре, размещенный в центральном осевом отверстии разъемной траверсы составной полый шток с размещенным в нем и в центральном осевом отверстии неразъемной траверсы составным приводным валом, закрепленный на полом штоке на резьбе пакер, механизм герметизации полого штока относительно корпуса задвижки, содержащий корпус с фланцем, уплотнительный элемент, грундбуксу и нажимную резьбовую крышку, установленную на разъемной траверсе опорную гайку, новым является то, что устройство снабжено герметизирующей катушкой, содержащей корпус с фланцами, уплотнительный элемент и нажимную кольцевую гайку, узел крепления к арматуре выполнен в виде разъемной плиты, которая установлена на трубе, и снабжен двумя разъемными хомутами, жестко закрепленными на трубе зубчатыми сухарями.

Герметизирующая катушка предлагаемого устройства позволяет осуществить герметизацию устройства на газоотборном патрубке газопровода. Герметизирующая катушка устанавливается сверху на газоотборный патрубок, ее кольцевой уплотнительный элемент, размещенный в корпусе катушки, герметизирует зазор между газоотборным патрубком и корпусом герметизирующей катушки.

Предлагаемое устройство для смены задвижек под давлением закрепляется на газоотборном патрубке с помощью узла крепления, выполненного в виде разъемной плиты, установленной на газоотборном патрубке между двумя разъемными хомутами, жестко закрепленными на патрубке с помощью зубчатых сухарей.

На фиг.1 изображено устройство для смены задвижек под давлением на газоотборном патрубке магистрального газопровода в положении перед запакеровкой, продольный разрез; на фиг.2 - пакер устройства в запакерованном состоянии, при этом он зафиксирован в патрубке с помощью стопорных сухарей и страховочного фланца, неисправный шаровой кран срезан; на фиг.3 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для смены задвижек под давлением (далее по тексту - устройство) содержит два направляющих винта 1, закрепленных снизу на разъемной плите 2 параллельно оси газоотборного парубка 3 с неисправным (негерметичным) шаровым краном 4 (кранами). Разъемная плита 2, являющаяся узлом крепления устройства к газоотборному патрубку 3, установлена на газоотборном патрубке 3 между двумя разъемными хомутами 5, жестко закрепленными на патрубке 3 с помощью зубчатых сухарей 6.

Направляющие винты 1 выполнены составными для возможности набора необходимой длины, составные части которых скреплены между собой посредством резьбовых муфт (не показаны). На направляющих винтах 1 установлены параллельно друг другу опорные силовые траверсы 7, 8 с возможностью их поступательного осевого перемещения по винтам 1, размещенным в осевых отверстиях опорных силовых траверс 7, 8. Траверсы 7, 8 поджаты вниз ответными гайками 9 направляющих винтов 1. Основная опорная силовая траверса 7 выполнена разъемной в продольной плоскости (см. фиг.3). Половинки разъемной траверсы 7 соединены между собой посредством призонных болтов 10 с гайками. В расточке центрального осевого отверстия разъемной силовой траверсы 7 установлен верхний конец полого штока 11. Полый шток 11 заведен в проходной канал газоотборного патрубка 3. На нижнем конце полого штока 11 закреплен пакер 12, содержащий корпус с кольцевой проточкой 13 с упорным буртом 14, упругие уплотнительные элементы 15, приводной вал 16. При вращении последнего происходит сжатие уплотнительных элементов 15 пакера 12. Полый шток 11 выполнен составным для возможности набора необходимой длины, составные части которого соединены между собой и с пакером 12 посредством конической резьбы. Полый шток 11 пропущен через центральное отверстие узла герметизации, который содержит корпус 17 с присоединительным фланцем, кольцевой упругий уплотнительный элемент 18, обжимающий полый шток 11, грундбуксу 19 и нажимную резьбовую крышку 20.

К корпусу 17 узла герметизации присоединены кран высокого давления 21 с манометром 22, сообщенные с полостью корпуса 17 узла герметизации. Корпус 17 узла герметизации закреплен на страхующей задвижке 23 посредством фланцевого соединения. Страхующая задвижка 23 закреплена на герметизирующей катушке 24 посредством фланцевого соединения. Герметизирующая катушка 24 установлена сверху на газоотборном патрубке 3 и содержит корпус с фланцами. Нижний фланец герметизирующей катушки 24 и верхний фланец неисправного шарового крана 4 закреплены посредством удлиненных шпилек 25, резьбовых муфт 26 и гаек. Внутри корпуса герметизирующей катушки 24 размещен кольцевой упругий уплотнительный элемент 27, обжимающий газоотборный патрубок 3 по наружной поверхности. Снизу уплотнительный элемент 27 поджат нажимной кольцевой гайкой 28 корпуса герметизирующей катушки 24. Внутри полого штока 11 установлен приводной вал 29, выполненный составным для возможности набора необходимой длины. Составные части приводного вала 29 скреплены между собой и с приводным валом 16 пакера 12 посредством муфт 30. Верхняя составная часть приводного вала 29 выполнена в виде ходового винта 31, в верхней части которого выполнен упорный бурт 32, опирающийся снизу на неразъемную опорную силовую траверсу 8.

