Превентор Советский патент 1987 года по МПК E21B33/06 

113.72986г

Иэобрр.теиие относится к иг-фтрга- пии FICJU /I чл чОра Lunia миг.м иижирй

зодобывающей промыш-пениости, л имен-н ольи мип нмиуклогтм 3. но к превенторному оборуловапик;,К -льцепля и;1ружиач куллчкпвая гтоЦель изобретения - гюиьпислие и.ч-nepxiKu:., чаи 711пирмап niipiutirM, имеет

дежности работы уплотнителыюго зиге- 5угч:. т наклон,, который и сменяете ч я

мента,CMMMtJrpHHHhix рлди,1льных плоскостях,

На фиг.1 представлен пакерный гэле-посредством чего начальное иапраьлен- мент в узле предохранителя выклинива-ное радиально ппутрь сжатие последо- ния, продольное сечение; на .2 -влтольиых участков yплoтниrcльF oгo разрез Л-А на фиг.1; на фиг. 3 - ра:1рея Оцлемрмта усилияас тсл на единицу на- Б-Б на фиг.2; на фиг. - У1 лублениеправленного внорх смещения ;торшня для уплотнительного элемента; на фиг. 5 -более быстрого закрытия, FI то время превентор в частичном закрытом состоя-как окончательное нагтрлпленное внутрь НИИ; на фиг.6 - разрез В-В на фиг.5;сжатие последопательных участков уп- на фиг.7 - вкладыш, вид сбоку; на ло1мительного тлсмента (например, фиг.8 - вкладыш, вид Г на фиг.7; напри уплотнении нокруг буропой лрубы) фиг.9 - вид Д на фиг.7;на фиг-. 10 -ча.медляется или уменьшается для ре- разрез на фиг.З; на фиг, 11 - р-тя-али: аци 1 более пь сокого мсханичесКо- рез Ж-Ж на фиг.З; на фиг.12 - модифи-го соотношения приложения ч большего цированный превентор в открытом состо- ;, п.от лю1иего усилия lia единицу направ- янки, вид сверху; на фиг.13 - разрезлемшго вверх смещения поршня. Кроме И-И на фиг. 12; на фиг.14 - пакер, видтого, поршень проникает внутрь ра- сверху; на фиг.15 - разрез К-К надиально наружу от вкладышей 14. фиг.14; на фиг.16 - модифициронанная Уплотнительная кольцевая кулачко- вставка, используемая в элементе; навал ловерхност1 содержит первый уча- фиг.17 вид Л на фиг.16; на фиг.18 -сток 13 п виде усеченного конуса с вид М на фиг. 16.меньшим углом наклона х. относительПревентор содержит металлическийно центральной оси 16 (или параллель- корпус 1, самое нижнее протяж ние ко-ны ; ей линий) и второй участок 17 торого показано снабженным фланцем 2 н пиде усеченного конуса с бочьшим и сболченным болтами 3 с фланцем Ауглом наклона относительно оси, обсадной трубы или другим оборудова-причем радиально наружу прост- нием устьевой части скважины. Корпус,ранственно отделены от поверхностей который может иметь различные формы,вкладышей 18 и 19. Участки 15 и 17 содержит поршень 5, подвижный в церх- 35пересекаются в кольцевой зоне 20, нем направлении в камере 6 при мало-участок 17 расположен ближе к верхней жении давления текучей среды на пор-поиерхности уплотнительного элемента шневую плоскость 7 Такое движоние21, мои участок 15. Зона 20 мржет поршня служит для сжатия КОЛЬ-ЦРВОГОбыть иогнутой. уплотнительногоэлемента 8 при нало- 0

жении давления от протяженности порш- Аналогично поршень 5 имеет внутневой внутренней кулачковой поверхно- ™ кулачковую поверхность, зацепсти на протяженность наружной поверх- - У кулачковую поверхность

iir.-iуплотнительного элемента. Поршневая

НОС Т И П-Д к с р а

кулачковая поверхность имеет изменяУплотнительный э емент имеет ниж-Ю1цяег.ч уг лы наклона, совпадающие с

нюю часть 9 тела, предназначенную дляуглами кулачковой поверхности уплотрадиального направленного внутрь сме-иительного элемента при направленном

щения поршнем при его аксиальном пере-пверх смещении поршня. Поршень имеет

мещении, и верхнюю часть 10 тела, пред-,,,первый внутрен)шй участок 22 поьерхназначенную для аксиального сжатияtioeru в виде усеченного конуса со

поршнем во время его смещения так,чтосравнитольно небольшим углом наклона

верхняя часть с усилием взаимодейству-ut относ-.ительно оси 16 в симметричных

ет с протяженностью поверхности пнут-радиальных гшс скостях и зацепляемый

ренней стенки (например, в м(5стах. 11 ie участком 13 поверхности уплотнии 12) корпуса во время даижекия порш-тельного элемента. Поршень также именя.Стенка 12 имеет форму усеченногоет втооой участок 23 якутрснкей поконуса для облегчения внутренней по-верхности в виде усечеииого конуса

