Система для сдерживания и прекращения пожара нефти при бурении

1 Настоящее изобретение относится к системам для сдерживания пожаров нефти при бурении или пожаров других жидких веществ. При использовании этого изобретения выброс горящего вещества прекращают, так что нефтяная бурильная труба (трубы) блокируется с возможностью повторного открытия этих труб. Известно три различных способа гашения нефтяного пожара. Воду впрыскивают в очаг пожара; одновременно с этим пожарный, закрытый защитным приспособлением, приближается к огню и пытается вручную закрыть клапан нефтяной трубы. Этот способ опасен и требует много воды, которая не всегда доступна в месте пожара. Путем взрыва скважины с горящей нефтью потребление кислорода в окружающей зоне увеличивается настолько, что огонь "задыхается" от недостатка кислорода. После этого клапаны и другое сломанное оборудование могут быть заменены. Этот способ весьма опасен. Путем бурения нового ствола в той же самой нефтяной скважине с трубой с горящей нефтью и закачки в нее воды выброс нефти замещают выбросом воды, и огонь гаснет. Эта операция требует больших затрат финансовых средств и времени, а ее успех не может быть гарантирован. Кроме того, ее выполнение опасно. Основными частями предлагаемой установки являются: гидравлический цилиндр, поршень, сверлильный цилиндр, закупоривающий цилиндр, сверло, коробчатый зажим, гидравлический двигатель или другой двигатель, блокирующая задвижка, гидравлический резервуар с трубопроводами и аккумулятором давления и система автоматического управления и наблюдения. Сущность изобретения состоит в том, что каждая нефтяная и/или газовая бурильная труба в соответствии с ее размером заключает в себе свою собственную сверлильную установку. Под сверлильной установкой понимается сверлильный и закупоривающий механизм, необходимый для закрытия одной газовой или нефтяной бурильной трубы. Несколько сверлильных установок могут использовать общий источник энергии с его гидравлическим резервуаром. В условиях подводного бурения, например на нефтяных буровых платформах в открытом море, вода под давлением может быть направлена в собственный механизм для использования в системе. Для создания давления также может быть произведен взрыв внутри массивного цилиндра с поршнями на обоих концах, и это давление направлено через отдельный центральный резервуар или непосредственно в гидравлический резервуар. Давление также может быть отведено из нефтяной или газовой бурильной трубы под буровым агрегатом через пробуренный ствол и стык, зафиксированный на нем. Может быть установле 001253 2 но необходимое количество сверлильных установок, например три. Предлагаемая система предназначена для сдерживания нефтяного и/или газового пожара и, таким образом, предотвращения разрушения крупного нефтяного и/или газового бурового оборудования. Эта установка может быть смонтирована на строящихся, уже построенных и даже на горящих нефтяных и/или газовых буровых системах. Так как это оборудование установлено на удалении и имеет автоматическое управление, нефтяной пожар не представляет угрозы для людей в том случае, когда оборудование заранее установлено на нефтяной буровой системе, а его установка на горящей системе не влечет за собой необходимости нахождение в непосредственной близости от очага пожара; напротив, его устанавливают под землей. Таким образом преимущество данного изобретения заключается в том, что это оборудование и способ безопасны и позволяют сохранять окружающую среду и денежные средства, а также нефть или газ. Данное изобретение подробно описано ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает поперечный разрез установки в состоянии, в котором первый сверлильный цилиндр находится в движении; фиг. 2 изображает поперечный разрез установки в состоянии, в котором первый закупоривающий цилиндр находится на своем месте; фиг. 3 представляет собой поперечный разрез установки в состоянии, в котором все три закупоривающих цилиндра находятся на своих местах; фиг. 4 изображает поперечный разрез полусферического цилиндра; фиг. 5 изображает местный разрез в поперечной плоскости конического цилиндра с притирающей поверхностью; фиг. 6 изображает местный разрез в поперечной плоскости конического цилиндра с выступающим лезвием; фиг. 7 изображает смонтированную установку и местный разрез в поперечной плоскости гидравлического резервуара; на чертеже не показано строение подземной полости, в которой расположена установка; фиг. 8 в подробностях изображает коробчатый зажим и запертую блокирующую задвижку; фиг. 9 иллюстрирует вариант, в котором сверлильный цилиндр и закупоривающий цилиндр (которые, однако, не показаны на чертеже) действуют, начиная