Превентор

 

Устройство содержит корпус 1, в котором размещен кольцевой поршень 5. Внутренняя поверхность (П) поршня 5 имеет форму усеченного конуса 22, и в ее верхней части выполнен скос. Угол его наклона (Ь к вертикальной оси превентора больше угла наклона о( к этой оси конического участка 22 поршня 5. Причем 45°, а oi 45 . Кольцевой уплотнительный элемент (КУЭ) 8 превентора, выполненный из эластомера , имеет верхнюю и нижнюю части с многоугольными вырезами 47 и 56 ромбической формы на его наружной и внутренней П. Они исключают вьщавливание КУЭ 8 в осевом направлении. Нижняя часть КУЭ 8 имеет коническую П, размещенную внутри конической П поршня 5. В вырезах 47 вокруг оси установлены отделенные металлические вкладьшш. Каждый из них состоит из верхней и нижней пластин, соединенных перегородками . Во время движения в корпусе 1 поршня 5 вверх КУЭ 8, деформируясь, уплотняет буровую трубу. При этом вкладыши контактируют с буровой трубой . После запирания вкладышей конический участок 22 выдaвливaet между ними материал КУЭ 8 к его внутренней стороне. Скос удерживает верхнюю часть КУЭ 8 в сжатом состоянии, что предотвращает обрыв КУЭ 8. 4 э.п. ф-лы, 18 ил. О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистических

РЕС 1УВЛИК

0% (Н) (Я) 4 Е 21 В 33 06,13 „

K qLi.!,.;::

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTWI (21) 3456998/22-03 (22) 26.05.82 (31) 277341 (32) 25.06 ° 81 (33) US (46) 07.07.87. Бюл. У 25 (71) Хайдрил Ко.(US) (72) Вей Дж.Хью (US), Фернандо Мурман (AR) и Ойджин Мацуда (US) (53) 622.245.7(088.8) (56) Патент США У 2176355, кл.277-31, 1939.

Патент Англии В 1512658, кл ° Е 21 В 33/06, 1978. (54) ПРЕВЕНТОР (57) Устройство содержит корпус 1, в котором размещен кольцевой поршень

5. Внутренняя поверхность (П) поршня

5 имеет форму усеченного конуса 22, и в ее верхней части выполнен скос.

Угол его наклона Р к вертикальной оси превентора больше угла наклона o( к этой оси конического участка 22 поршня 5. Причем Р > 45, а oC 45 б-б

Кольцевой уплотнительный элемент (КУЭ)

8 превентора, выполненный иэ эластомера, имеет верхнюю и нижнюю части с многоугольными вырезами 47 и 56 ромбической формы на его наружной и внутренней П. Они исключают выдавливание

КУЭ 8 в осевом направлении. Нижняя часть КУЭ 8 имеет коническую П, размещенную внутри конической П поршня

5. В вырезах 47 вокруг оси установлены отделенные металлические вкладыши.

Каждый из них состоит из верхней и нижней пластин, соединенных перегородками. Во время движения в корпусе

1 поршня 5 вверх КУЭ 8, деформируясь, уплотняет буровую трубу. При этом вкладыши контактируют с буровой трубой. После запирания вкладышей конический участок 22 выдавливает между ними материал КУЭ 8 к его внутренней стороне. Скос удерживает верхнюю часть КУЭ 8 в сжатом состоянии, что предотвращает обрыв КУЭ 8. 4 з.п. ф-лы, 18 ил.! 3 2 <3;< г

И э о бр е т е пне о т но с и г с я к < р г е г азодо быв ающе И промышленности, а имени о к пр е в е н т ор и ому о бор ул о в а н и к>, Цель и Э о б р е т е нн я - ио выш е и и е и ад ежнос т и работы уплот и и т ел ь и г о зл емента .

