устройство для тушения горящих фонтанирующих скважин

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУШЕНИЯ ГОРЯЩИХ ФОНТАНИРУЮЩИХ СКВАЖИН, содержащее хомут с цапфами, соединенный с обсадной колонной, отбойную плиту с бортами, обращенными к хомуту, шарнирный узел крепления отбойной плиты к хомуту и узел перемещения плиты относительно хомута с тяговым тросом и упругим элементом, отличающееся тем, что оно снабжено узлом фиксации отбойной плиты в крайнем верхнем положении, выполненным в виде упора, соединенного с хомутом с возможностью взаимодействия с узлом крепления плиты, который выполнен в виде звеньев, образующих шарнирный параллелограмм, соединенный с плитой и цапфами хомута, причем отбойная плита выполнена в виде плоскости с отбортовкой, расположенной по всему ее периметру, при этом узел перемещения плиты выполнен с возвратным тросом с упругим элементом, соединенным с плитой с противоположной тяговому тросу стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для тушения горящих открытых фонтанов, образовавшихся при авариях в процессе разведки или разработки месторождений нефти и газа.

Известно устройство для тушения горящих открытых фонтанов [1] содержащее отбойную плиту, установленную на тележке, рамку с сеткой, установленную с возможностью перемещения на стойках, соединенных с тележкой, узел перемещения тележки, узел перемещения рамки.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность применения, особенно на газовых или газоконденсатных фонтанах с большими дебитами, когда высота факела может достигать нескольких десятков метров, в связи с чем невозможным становится размещение возле устья скважины несущей конструкции такой высоты для перемещения рамки. Кроме того изготовление, транспортировка и монтаж столь громоздкого устройства требует значительных трудозатрат и времени, что снижает оперативность работ по ликвидации фонтана.

Известно устройство для тушения горящих фонтанирующих скважин [2] содержащее отбойную плиту с несущей фермой, шарниpно взаимодействующей с узлом крепления к обсадной колонне, выполненным в виде хомута с цапфами, узел перемещения фермы в виде тягового троса и гибкой тяги, причем отбойная плита выполнена в виде желоба, обращенного вогнутой стороной к хомуту.

Недостатком известных способа и устройства является низкая эффективность их применения, особенно на фонтанах, где струя представлена в основном углеводородами (газ, конденсат, нефть или их смеси) без подпитки ее пластовой водой. Ввиду отсутствия или малого количества воды в фазовом составе горящей струи и вследствие интенсивного испарения легких фракций углеводородов, продолжающих гореть в пересекаемом отбойной плитой потоке, последний даже после изменения направления не будет потушен.

Этому обстоятельству способствует выполнение отбойной плиты в виде желоба, обращенного вогнутой поверхностью к хомуту, а также шарнирное взаимодействие фермы с хомутом, вследствие чего все точки плиты совершают при работе перемещение по окружности, центр которой находится на цапфе. Поэтому с двух противоположных сторон плиты, где отсутствует отбортовка, т.е. в направлениях тягового троса и гибкой тяги, даже в крайнем верхнем положении плиты часть фонтанирующего потока не будет отклонена вниз, а будет распыляться по направлениям тросов. Кроме того в направлении тягового троса часть потока будет постоянно сообщена с верхней горящей зоной фонтана, так как плита, двигаясь по окружности, будет лишь изменять угол движения струи от вертикали, но не направлять ее вниз, что вследствие сообщения струи с зоной горения может не обеспечить тушения фонтана.

При этом аварийная ситуация может быть усугублена тем, что в крайнем верхнем положении плиты часть потока будет распыляться в стороны, где у плиты отсутствует отбортовка, т.е. в направлениях тягового троса и разрываемой гибкой тяги.

Учитывая, что в металлических тросах, как правило, имеется органический сердечник, пропитанный маслом, ввиду чего промаслены и сами тросы, последние, находясь в пламени, могут загореться и, потеряв из-за воздействия высокой температуры прочность, лопнуть. Вследствие этого доступ к устью для повторного крепления тросов с целью возврата устройства в исходное положение или его демонтажа будет затруднен, так как компактная до применения устройства горящая струя, будучи отраженная и распыленная плитой вниз и в стороны, превращает околоустьевую зону в сплошной очаг пламени, быстро увеличивающий свои размеры ввиду растекания и горения жидких фракций на поверхности земли.