с одной стороны нефтяной и/или газовой бурильной трубы, причем для направления указанных цилиндров и уплотнения прорезанного шва используют сальник. На чертеже сальник с правой стороны не затянут. Как видно из фиг. 1, 2 и 3, сущность изобретения состоит в том, что с правой стороны от 3 нефтяных и/или газовых бурильных труб и закупоривающего цилиндра имеется такой же толкающий и/или вращающий механизм, как и с левой стороны от этих нефтяных и/или газовых бурильных труб. Кроме того, как следует из чертежей, целесообразно, чтобы сверлильные установки, действующие друг за другом, были размещены на противоположных сторонах нефтяных и/или газовых бурильных труб, чтобы последовательно выполняемые сверления, а также закупоривания начинались с противоположных сторон этих труб. Если вокруг этих нефтяных и/или газовых бурильных труб размещено три сверлильные установки или более,они могут быть размещены так, что каждая начинает работать со своего направления, отличного от других, благодаря чему обеспечивается возможность минимизации результирующей силы, действующей на трубы при сверлении и закупоривании. Когда установка начинает работать, давление из аккумулятора 10 давления разряжается в гидравлический резервуар 11, под действием давления которого начинает действовать гидравлический двигатель 8 и клапан. Нефть протекает в гидравлический цилиндр 1, который толкает поршень 2, а этот поршень толкает вперед сверло 5 и сверлильный цилиндр 3. После прохождения цилиндра 3 через нефтяные бурильные трубы 7 на достаточно большое расстояние механический обратный клапан дает команду на возвращение сверла 5 и цилиндра 3,а затем дает команду закупоривающему цилиндру 4 осуществить закупоривание. Цилиндр 4 может быть расположен также позади цилиндра 3, и в этом случае необходимо перемещение только в одном направлении. При необходимости после работы всех сверлильных установок может быть осуществлено закрытие блокирующей задвижки. Это действие осуществляют гидравлическим путем или с использованием взрывчатых веществ. Закупоривающие цилиндры только толкают или, кроме того, еще вращают вращающими двигателями, например, для притирки. Во время закупоривания или после него в газовую или нефтяную бурильную трубу может быть дополнительно введено под давлением огнегасящее вещество, такое как жидкий азот. Его вводят через отверстие, прорезанное в нефтяной или газовой бурильной трубе таким устройством, как цилиндр 3. Все это может быть выполнено без использования электричества путем силового управления, при котором начатое действие уже не может быть остановлено. Оборудование зафиксировано вокруг нефтяных труб с помощью коробчатого зажима 6 и поддерживается у основания. Благодаря тому,что трубы различных размеров закупоривают по отдельности, падение верхних труб предотвращено. Нефтяная буровая система может быть вновь приведена в рабочее состояние путем ус 001253 4 тановки бандажных колец на разрезанные трубы и извлечения пробок. Для блокирования внешней нефтяной или газовой бурильной трубы может быть использована установка, описанная ниже в основном со ссылками на фиг. 9. В дополнение к вышеописанным частям изобретение также включает сальник 14, затяжное устройство 15, блокирующие замки 16,подшипник 17 скольжения (например, полоса из хрома), уплотнение 18, в котором нефть находится под давлением, запирающую канавку 19 и корпусную канавку 20. Тот конец сальника 14,который обращен к нефтяной или газовой бурильной трубе, имеет форму внешней стенки этой трубы и выполнен очень острым. Кроме того, сальник установлен на месте путем затягивания посредством подшипника 17 и затяжного устройства 15, снабженного наружной резьбой,взаимодействующей с внутренней резьбой корпуса 12 установки. Затяжка может быть осуществлена вручную при монтаже или автоматическим механизмом после начала работы установки. Вокруг натяжного устройства 15 сальника сформирована стопорная канавка 19, в которую заходят блокирующие замки 16, отжатые к корпусу 12 под действием пружины или под давлением жидкости, когда натяжное устройство сальника введено на требуемую глубину. Кроме того, в корпусе 12 установки сформирована корпусная канавка 20, которая в дополнение к натяжному устройству сальника предназначена для предупреждения ослабления затяжки сальника 14 по достижении им фиксированной глубины. Назначением сальника 14, который установлен на месте путем затягивания, который выполнен очень острым на конце, обращенном к нефтяной или газовой бурильной трубе 7, и который изготовлен из очень твердого материала, является герметизация закупориваемого шва нефтяной или газовой бурильной трубы 7, просверливаемой и закупориваемой, и направление движения сверлильно-закупоривающего узла 34, перемещающегося внутри него. Шов между сальником 14 и валом 13 герметизируют посредством уплотнения, в котором нефть находится под давлением. При сверлении высверленные части нефтяной или газовой бурильной трубы 7 остаются в сверлильно-закупоривающем узле 3-4. Наблюдение и управление клапаном может осуществляться: 1. С использованием известных методов управления процессами и автоматизации. 