Н а фи г . 1 представлен и а к е р пый зл еме нт в узле пр едохр а н и т ел я вы кпи ни в ания, продольное сечение; на фи г . 2

pe eye s A-A н а фи г . 1; н а фиг . 3 — р а 3 ре э 1 0

- Б на фи г . 2 ; на фи г . 4 — у гл убл е и и е пло т ни тел ьн о г о элемента ; на фи г ° 5 пре в е нтор в ч а с тич ном э а к рытом сос тоянии ; на фи г . 6 — ра з р е э В- В н а фиг . 5; на фиг . 7 — в кладыш, вид сбоку; н а фи г . 8 — вкладыш „ вид Г н а фи г . 7 ; H a фи г, 9 - вид Д н а фи г . 7; на фи Г . О ра з р е э Е -Е н а фи г . 3; на фи г . 1 — р а ар е з Ж-Ж на фиг . 5 ; на фиг . 1 2 — моди фицирова н ный пр е в е нтор в открытом с о с то -20 я нии, в ид сверху ; и а фиг . 3 — разрез

И-И на фиг . 1 2; н а фиг . 1 4 — и а к е р, вид сверху ; на фи г . 1 5 — ра з р е з К-K на фи г . 1 4; на фи г, 1 Ü вЂ” модифи ци р о в а и н ая вставка, ис пол ь з у емая в элементе; на

25 фиг. 7 — вид Л на фиг. 16; на фиг. 18— вид М на фиг. 16

Превентор содержит металлический корпус 1, самое нижнее протяжение которого показано снабженным флапцем 2 и сболченньвг болтами 3 с фланцем 4 обсадной трубы или другилг оборудованием устьевой части скважины. Корпус, который может иметь различные формы, содержит поршень 5, подвижный в верх- 35 нем направлении в камере 6 при наложении давления текучей среды на поршневую плоскость 7. Такое gIIII3f

lIoplIlHH служит для сжатия кол ьцР33ОГО уплотнительного элемента 8 при пало- 40 жении давления от протяженности поршневой внутренней кулачковой поверхности на протяженность наружной поверхности пакера.

Уплотнительный элемент имеет HEIKнюю часть 9 тела, предназначсппую для радиального направленного внутрь смещения поршнем при его аксиальпам перемещении, и верхнюю часть 1О тола,пр<д-5g назначенную для аксиального с катия поршнем во время его смещения так,что верхняя часть с усилием взаимодействует с протяженностью поверхности внутренней стенки (например, в местах 11 и 12) корпуса во время движе<гия поршня.Стенка 12 имеет форму yee«eппого конуса для облегчения впутренн И подачи эластомера в ве,, нем мест<3<3<. Io

p< i<<« Й

f Î:1f If» II

,< Elf.II< Вая <<аружпа» к33<а <коваг< ИО верхне: I ь, зад . пня< мая п«рш«ем, имеет

УГOE\ ПаКЛОНа, КотОРЫй ПЗМ НЯЕтСЯ Я симм< 3 ричпых ради;3ль«ых плоско< TRx f п<3срелств<3м ч< го начальное паправленHo< риги<альпы в«утрь сжатие последоу гастKов 3п3лотпигсльпого алеке«та усилпвает< я па единицу направленного вверх смещения поршня для более быстрого закрытия, в То время

Как «H<3f. ff:, зацп;> более I

$ El .отпяющегo усилия < а единицу направивf,Hoão вверх < мещеHHл поршHA. Кроме того, поршень проникает внутрь" радиально наружу от вкладышей 14. уппот«fflrensHafl кольцевая кулачковая ilor,epx Hoc T» con< pm< T первый учасТ к !5 II виде усеченного конуса с меньшим углом наклона м oTHocHTpilI» но центральной оси 16 (или параллельных ей линий) и второй участок 17 в лиге усеченного конуса с бо<гьшим углом наклона Р относительно оси, причем olin радиально наружу пространственно отделены от поверхностей вклаггышей 18 и 19, Участки 15 и 17 пересекаются в кольцевой зоне 20, участок 17 расположен ближе к верхней поверхности уплотнительного элемента

21, чем участок 15. Зона 20 м<3жет быть вогпутой.

Лна lorè÷ío поршень 5 имеет внутреннюю кулачковую поверхность, зацеп" лающую наружную кулачковую поверхность уплотf

<герек.й в участок 22 поверх<< "ги и виде усеченного конуса со .равнит<льно небольшим углом наклона

f3e!IxfIoc в виде усе-<еп <огo конуса со сравнительно белf ш<м углом накло1322986 на относительно оси 16 и в симметричных радиальных плоскостях и зацепляемый с участком 17 поверхности уилотнительного элемента. Обычно угол о а; может быть меньше 45, угол р мо- 5 о жет быть больше 45, и разность межлу двумя углами оС и может о превышать 15 . Возможны также другие углы. Участки поверхностей 22, 23, 15 и 17 расширяются кверху. 10