На ходовом винте 31 установлена ответная ходовая гайка 33, которая через упорный подшипник 34 поджимает разъемную опорную силовую траверсу вместе с полым штоком 11 и пакером 12 вниз. На верхнем конце ходового винта 31 закреплен вращатель 35, содержащий фиксатор 36, предотвращающий вращение приводного вала 29 при необходимости. Устройство также снабжено стопорными сухарями 37 и страховочным фланцем 38, удерживающими с помощью удлиненных шпилек 39 с гайками 40 сжатый пакер 12 от выталкивания в проходном канале газоотборного патрубка при снятой верхней части устройства вместе с неисправным шаровым краном 4. При этом стопорные сухари 37 установлены в кольцевой проточке 13 корпуса пакера 12 и одновременно в расточке страховочного фланца 38, что удерживает их от распадания. В нажимной резьбовой крышке 20 узла герметизации, в нажимной кольцевой гайке 28 герметизирующей катушки 24, в ходовой гайке 33 и во вращателе 35 выполнены радиальные отверстия для рычага ручного вращения.

Смена неисправного шарового крана 4 производится следующим образом.

Верхняя часть газоотборного патрубка 3 выше неисправного шарового крана 4 обрезается на необходимую длину с помощью гидроприводной или ручной труборезки. На него сверху устанавливается герметизирующая катушка 24, нижний фланец которой скрепляется с верхним фланцем неисправного шарового крана 4 посредством удлиненных шпилек 25, резьбовых муфт 26 и гаек. Рычагом ручного вращения, вставляемым в радиальные отверстия нажимной кольцевой гайки 28, вращают последнюю, в результате чего кольцевой упругий уплотнительный элемент 27, охватывающий газоотборный патрубок 3, сжимается и герметизирует зазор между газоотборным патрубком 3 и корпусом герметизирующей катушки 24. Сверху на герметизирующую катушку 24 устанавливают страхующую задвижку 23 и скрепляют их фланцевое соединение посредством шпилек с гайками. На газоотборном патрубке 3 ниже неисправного шарового крана 4 устанавливают разъемные хомуты 5, между которыми устанавливают разъемную плиту 2. Половинки разъемных хомутов 5 стягивают посредством болтового соединения, при этом зубчатые сухари 6 внедряются зубьями в тело патрубка 3 и жестко фиксируют разъемную плиту 2 в установленном положении.

На разъемной плите 2 закрепляют посредством резьбового соединения направляющие винты 1 необходимой длины. Пакер 12, находящийся в исходном разжатом состоянии, соединяют с первой составной частью полого штока 11 и вставляют в проходной канал страхующей задвижки 23 до шибера, если страхующая задвижка 23 закрыта при значительных пропусках газа по шаровому запорному органу шарового крана 4, или до шарового крана в случае достаточной герметичности последнего. Корпус 17 узла герметизации надевают на полый шток 11 и присоединяют фланцем к фланцу страхующей задвижки 23 и скрепляют их посредством шпилек с гайками. Рычагом ручного вращения, вставляемым в радиальные отверстия нажимной резьбовой крышки 20 узла герметизации, вращают последнюю в направлении сжатия грундбуксой 19 кольцевого упругого уплотнительного элемента 18, который обжимает полый шток 11 по наружной поверхности и герметизирует его относительно корпуса 17 узла герметизации от давления газопровода.

Затем производят наращивание полого штока 11 до необходимой длины, определяемой глубиной посадки пакера 12 и длиной направляющих винтов 1, путем присоединения к полому штоку 11 его дополнительных составных частей. После этого на направляющих винтах 1 устанавливают разъемную опорную силовую траверсу 7, соединяют ее с концом полого штока 11 и поджимают гайками 9 вниз. Затем во внутрь полого штока 11 через центральное осевое отверстие разъемной траверсы 7 заводят ходовой винт 31 приводного вала 29 с установленными на нем ходовой гайкой 33 и упорным подшипником 34. Далее на направляющих винтах 1 устанавливают неразъемную опорную силовую траверсу 8 и после упирания в нее упорного бурта 32 ходового винта 31 поджимают последнюю гайками 9 вниз. При этом ходовая гайка 33 опирается торцом через упорный подшипник 34 на разъемную траверсу 7. На хвостовике ходового винта 31 закрепляют вращатель 35, фиксатор 36 которого заводят в ответное отверстие неразъемной траверсы 8. После этого открывают страхующую задвижку 23 и неисправный шаровой кран 4. При этом давление газопровода поступает в полость корпуса 17 узла герметизации и создает усилие на шток 11, воспринимаемое в данный момент разъемной силовой траверсой 7 и передаваемое посредством гаек 9 на направляющие винты 1, закрепленные на разъемной плите 2.