2. Путем электрического измерения изменений магнитного поля системы посредством датчиков. Эти изменения могут быть вызваны,например, изменением следующих величин: расхода, направления тока, температуры, давления, стабильности потока. Изменения магнитного поля регистрируются благодаря изменениям в нескольких сопротивлениях, которые направ 5 ляются транзистором и интегрируются компьютером, при этом работа клапана управляется по предельным значениям, закодированным в компьютере. Если клапан установлен под водой,контроль среды, окружающей клапан, и изменений в ней также может осуществляться этим способом. Кроме того, данные о любых других наблюдениях, например за угрозой терроризма,могут передаваться на контрольный и управляющий терминал. 3. Путем анализа и установления величин,таких как температура, давление, скорость вращения и скорость подачи, а также их изменения с помощью датчиков, установленных на конце сверла и на валу. Для управления клапаном можно использовать: 1. Независимое управление клапаном с электропередачей: закрытие клапана требует только одну команду. 2. Непосредственное управление или управление через гидравлический клапан. 3. Гидравлический клапан, приводимый в действие пневматически. Эти действия могут быть выполнены вручную или автоматически; причем в последнем случае система начинает действовать в результате срабатывания предохранителя автономной закрывающей системы. В качестве измеряемых величин можно использовать температуру, газовый состав, давление,расход, вибрацию, механические и электрические способы и другие аналогичные величины,которые автоматически дают инструкции клапану тогда, когда у человека нет возможности дать их. На клапане могут быть установлены следующие датчики для индикации рабочего состояния клапана. 1. Датчик давления в гидравлическом резервуаре, указывающий на начало действия клапана и отображающий рабочее давление нефти. 2. Измеритель, отображающий количество нефти и указывающий на дистанцию перемещения:- количество нефти, поступающей в цилиндр, указывает на дистанцию перемещения;- датчик давления на обратной стороне цилиндра указывает на то, что работает обратное перемещение. 3. Датчик давления в закупоривающем цилиндре указывает на наличие закупоривающего перемещения. 4. Датчик, указывающий на вращение сверла, размещен на валу сверла. 5. Датчик, размещенный на кончике сверла, может измерять преобладающие величины. Эти величины используются при автоматической обработке данных для формирования на компьютерном терминале картины, детально описывающей работу клапана. 6 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Клапанная установка для блокирования нефтяных и/или газовых бурильных труб, содержащая сверлильный и блокирующий механизм, имеющий корпус (12), смонтированный с опорой на блокируемую трубу (7) и включающий первую корпусную часть, поперечную направлению трубы и расположенную на ее первой стороне, и вторую корпусную часть, расположенную на другой стороне трубы, противоположной первой; гидравлически вращаемое сверло (5) для сквозного сверления трубы, расположенное в первой корпусной части для перемещения поперечно оси трубы; закупоривающий цилиндр (4) для закупоривания отверстия, просверленного в трубе, расположенный в первой или второй корпусной части для перемещения поперечно оси трубы; и средства перемещения закупоривающего цилиндра (4) в положение закупоривания в отверстии, просверленном в трубе, отличающаяся тем, что сверлильный и блокирующий механизм содержит сальники(14), изготовленные из твердого материала, расположенные в первой корпусной части и во второй корпусной части между указанной корпусной частью и сверлом и закупоривающим цилиндром для направления движения сверла и закупоривающего цилиндра, имеющие острые передние концы, которые обращены к трубе и сформированы в форме внешней стенки трубы,и выполненные подвижными и направляемыми указанной корпусной частью поперечно трубе с противоположных сторон трубы для герметизации закупориваемого шва трубы; затяжные устройства (15) для прижатия сальников к трубе и запирающие устройства (16, 19, 20) для запирания затяжных устройств в фиксированном положении по отношению к корпусным частям. 