Во время движения поршня вверх вначале образуется нижняя кольцевая выпуклость 13, внутренняя выпуклость затем постепенно перемещается в верхнем направлении по мере движения пор- 15 шня вверх. Уплотнительный элемент при достаточном смещении радиально внутрь уплотняется вокруг буровой трубы, показанной проходящей аксиально вертикально через превентор. Поскольку 20 закрывание уплотнительного элемента происходит снизу вверх, градиент давления на трубе наибольший внизу и наименьший вверху пакера, зацепляющего трубу, что согласуется с распространением наибольшего давления текучей среды в скважине у нижней стороны уппотнительного элемента с отсутствием давления в скважине сверху пакера.При отсутствии трубы уплотнительный эле- 30

I мент 8 полностью перекроет вертикальный канал 24 через превентор, когда элемент существенно сжат поршнем 5.

Верхняя часть уплотнительного элемента имеет больший полный радиальный 35 размер R в выдвинутом положении поршня, чем в отведенном назад положении поршня.

При направленном вниз движении поршня в ответ на приложение на по- 40 верхность 25 давления текучей среды уплотнительный элемент расширяется радиально наружу до открытого положения. Поршневая кольцевая поверхность

26 может иметь направляющее скользя- 45 щее зацепление с отверстием 27 крышки корпуса. Уплотнительный элемент обычно ограничен по вертикали вниз нижней внутренней поверхности 28 крышки корпуса. 50

Указанные функции еще больше усиливаются посредством выполнения наклонных длин участков 22 и 15 кулачковых поверхностей существенно больше наклонных длин участков 23 и 17 кулачковых поверхностей.

Общая горизонтальная кольцевая выступающая вверх площадь А< поперечного сечения поршня приблизительно равна полной горизонтальной выступающей вниз площади А поперечного сечения, открытой для давления текучей среды скважины. Это обеспечивает состояние сбалансированного дав- ° ления на поршне и пакере до сжатия пакера. При этом давление текучей среды скважины получает доступ в ппостранство 29 в нижней части поршня через отверстия 30 в кольцевом стержне 31.

Уплотнительный элемент 8 с одержит металлические вставки 14, обычно отделенные кольцевым промежутком от центральной вертикальной оси 16, причем вставки имеют перегородки 32, которые обычно проходят продольно по. вертикали. Элемент также имеет кольцо 33 из эластомерного материала,проходящее вокруг оси 16 и окружающее перегородки так, что они удерживают эластомерный материап во время направленного внутрь сжимающего смещения пакерного элемента. Обычно резина сцепляется с металлическими вставками. Эластомерный материал может состоять, например, иэ натуральной или синтетической резины. Радиальная толщина эластомерного материала в позиции 34 между вертикальными внутренними кромками 18 перегородок и отверстием 35 превентора 36 меньше радиальной толщины материала в позиции

37 между вертикальными наружными ,кромками 19 перегородок и наружной периферией 38 уплотнительного элемента.

Кроме того, верхние протяженности

39 перегородок 32 имеют внутренние поверхности 40 или кромки, обращенные радиально внутрь в направлении оси 16, которые проходят вниз и наружу под углом а (фиг.6) относительно вертикали для оказания сопротивления направленному вверх смещению уплотнительного материала в ответ на направленное внутрь смещение уплотнителя поршнем. Это состояние с частично закрытым уплотнительиым элементом, но эластомерным материалом, выступающим внутрь в позиции выпусклости 13, т.е. на более низком уровне, чем уровни кромок или поверхностей 40. Материал уплотнителя, смежный с последним,также может быть прикреплен. Направленное вверх смещение материала давлением в скважине ниже выпуклости 13

1322986

35 уплотнительные кольца 8 содержат углубления, отделенные пространством вокруг осн 16 и проходящие обычно радиально наружу от пересечений с кольцевым отверстием, причем такие углубления приспособлены для сжатия в ответ на направленное внугрь смещение уплотнительного элемента для облегчения закрепления материала против выдавливания вверх за верхнюю поверхность 21 уплотнительного элемента, т.е, в зону 51 (фиг,3). B примере углубления 45 образованы в зластомерном материале так, чтобы выступать из пересечений 52 с отверстием

35 до пересечений 53 с наружной поверхностью у«лотнительного элемента.

55 ограничивается с повышенной эфЬ«ктив ностью.