Далее производят подачу пакера 12 по проходному каналу страхующей задвижки 23 и патрубка 3 путем ручного вращения ходовой гайки 33 рычагом, вставляемым в ее радиальные отверстия. При этом гайка 33, свинчиваясь по резьбе ходового винта 31, зафиксированного от осевого перемещения посредством упорного бурта 32 и от вращения фиксатором 36 вращателя 35, опирается своим торцом через упорный подшипник 34 на разъемную опорную силовую траверсу 7 и поступательно перемещает последнюю и связанные с ней полый шток 11 с пакером 12 к месту распакеровки, находящемуся в проходном канале газоотборного патрубка 3 ниже неисправного шарового крана 4. В процессе перемещения разъемной траверсы 7 ее постоянно фиксируют от обратного хода путем подвинчивания гаек 9 к траверсе 7.

Для увеличения глубины подачи пакера 12 производят наращивание длины полого штока 11 следующим образом.

Отпускают и отвинчивают гайки 9, поджимающие неразъемную опорную траверсу 8. Снимают последнюю, ходовой винт 31 с ходовой гайкой 33, упорным подшипником 34 и вращателем 35. Затем во внутрь полого штока 11 через центральное осевое отверстие разъемной траверсы 7 заводят приводной вал 29 необходимой длины, составные части которого соединяют между собой посредством муфт 30, и соединяют его с приводным валом 16 пакера 12. На резьбовой конец ходового винта 31 с установленными на нем ходовой гайкой 33 и упорным подшипником 34 надевают дополнительную составную часть полого штока 11 необходимой длины. После этого ходовой винт 31 соединяют с приводным валом 29 посредством муфты 30. Далее на направляющих винтах 1 устанавливают неразъемную силовую траверсу 8 и поджимают ее гайками 9 вниз. Отпускают гайки 9, поджимающие разъемную силовую траверсу 7, при этом она разгружается от действующего на полый шток 11 усилия, создаваемого давлением газопровода. Это усилие передается через приводной вал 16 пакера 12, приводной вал 29, упорный бурт 32 ходового винта 31 на неразъемную силовую траверсу 8, которая зафиксирована на направляющих винтах 1 гайками 9. Затем отвинчивают гайки призонных болтов 10 и вынимают последние, скрепляющие половинки разъемной траверсы 7. Последние разводят, при этом освобождается конец полого штока 11, к которому присоединяют его дополнительную составную часть, удлиняя тем самым полый шток 11. Соединяют и скрепляют половинки разъемной траверсы 7 призонными болтами 10 с гайками, соединяют траверсу 7 с концом полого штока 11 и производят дальнейшую подачу пакера 12 к месту распакеровки описанным выше способом. При необходимости наращивание длины полого штока 11 повторяют.

По достижении пакером 12 места распакеровки приводной вал 29 соединяют с приводным валом 16 пакера 12, нарастив при необходимости длину приводного вала 29 его дополнительными составными частями. Выводят фиксатор 36 вращателя 35 из отверстия неразъемной траверсы 8 и рычагом ручного вращения, вставляемым в радиальные отверстия вращателя 35, вращают последний. При этом крутящий момент передается на приводной вал 16 пакера 12. При вращении приводного вала 16 происходит сжатие уплотнительных элементов 15 пакера 12, которые заполняют зазор между корпусом пакера 12 и внутренней стенкой газоотборного патрубка 3, герметизируя тем самым патрубок 3 выше пакера 12 от давления газопровода. Сбрасывают давление в полости над пакером 12 через кран высокого давления 21 и контролируют герметичность пакера 12 по манометру 22. С помощью гидроприводной или ручной труборезки обрезают патрубок 3 с неисправным шаровым краном 4 выше уплотнительных элементов 15 пакера 12.

По полому штоку 11 приподнимают обрезанную часть патрубка 3 вместе с неисправным шаровым краном 4, герметизирующей катушкой 24, страхующей задвижкой 23 и узлом герметизации.

При этом освобождается кольцевая проточка 13 корпуса пакера 12, в которую устанавливают стопорные сухари 37 и фиксируют их в проточке 13 посредством страховочного фланца 38. При этом стопорные сухари 37 входят в ответную расточку страховочного фланца 38 и удерживаются от распадания. Страховочный фланец 38 фиксируют посредством удлиненных шпилек 39, вворачиваемых нижним концом в разъемную плиту 2, и поджимают вниз гайками 40. При этом усилие выталкивания, действующее на сжатый пакер 12, передается через упорный бурт 14 корпуса пакера 12 на стопорные сухари 37, от последних на страховочный фланец 38, зафиксированный от осевого перемещения вверх посредством шпилек 39, закрепленных на разъемной плите 2, с гайками 40. Отсоединяют полый шток 11 от пакера 12, частично демонтируют устройство и снимают обрезанную часть патрубка 3 с неисправным шаровым краном 4.

После этого в сборке устройства взамен неисправного шарового крана 4 устанавливают новый шаровой кран с приваренным к нему отрезком патрубка 3.

Далее выполняют вышеописанные операции в обратной последовательности.

После состыковки нового шарового крана с нижней частью обрезанного газоотборного патрубка 3 их стык соединяют сваркой. Затем разжимают пакер 12, выводят его вверх выше нового шарового крана и закрывают последний. Далее сбрасывают давление в полости над шаровым краном и демонтируют устройство.