2. Клапанная установка по п.1, отличающаяся тем, что направляющие средства корпуса(12) снабжены внутренней резьбой, а затяжное устройство (15) снабжено наружной резьбой для взаимодействия с указанной внутренней резьбой. 3. Клапанная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между затяжным устройством (15) и сальником (14) установлен подшипник скольжения (17), предпочтительно выполненный в виде полосы из хрома. 4. Клапанная установка по пп.1-3, отличающаяся тем, что запирающие средства содержат корпусную канавку (20), выполненную на внутренней цилиндрической поверхности корпусной части, подпружиненные блокирующие замки (16), расположенные в корпусной канавке(20), и запирающую канавку (19), расположенную вокруг наружной поверхности затяжного устройства (15) и предназначенную для вхождения в нее блокирующих замков. 5. Клапанная установка по пп.1-4, отличающаяся тем, что сверлильный и блокирую 7 щий механизм содержит уплотнение (18), в котором нефть находится под давлением, предназначенное для герметизации вала (13), который вращает сверло (15), в сальнике (14). 6. Клапанная установка по пп.1-5, отличающаяся тем, что запорная арматура содержит сверлильные и блокирующие механизмы, размещенные последовательно вдоль труб (7), причем в каждых двух соседних сверлильных и блокирующих механизмах направления сверления трубы сверлами (5) противоположны друг другу. 7. Клапанная установка по п.6, отличающаяся тем, что в каждых двух соседних сверлильных и блокирующих механизмах направления блокирования закупоривающими цилиндрами (4) противоположны друг другу. 8. Клапанная установка по пп.1-7, отличающаяся тем, что запорная арматура имеет три сверлильных и блокирующих механизма или более. 9. Клапанная установка по пп.1-8, отличающаяся тем, что сверлильный и блокирующий механизм содержит вал (13), имеющий сверлильный цилиндр (3), выполненный со сверлом (5), источник энергии (8) для вращения вала (13), поршень (2), прикрепленный к валу(13), и гидравлический цилиндр (1) для осевого перемещения поршня и вала и/или клапанная установка включает коробчатые зажимы (6),блокирующую задвижку (9), аккумулятор давления (10), гидравлический резервуар (11) с трубопроводами, механизм для использования гидростатического давления воды, и/или систему автоматического управления и наблюдения. 10. Клапанная установка по пп.1-9, отличающаяся тем, что конец сверлильного цилиндра имеет шаровую форму и снабжен лезвием,которое гидравлически выдвигается и убирается обратно, причем сверлильный цилиндр также действует в качестве закупоривающего цилиндра (4). 11. Клапанная установка по пп.1-10, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3) выполнен коническим и имеет динамический регулятор размера сверла, а закупоривающий цилиндр выполнен коническим. 12. Клапанная установка по пп.1-11, отличающаяся тем, что закупоривающий цилиндр выполнен полым и выполнен с возможностью запирания посредством давления нефти или с использованием взрывчатого вещества. 13. Клапанная установка по пп.1-12, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3) выполнен с лопастью на конце. 14. Клапанная установка по пп.1-13, отличающаяся тем, что сверло (5) центрально расположено на конце сверлильного цилиндра (3). 15. Клапанная установка по пп.9-14, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3),закупоривающий цилиндр (4) и сверло (5) расположены для обеспечения их перемещения 8 вперед благодаря энергии аккумуляторов давления (10) через поршень (2), валы (13), гидравлический цилиндр (1) и гидравлический резервуар(11), а также через трубопроводы. 16. Клапанная установка по пп.9-15, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3) и сверло (5) расположены для обеспечения их вращения благодаря энергии аккумуляторов давления (10) через поршень (2), вал (13), гидравлический двигатель, используемый как источник энергии (8), гидравлический резервуар(11) и трубопроводы. 17. Клапанная установка по пп.9-16, отличающаяся тем, что коробчатые зажимы (6) выполнены из двух частей для установки на трубе(7) с охватом ее с двух сторон. 18. Клапанная установка по пп.9-17, отличающаяся тем, что внутренняя сторона корпусного зажима (6) выполнена конической и снабжена резьбой. 19. Клапанная установка по пп.9-18, отличающаяся тем, что блокирующую задвижку (9) устанавливают на месте с использованием взрывчатого вещества или гидравлических средств. 20. Клапанная установка по пп.9-19, отличающаяся тем, что стопорный болт (9) шире внешней нефтяной и/или газовой бурильной трубы (7) и имеет сужающийся V-образный конец. 21. Клапанная установка по пп.1-20, отличающаяся тем, что внешний диаметр сверлильного цилиндра (3) и закупоривающего цилиндра(4) больше, чем внутренний диаметр блокируемой нефтяной или газовой бурильной трубы (7),и меньше, чем внешний диаметр этой трубы. 