Но даже, если возгорания тросов не произойдет, устройство невозможно возвратить в исходное положение для повторного применения при неудачной попытке тушения фонтана, так как гибкая тяга, натяжением которой был бы возможен возврат устройства в исходное положение, разрывается после первого же применения.

И наконец, известное устройство не надежно в работе ввиду того, что крайнее верхнее положение плиты в момент полного пересечения потока не фиксируется. При этом упор, в который должна упираться своим раскосом ферма в крайнем верхнем положении плиты, не может служить надежной ее опорой из-за того, что поверхность земли, на которой установлен упор, и место установки хомута на обсадной колонне не связаны между собой. Поэтому для надежного фиксирования плиты в крайнем верхнем положении необходимо достаточно точно выдержать высотные отметки от цапф хомута до верхней поверхности упора, что может быть достигнуто либо регулировкой высоты упора, например, прокладками, либо перемещением хомута по трубе колонны.

Оба варианта требуют замера расстояний, трудоемки и продолжительны по времени, что неприемлемо при работе возле горящего фонтана. Однако даже точная установка упора относительно хомута не может обеспечить надежной фиксации плиты в требуемом положении, так как поверхность земли и сам упор от воздействия отбиваемых вниз продуктов фонтана с огромной кинетической энергией (жидкая и газовая фазы, а также выносимые на поверхность куски породы, масса которых может достигать десятков килограммов, со скоростью, нередко превышающей звуковую, т.е. более 300 м/с) и тепловой радиации могут изменить свое высотное расположение, например, упор может сместиться, а поверхность земли подвергнуться эрозии, что также изменит высоту расположения упора относительно хомута.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы за счет обеспечения надежности изменения направления струи, для чего отбойную плиту необходимо выполнить не в виде желоба, а в виде плоскости с отбортовкой по всему периметру. Одновременно с этим следует изменить характеристик взаимодействия плиты с потоком с тем, чтобы плита пересекала струю не под изменяющимся углом к направлению потока, а на всем пути пересечения струи входила в поток перпендикулярно его оси, что может быть достигнуто применением шарнирного параллелограмма в соединении плиты с хомутом); обеспечения надежности фиксации плиты в крайнем верхнем положении, что может быть осуществлено единством базы упора и плиты, т.е. креплением упора к хомуту; обеспечения возможности возврата устройства в исходное положение для повторного применения при неудачной первоначальной попытке, что может быть реализовано оснащением устройства тяговыми тросами с обеих сторон, а не разрываемой гибкой тягой.

Устройство для тушения горящих фонтанирующих скважин, содержащее хомут с цапфами, соединенный с обсадной колонной; отбойную плиту с бортами, обращенными к хомуту; шарнирный узел крепления отбойной плиты к хомуту и узел перемещения плиты относительно хомута с тяговым тросом и упругим элементом, снабжено узлом фиксации отбойной плиты в крайнем верхнем положении, выполненным в виде упора, соединенного с хомутом с возможностью взаимодействия с узлом крепления плиты, который выполнен в виде звеньев, образующих шарнирный параллелограмм, соединенный с плитой и цапфами хомута; причем отбойная плита выполнена в виде плоскости с отбортовкой, расположенной по всему ее периметру; при этом узел перемещения плиты выполнен с возвратным тросом с упругим элементом, соединенным с плитой с противоположной тяговому тросу стороны.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для тушения горящих фонтанирующих скважин, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, для тушения горящих фонтанирующих скважин, вид сбоку в рабочем положении.

Устройство (фиг. 1 и 2) содержит хомут 1 с цапфами 2, жестко устанавливаемый на обсадной трубе 3 на устье скважины, над которой из трубы 3 выходит горящая компактная струя 4 открытого фонтана. На цапфах 2 шарнирно установлены звенья 5 узла перемещения отбойной плиты 6, которые, будучи шарнирно соединенными с цапфами 7 плиты 6, образуют шарнирный параллелограмм. Плита 6 выполнена в виде плоскости 8 с бортами 9 по всему периметру и снабжена узлом перемещения относительно хомута 1 в виде тягового троса 10 и возвратного троса 11 с упругими элементами, например пружинами 12, встроенными в тросы. С хомутом 1 жестко соединен упор 13, выполненный в виде регулируемых винтов 14, перед монтажом предварительно настроенных на взаимодействие со звеньями 5 в рабочем положении плиты 6, когда ее плоскость 8 будет перпендикулярна продольной оси струи 4.