Поверхности 40 перегородки проходят вверх до размещения вблизи и предпочтительно смежно с наиболее удаленными радиально внутрь поверхностями 41 верхних пластин 42, выполненных за одно целое с верхними частями перегородки. Вставки также имеют нижние пластины 43, выполненные за одно целое с нижними частями перегородок. Пластины 42 имеют кольцеобразную форму вокруг оси 16, как и пластины 43. Противоположные стороны 44 пластин 42 выполнены так, чтобы взаимно совладать или почти совпадать при закрытии уплотнительного элемента. Однако к кал дой такой стороне могут быть прикреплены тонкие полоски 45 зластомерного материала (фиг.9), чтобы они уплотнялись при приближении смежных пластин во взаимно совпадающее состояние. Противополокные стороны 46 ННххНх пластин выполнены так, чтобы совпадать друг с другом или почти совпадать во время закрытия превентора, но «еред полным закрытием. Стороны 44 сужаются внутрь в сторону оси 16, как и стороны 46. Также стороны 44 сукаются кверху (фиг.7-10), а стороны 46 сужаются вниз, причем угол наклона сужения к вертикали меньше примерно 10 . Нижние участки сторон 44 наиболее близки друг к другу во время закрытия, тем самым уплотняя соответствующие углубления 47 от пазов

48 и углубления 49 от пазов 50. Сжатие резиновых слоев или полосок 41 (фиг.10) также закрывает пазы 48 герметически заделывает углубления 45.

Углубления 47 имеют многоугольные попер«нные с«пения н плоскостях, нормальных к их обычно радиальному протяжению (фиг.9). Такие многоугольники могут обычно иметь ромбовидную форму с расходящимися вниз стенками

54 и 55 углублениИ. Во время направленного внутрь смещения уплотнителя стенки 54 и 55 смещаются вверх потоком избыточного эластомерного материала до разрушения углублений (фиг.10). Пазы 48, сообщающие между собой верхние части углублений и верхнюю поверхность уплотнителя также разрушаются, герметически заделывая углубления для предотвращения направленного вверх выдавливания материала из углублений, и тем самым дальнейший поток материала направляется радиально внутрь для герметической заделки на буровой трубе на обычном уровне углублений и во время окончательного закрытия пакера. Горловины углублений 47 (фиг.3) увеличиваются для облегчения потока резины.

Аналогично нижние углубления 56 разрушаются вниз в направлении пазов

50 при течении резины в такие углубления 56 во время направленного внутрь сжатия уплотнителя.

Ряд углублений 47 отделен в осевои направлении от ряда пазов 48 и также пространственно отделен в осевом направлении от первого 15 и вто" рого 17 участков поверхности уплотннтельного элемента, выполненных в виде усеченного конуса, но ближе к участку 17 поверхности, чем к участку 15. Каждая комбинация углубления 47 и паза 48 имеет конфигурацию "замочной скважины", также как каждое углубление 56 и паз 50.

Уплотнительный элемент может содержать дополнительные вырезы 57, пространственно отделенные вокруг оси 16 и проходящие обычно радиально наружу от пересечений 58 с кольцевым отверстием. Вырезы 57 могут быть расположены на уровне или уровнях, промежуточных с уровнями двух рядов углублений 47 и 56, и «риспособлены для заполнения избыточным эластомерным материалом во время направленного внутрь сжатия пакера, тем самым помогая ограничению начального образования выпуклости до сравнительно низкого уровня (фиг,4).

При сравнении полного размера выре7 132298

- а 57 (фиг.3) с его уменьшенным раз— меp(.м 58 (фиг.4) видно,что количееT

Во вырезов 57 может быть равно количе<"тву углублений 45 и они могут иметь обычно кольцевое поперечное 5 с ечение в плоскостях, нормальных к направлению их радиальных длин.