22. Клапанная установка по пп.1-21, отличающаяся тем, что лезвие сверлильного цилиндра (3) расположено для выдвижения механическими и/или гидравлическими средствами при начале вращения сверлильного цилиндра (3) и отвода назад в сверлильный цилиндр (3) механическими и/или гидравлическими средствами при изменении направления вращения. 23. Клапанная установка по пп.1-22, отличающаяся тем, что внешняя сторона сверлильного цилиндра (3) имеет притирающую поверхность. 24. Клапанная установка по пп.1-23, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3) расположен для работы в качестве закупоривающего цилиндра (4), а выдвижение сверлильного цилиндра осуществляется гидравлически или взрывом. 25. Клапанная установка по пп.1-24, отличающаяся тем, что сверлильный цилиндр (3) и закупоривающий цилиндр (4) размещены с одной стороны нефтяной и/или газовой бурильной трубы (7) или с разных ее сторон. 26. Клапанная установка по пп.1-25, отличающаяся тем, что сверлильные узлы расположены с противоположных сторон нефтяных 9 и/или газовых бурильных труб так, что последовательные сверления выполняют, начиная с разных сторон нефтяных и/или газовых бурильных труб, причем закупоривание в этом случае осуществляют аналогичным образом. 27. Клапанная установка по пп.1-26, отличающаяся тем, что клапан может быть установлен на нефтяной и/или газовой буровой системе,которая управляется с использованием так называемой платы. 28. Клапанная установка по пп.1-27, отличающаяся тем, что в условиях работы под водой гидростатическое давление воды посредством отдельного механизма преобразуется в энергию для использования в системе. 29. Клапанная установка по пп.1-28, отличающаяся тем, что запорная арматура включает средства измерения изменений магнитного поля системы для постоянного наблюдения за нефтяной и/или газовой буровой установкой и за окружающей обстановкой, а также для осуществления действий, требуемых при этих изменениях. 30. Клапанная установка по п.29, отличающаяся тем, что изменения магнитного поля,вызванные изменениями расхода, направления течения, температуры, давления и стабильности потока или окружающими материалами, измеряются электрическим способом. 31. Клапанная установка по п.30, отличающаяся тем, что данные наблюдений в электрическом виде получают с помощью сопротивлений и изменений в них и транзисторов, и эти данные наблюдений собираются компьютером в интегрированном виде. 32. Клапанная установка по п.31, отличающаяся тем, что информация, полученная с помощью измерительных инструментов и собранная компьютером, интегрирована в виде закодированных предельных значений, которые предназначены для управления работой клапана и для передачи на контрольный и управляющий терминал. 33. Клапанная установка по пп.1-32, отличающаяся тем, что давление, создаваемое при взрыве внутри массивного цилиндра, предна 001253 10 значено для направления через трубопроводы для использования в системе. 34. Клапанная установка по п.33, отличающаяся тем, что воздушное давление, созданное взрывом, направляется в гидравлический резервуар непосредственно или через отдельный центральный резервуар. 35. Клапанная установка по п.33 или 34,отличающаяся тем, что в массивном цилиндре имеется два поршня с параллельными осями,расположенные с разных сторон от взрывчатого вещества. 36. Клапанная установка по пп.1-35, отличающаяся тем, что необходимая энергия в виде отрицательного или избыточного давления, созданного в скважине, берется из-под нефтяной или газовой трубы через отдельное соединение. 37. Клапанная установка по пп.1-36, отличающаяся тем, что она управляется компьютерной программой по интегральным величинам,таким как расход, направление течения, температура, давление, стабильность потока и материал, измеряемым датчиками и другими измерителями в различных частях установки и вокруг нее. 38. Клапанная установка по пп.1-37, отличающаяся тем, что информация об обслуживании оборудования и процессе закупоривания,полученная от различных датчиков и других измерителей, предназначена для передачи в центр управления через компьютер и спутник. 39. Клапанная установка по пп.1-38, отличающаяся тем, что во время закупоривания или после закупоривания для гашения пожара через отверстие, просверленное сверху закупоривающего узла или закупоривающих узлов, через специальное соединение подают огнегасящее вещество под давлением, например, жидкий азот. 40. Клапанная установка по пп.1-39, отличающаяся тем, что сверление отверстия и подачу огнегасящего вещества в установку, непосредственно выполняющую закупоривание,осуществляют автоматически совместно или по отдельности.