Превентор

СОЮЗ СОЕЕТСНИХсоцИАлистьмеснихРЕСПУБЛИК АЗ Е 21 В 3306( илФ ГОПИСАН РЕТЕНИ АТЕНТ 3456998/2226.06.8227734125.0681цБ 07.07,87, Бюл. У 25Хайдрил Ко.(ЦБ)Вей Дж.Хью (ЦБ), феАК) и Ойдаин Мацуда622.245.7(088.8)Патент США У 217635 нандо Мур(ЦБ) 277-31,12658,Англии В 1 33/06, 19 НТОР йство соде размещен к няя поверх рму усечен хней части тент 21 В ПРЕВ клЕ (54)(П) поршняконуса 22,лнен скос.ертикальнойа наклона о(астка 22а юс с 45 ст ржиол в ко 5 В ст имеетв ее ного вы гол аклона 5 тора больш коническо Причем Рревен й оси е уг орш ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(21) (22) (31) (32) (33) (46) (71) (72) ман (53) (56) 1939П Кольцевой уплотнительный элемент (КУЭ)8 превентора, выполненный иэ эластомера, имеет верхнюю и нвкнюю части смногоугольными вырезами 47 и 56 ромбической формы на его нарукной и внутренней П. Они исключают выдавливаниеКУЭ 8 в осевом направлении. Нилаяячасть КУЭ 8 имеет коническую П, размещенную внутри конической П поршня5. В вырезах 47 вокруг оси установлены отделенные металлические вкладыши.Каждый из них состоит из верхней инижней пластин, соединенных перегородками. Во время движения в корпусе1 поршня 5 вверх КУЭ 8, деформируясь,уплотняет буровую трубу. При этомвкладыши контактируют с буровой трубой. После запирания вкладышей конический участок 22 выдавливает мездуними материал КУЭ 8 к его внутреннейстороне. Скос удерпивает верхнюючасть КУЭ 8 в скатом состоянии, чтопредотвращает обрыв КУЭ 8, 4 з.п.ф-лы, 18 ил.,4/ фиче Проиэводственно"п акаэ 2884/59 ВНИИЛИ по 113035, Тирам 532государственного ко елам изобретении и о Иосква, -35, Раущск 1 одпнсно пега СС крытийая наб предприятие, г.Уагород, ул.Проектная,4Изобретение отнэсится к ээГРгвзодобывающей промышленности, л именно к превенторцому оборудованию,Цель ээзобретецээв - цовышеэцэе надежности работы уплотццтельцэго элемента.На фиг,1 представлен пакерцый элемент в узле предохранителя выклинивания, продольное сечение; нз фцг,2разрез Л-А на фиг.1; на Фиг.3 - разрез О-Б на фиг,2; на фиг,4 - углублениеплотнительного элемента; ца фээг,5превентор в частичном закрытом состоянии; на фиг.6 - разрез В-В ца фиг.5;на фиг.7 - вкладыш, вид сбоку; нэфиг.8 - вкладыш вид Г на фиг.7; цафиг,9 - вид Д на фиг.7;ца фиг.Оразрез Е-Е на фиг.3; ца фиг.,1 - разрез Ж-Ж ца фиг.5; на фиг.12 - модифицированный превентор в открытом состо янки, вид сверху; ца фиг,3 - разрезИ-И на фиг, 12; на фиг. 14 - пакер, видсверху; на фиг. 15 - разрез К-К цафиг,14; на фиг, 16 - модифицированнаявставка, используемая в элементе; ца25фиг,7 - вид Л на фиг,16; ца фиг.18 -вид М на фиг. 16.Превентор содержит металлическийкорпус 1, самое нижнее протяжение которого показано снабженным флаццем 2 ЗОи сболченцьвл болтами 3 с Флаццем 4обсадной трубы или другим оборудованием устьевой части скважины. Корпус,который может иметь различные формы,содержит поршень 5, подвижный в верхнем направлении в камере 6 при наложении давления текучей среды ца поршневую плоскость 7. Такое движениепоршня служит для сжатия кольцРээогоуплотнительного элемента 8 цри цаложении давления от протяженности поршневой внутренней кулачковой поверхности ца протяженность наружной поверхности пакера.45Уплотнительный элемент цмс:ет нижнюю часть 9 тела, предназнасивую для радиального направленного внутрь смещения поршнем при его аксиальцам перемещении, и верхнюю часть 1 О толапредназначенную для аксиального сжатия поршнем во время его смещения так,что верхняя часть с усилием взаимодействует с протяженностью поверхности внутренней стенки (например, в лсестах 11 и 12) корпуса во время дв эжен;ля поршня.Стенка 12 имеет форму усече;ного конуса для облегчения вцутрецц И подачи эластомера в верхнем ме тоээ:ож э В 1 эл ээ бр(.В цц.м ээцжэец ло:эьц Вой нкиэуклоетц3.э л ьэе В а ц р ужцэ к улэк 18 а ИОэер хно: 1 ь, эа влэ лэа я 1 цэшээ ем, имеетУГСЛ ЦЦКЛОНЛ, КотОРЫй ЦЭМ ЦЯЕтСЯ Ясими 1 ричгцэх радцэльээых элого:тях,посредством чего начальное цацраиленцое рэиэл.ца вцут 1 эь сжатие последова ээ ьэых уэасткв у ээлотцц ГольногоэлРмецта усоива т.я ца ецццццу направленного вверх смещения поршня для боэеР бкц. трого закрыэця, в та время как экоцчательное направленное внутрь сжэтц ослед 1 ватеээьцээх участков уплотцительцого эл:мента (например, црц уц;эотценци вокруг буровой трубы) эаэээдээяется илц умецьшаетс.