Вкладыши 14 могут иметь перегородки с вертикальными внутренними сторонамп или кромками везде между верхней 10

42 и нижней 43 пластинами. Верхние пластины 42 имеют направленные радиа.чьно внутрь удлинения 59, которые нависают над перегородками в направлении радиально внутрь. Кольца 33 эла- 15

croмерного материала выступают в позиции 60 внутрь от внутренних сторон перегородок и вверх в направлении нависающих удлинений верхних пластин так, чтобы расширяться в позиции 61 2р обычно в направлении пересечений внутренних сторон 40 перегородок и нижних сторон верхней пластины. В результате направленное вверх выдавливание эластомерного материала в зону отверстия 25 предотвращается благодаря удерживанию этого материала ниже нависающих удлинений верхней пластины с помощью потока избыточного материала в разрушающиеся углубления. 3р

1. Превентор, содержащий корпус, в котором размещены кольцевой поршень, внутренняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса,изготовленный из эластомера кольцевой уплотнительный элемент, имеющий верхнюю часть и нижнюю, выполненную с конической поверхностью, расположенной внутри конической поверхности поршня, и размещенные в верхней и нижней частях вырезы, оканчивающиеся на наружной поверхности уплотнительного элемента, установленные в вырезах уплотнительного элемента вокруг оси пространственно отделенные металлические вкладыши, каждый иэ которых выполнен иэ верхней пластины и нижней, соединенных перегородками, проходящими вдоль оси превентора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы уплотнительного элемента, в верхней части внутренней поверхности кольцевого поршня .выполнен скос, угол наклона которого относительно вертикальной оси превентора больше угла наклона относительно этой оси конического участка поршня, а на внутренней поверхности уплотнительного элемента выполнены дополнительные вырезы.

Вкратце высокий конусообразный поршень обеспечивает устойчивый и несложный механизм для обеспечения различных механических перемещений для раэ- 35 личного сжатия закладочного элемента. При приложении гидравлического давления к закрывающей камере превентора поршень смещается вертикально, в результате чего сжимается рези-щ новый резервуар у нижнего или наружного участка закладочного элемента.При продольном сжатии резины у задней части элемента вставки приводятся в радиальном направлении посредством 45 сжатия резины в направлении центра до тех пор, пока верхние и нижние пластины вкладышей не сойдутся вместе, причем в этом положении вкладыши запираются и прекращают дальнейшее продвижение радиально внутрь. Радиальное внутреннее смещение вкладышей и нижнего резиного резервуара способствует переднему или внутреннему смещению резинового резервуара внутрь.

Закрывающее перемещение вкладышей действует так, чтобы смещать резину между вкладышами радиально внутрь дпя питания переднего (внутреннего) 6 8 резервуара резины. После запирания вкладышей меньший конус на поршне действует на нижний (наружный) резер1 вчар уплонительного элемента для подачи резины между вкладышами к передней или внутренней стороне элемента.

Резина v з а д нHеe и ч а cс.тTtи элемента удерживается все время верхним контуром поршня и контуром нижней стороны головки. Поскольку задняя часть (наружная сторона) элемента всегда удерживается и всегда находится в сжатом состоянии, то предотвращаются обрывы резины. Относительное размещение вставок в отношении поперечного сечения уплотнительнсго элемента и кулачковых поверхностей поршня обеспечивают быстрое перемещение вклады/ шей радиально внутрь относительно резины до достижения предопределенного запирающего диаметра. Этот запирающий диаметр является минимальным для минимизации зазора вьщавливания между пластинами вкладышей и трубой, которая предназначена для уплотнения.

Формула и з о б р е т е н и я т л и вырезы выт л и противопоАФиа2

2. Превентор ио п.1, о чающий с ятем,чго полнены многоугольными.

3. Превентор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что вырезы име-5 ют ромбическую форму.

4. Превентор по п.1, о ч а ю шийся тем, что пят, 10 .Iu_#_ ls,< б . кояьн с тороны нижней ила< тиHE I к 1;l-l1,IUIB имеют направленные вниз око .ы.

11ренентэр по п.i о т л и ч а ю ц и и с я тем, что угол наклона::êîñà верхней части поршня относит .льн > вертикальной «си превентора

«G больше 45, а угол наклона коническо.о

ru,часгка поршня — меньше 45

1322986 (Ъг,5

44е.б

l )86 биде

ЬиЭД

РиР.д

Фиа 7

E- E

ФФ es Ю 97

А .ю фиг. 12 Q

Фиг.У ч1 И

Фиа 11

l322986

Are.19 К

1322986

f5 мп 4 r

Составитель И.Кепке

Техред .1.Моргентал Корректор А.Тяско

Редактор А.Коэорнз

Заказ 2884/59

Тирам 532 Подписное

ВНИИЛИ Государственного xowrre га СССР по делам изобретении и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.умгород, ул.Проектная,4