Перед монтажом устройства возле устья скважины по периметру устанавливаются устройства для подачи в струю фонтана огнетушащего вещества, например водоподающие лафеты 15, которыми производится орошение в зоне работ с целью охлаждения и предотвращения возгорания персонала и оборудования. После монтажа тросы 10 и 11 присоединяют к тяговым устройствам тракторам или лебедкам.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Включают подачу огнетушащего вещества, например воды из лафетов 15, и производят натяжение троса 10 тяговым устройством, например трактором со скоростью около 5-10 км/ч, что соответствует скорости 1,4-2,8 м/с. При этом плита 6 благодаря взаимодействию с хомутом 1 посредством рычагов, образующих шарнирный параллелограмм, будет совершать плоскопараллельное перемещение и пересекать струю 4, причем плоскость 8 плиты 6 в процессе движения будет постоянно перпендикулярна продольной оси струи 4, ввиду чего отсекаемая часть потока будет сразу же направляться вниз и не сообщаться с его верхней частью, как в прототипе, где пересечение струи плитой осуществляется под постоянно изменяющимся углом между плоскостью плиты и направлением фонтанирования потока, поэтому пламя верхней части потока будет сообщаться с его нижней частью.

Гарантированному отсечению потока способствует и выполнение плиты 6 в виде плоскости 8, по всему периметру которой выполнена отбортовка (борта 9), обращенная к хомуту 1, вследствие чего отсекаемая часть потока не будет распространяться в стороны в направлении тросов 10 и 11 и гореть как в прототипе, а гарантированно направляется вниз.

Суммарное воздействие этих факторов в сочетании с воздействием огнетушащего вещества воды, подаваемой лафетами 15 в негорящую часть фонтанирующего потока под плиту 6, обеспечит после полного пересечения струи 4 плитой 6 эффективный отрыв пламени от струи 4 и, следовательно, тушение горящего фонтана.

В конце хода плиты 6 (фиг.3), когда ее плоскость 8 будет перпендикулярна продольной оси струи 4, произойдет остановка ее движения ввиду взаимодействия звеньев 5 с винтами 14 упоров 13. Натяжение троса 10 амортизируется гибким элементом пружиной 12, после чего натяжение троса 10 прекращают путем выключения работы тягового устройства, например, остановкой движения трактора.

При этом благодаря единству баз упора 13 и плиты 6, крепление которых осуществляется на одной детали хомуте 1, остановка движения плиты 6 будет осуществлена только в ее крайнем верхнем положении, на которое перед монтажом предварительно были настроены регулируемые винты 14, взаимодействующие со звеньями 5. Тем самым исключается возможность остановки плиты 6 в положении, когда ее плоскость 8 не полностью пересечет струю 4, как в прототипе, где ввиду различия баз фермы, шарнирно соединенной через хомут с обсадной колонной, и упора, расположенного на поверхности земли, остановка плиты возможна до или после полного пеpесечения струи, поэтому не произойдет рассоединения нижней части струи с ее верхней горящей частью, в результате чего фонтан не будет потушен и устройство в прототипе не выполнит своего назначения.

В этом случае для повторного применения необходим возврат устройства в исходное положение, что в заявляемом устройстве можно осуществить натяжением возвратного троса 11 тяговым устройством, например трактором, в то время как в прототипе эту операцию произвести невозможно ввиду того, что гибкая тяга, соединяемая с плитой с противоположной тяговому тросу стороны, может применяться только однократно и разрывается при первом же использовании устройства, что исключает возможность его возврата в исходное положение для повторного применения. В заявляемом устройстве путем использования возвратного 11 и тягового 10 тросов с упругими элементами (пружинами 12) попытки тушения горящей струи 4 открытого фонтана можно повторять неоднократно.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемых способа и устройства для тушения горящих фонтанирующих скважин заключается в повышении надежности и эффективности работ по тушению фонтана, сокращении времени и трудозатрат на проведение этих работ, улучшении условий и повышения безопасности труда.