я для рец.эц ээц;более высоковэ механического соотцовц ццл приложения ц большего Уц. отцяющего усилияа единицу цаправээеэ,ного вверх мещецил поршня. Кроме того, поршень проникает внутрь" радиально наружу от вкладышей 14,Упцотццтельцэя кольцевая кулачковая поверхность содс ржит первый участ к 5 в виде усеченного конуса с мецэ,шцм углом наклона м относительно центральной оси 16 (или параллельных ей линий) и второй участок 17 в виде усеченного конуса с большим углом наклона /3 относительно оси, прээчеи оци радиально наружу пространственно отделены от поверхностей вкнаплнцей 18 и 19, Участки 15 и 17 пересекаются в кольцевой зоне 20, участок 17 расположен ближе к верхней поверхности уплотнительного элемента 21, чеи участок 15. Зона 20 мэжет быть вогнутой. Лээас 1 гцчцо порэель 5 имеет внутреннюю кулачковую поверхность, зацеп" ляющую наружную кулачковую поверхность упэотщтсльноо элемента. Поршневая кулачковая поверхность имеет изменяющиеся угль наклона, совпадаюэцие с углами кулачковой поверхности уплотцительцосо элемента при направленном вверх смещении поршня, Поршень имеет цервьэй вцутрецций участок 22 поверхосГи и Виде УСРченцого конуса -0 срэвцительцо небольшим углом наклона Ю. отцосцтэльцо оси 16 в симметричных радиальных ил скостях и эапепляемый с участком 15 Ловрхцо.ти уп.отните.эьцого элемецтэ. Поршень также имеет втоэой участок 23 внутренней по-, верхцостц в виде усе-еэ;ого конуса со срэээцээтельцо бел, эээм углом наклоцаотносительно оси 16 и в симметричных радиальных плоскостях и зацепляемый с участком 17 поверхности уцлотнительного элемента. Обычно уголоь; может быть меньше 45 , уголмоожет быть больше 45 , и разность 0 межлу двумя углами вС иможетопревышать 15 , Возможны также другие углы. Участки поверхностей 22, 23, 15 и 17 расширяются кверху. 10Во время движения поршня вверх вначале образуется нижняя кольцевая выпуклость 13, внутренняя выпуклость затем постепенно перемещается в верхнем направлении по мере движения пор шця вверх. Уплотнительный элемент при достаточном смещении радиально внутрь уплотняется вокруг буровой трубы, показанной проходящей аксиально вертикально через превентор. Поскольку 20 закрывание уплотнительного элемецта 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 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 К в выдвинутом положении поршня, чем в отведенном назад положении поршня.При направленном вниз движении поршня в ответ на приложение на по верхность 25 давления текучей среды уплотнительный элемент расширяется радиально наружу до открытого положения, Поршневая кольцевая поверхность 26 может иметь направляющее скользя 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 наклонцых длин участков 22 и 15 кулачковых поверхностей существенно боль ше 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 давления на поршне и пакере до сжатия пакера. При этом давление текучейсреды скважины получает доступ в ппостранство 29 в нижней части поршнячерез отверстия 30 в кольцевом стержне 31.Уплотнительный элемент 8 содержитметаллические вставки 14, обычно отделенные кольцевым промежутком отцентральной 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 окружающееперегородки так, что они удерживаютэластомерный материап во время направленного внутрь сжимающего смещенияпакерного элемента. Обычно резинасцепляется с металлическими вставками. Эластомерный материал может состоять, например, иэ натуральной илисинтетической резины. Радиальнаятолщина эластомерного материала в позиции 34 между вертикальными внутренними кромками 18 перегородок и отверстием 35 превентора 36 меньше радиальной толщины материала в позиции37 между вертикальными наружными,кромками 19 перегородок и наружнойпериферией 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 13Уплотнительные кольца 8 содержат углубления, отделенные пространством вокруг осц 1 б и проходящие обычно радиально наружу от пересечений с кольцевым отверстием, причем такие углубления приспособлены для сжатия в ответ на направленное внутрь смещение уплотнительного элемента для облегчения закрепления материала против выдавливания вверх за верхнюю поверхность 21 уплотнительного элемента, т,е, в зону 51 (фиг,3). В примере углубления 45 образованы в эластомерном материале так, чтобы выступать иэ пересечений 52 с отверстием 35 до пересечений 53 с наружной поверхностью удлотнительного элемента,45 50 55 ограничивается с повышенной эфэктив- ностью.Псверхности 40 перегородки проходят вверх до размещения вблизи ц 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 совпадать цли почти совпадать при закрытии уцлотнительного элемента. Однако к каждой такой стороне могут быть прикреплены тонкие полоски 45 зластомерного материала (фиг.9), чтобы они уплотнялись при приближении смежных пластин во взаимно совпадающее состояние, Противоположные стороны 46 нижних пластин выполнены так, чтобы совпадать друг с другом или дочти совладать во время закрытия превентора, но перед полным закрытием. Стороны 44 сужаются внутрь в сторону оси 16, как и стороны 46, Также стороны 44 сужаются кверху (фиг.7-10), а стороны 46 сужаются вниз, причем угол наклона суженияк 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. 5 10 15 20 25 30 Углубления 47 имеют многоугольные поперечные сечения 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 удлотнителя 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 удлотнителя 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,Э) 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 удлотнителя,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 уплотцнтельного элемента, выполненных в виде усеченного конуса, но ближе к участку 17 поверхности, чем к участку 15, Каждая комбинация углубления 47 и даза 48 имеет конфигурацию цзамочной скважины также как каждое углубление 56 и паэ 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 на" чального образования выпуклости до сравнительно низкого уровня (фиг,4). При сравнении полного размера выре1. 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 щ и й с я тем, что, с целью повьппения 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. 7 132298 за 57 (фиг.3) с его уменьшенным размерем 58 (фиг.4) видно,что количеето вырезов 57 может быть равно количеству углублений 45они могут иметь обычно кольцевое поперечное 5 сечение в плоскостях, нормальных к направлению их радиальных длин.Вкладыши 14 могут иметь перегородки с вертикальными внутренними сторонами или кромками везде между верхней 10 42 и нижней 43 пластинами. Верхние пластины 42 имеют направленные радиально внутрь удлинения 59, которые нависают над перегородками в направлении радиально внутрь, Кольца 33 эла сто.юрного материала выступают в позиции 60 внутрь от внутренних сторон перегородок и вверх в направлении нависающих удлинений верхних пластин так чтобы расширяться в позиции 61 2 О 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 пото. ка избыточного материала в разрушающиеся углубления, ЗО Вкратце высокий конусообразный поршень обеспечивает устойчивый и несложньв механизм для обеспечения различных механических перемещений для раэ- З 5 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 наружно. го 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 вкладьппей 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. 55 Закрывающее перемещение вкладышей действует так, чтобы смещать резину между вкладышами радиально внутрь дпя питания переднего (внутреннего) 6 8резервуара резины, После запираниявкладьппей меньший конус на поршнедействует на нижний (наружный) резер 1вуар уплонительного элемента для подачи резины между вкладышами к передней или внутренней стороне элемента. Резина у задней части 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 вкладышей 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 изобретенитливыреэь: вытлипротивопог Фиа 2. Превентор ио и,1, о ч а ю щ и й с я тем, чго полцены миогоугольцыми. 3. Превентор по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что вырезы име 5ют ромбическую Форму,4. Превентор по п.1, оч а ю щ и й с я тем, что ЧЯС, 1 Оиож ья бокояьк стороны нижней ила тины к и 1 ыща имеют направленные внизоко ы,11 ренеитор по и. 1 о т л и ч а ю ц и й с я тем, что угол наклона скоса верхней части поршня относит.льни вертикальной си превентора