дачи эластомера в верхнем местопо.чо-со срэпнительно бол1,;1:им углом накложет быть больше 45 межлу двумя

ма 1 относительно оси 16 и в симметричных радиальных плоскостях и зацепляемый с участком 17 поверхности уилотнительного элемента. Обычно угол

сс может быть меньше 45 , угол / мо-

и разность U углами сС и jb может превышать 15 . Возможны также другие углы. Участки поверхностей 22, 23,

15 и 17 расширяются кверху.

Во время движения поршня вверх вначале образуется нижняя кольцевая ршгуклость 13, внутренняя выпуклость затем постепенно перемещается в верхнем направлении по мере движения пор- шня вверх. Уплотнительный злемент при достаточном смещении радиальИо внутрь уплотняется вокруг буровой трубы, показанной проходящей аксиально вертикально через превентор. Поскольку закрьгоание уплотнительного элемента происходит снизу вверх, градиент давления на трубе наибольший внизу и наименьший вверху пакера, зацепляющего трубу, что согласуется с распростра- пением наибольшего давления текучей среды в скважине у нижней стрроны уп- Лотнительного 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 размер R в выдвинутом положении поршня, чем в отведенном назад положении поршня.

При направленном вниз движении поршня в ответ на приложение на поверхность 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 крьш1- ки корпуса, Уплотнительный элемент обычно ограничен по вертикали вниз нижней внутренней поверхности 28 крыш

ки корпуса.

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, попеfO

5

52030 35

29864

речного сечения поршня приблизитгль- но 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 зтом давление текучей среды скважины получает доступ в пространство 29 в нижней части поршня через отверстия 30 в кольцевом стержне 31.

Уплотнительный элемент 8 содержит 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 материал во время направленного внутрь сжимающего смещения пакерного элемента. Обычно резина сцепляется с металлическими вставками. Эластомерный материал может состоять, например, из 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 U (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 уплотнительмым элементом, но эла- стомерным 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 П

ограничивается с повышенной эффективностью.

Поверхности 40 перегородки проходят вверх до размещения вблизи и предпочтительно смежно с наиболее удаленными радиально внутрь поверхностями 41 верхних пластин 42, выпол- ненньсх. за одно целое с верхними частями перегородки. Вставки также имеют нижние пластины 43, выполненные за одно целое с нижними частями по.ре городок. Пластины 42 имеют кольцеобразную форму вокруг оси 16, как и пластины 43. Противоположные стороны 44 пластин 42 выполнены так, чтобы взаимно совпадать или почти совпадать при закрытии у1шотнительного элеме1(та. Однако к каждой такой стороне могут быть прикреплены тонкие полоски 45 эластомерного 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 почти совпадать 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.7-1 и), а стороны 46 сужаются вниз, причем угол наклона сужения V к вертикали меньше примерно Ю. Нижние участки сторон 44

наиболее бхшзки друг к другу во аре- 35 рого 17 участков поверхности уплотмя закрытия, тем самым уплотняя со- ответствуюш 1е углубления 47 от пазов 48 и углубления 49 От пазов 50. Сжатие резиновых слоев или полосок 41

(фиг.10) также закрьгаает пазы 48 гер- 40 ления 47 и паза 48 имеет конфигура- метически заделывает углубления 45. цию замочной скважины, также как

каждое углубление 56 и паз 50.

Уплотнйтельные кольца 8 содержат

углубления, отделенные проотранством laoKpyr оси i 6 и проходящие обычно радиально наруж от пересечений с кольцевым отверстием, причем такие углубления приспособлены для сжатия в ответ на направленное внутрь смещение уплотнительного элемента для облегчения закрепления материала против вь давливания вверх за верхнюю поверхность 21 уплотнительного элемента, т.е. в зону 51 (фиг.З). В примере углубления 45 образованы в зла- .j прав/1енного внутрь сжатия пакера, стомерном материале так, чтобы высту- тем самым помогая ограничению на- пать из пересечений 52 с отверстием чального образования выпуклости до . 35 до пересечений 53 с наружной по- сравнительно низкого уровня (фиг.4). верхностью уплотнительного элемента. При сравнении полного размера выреУплотнительный элемент может со- (15 держать дополнительные вырезы 57, пространственно отделенные вокруг оси 16 и проходя1цие обычно радиально наружу от пересечений 58 с кольцевым отверстием. Вырезы 57 могут быть расположены на уровне или уровнях, промежуточных с ypoвня al двух рядов углублений 47 и 56, и приспособлены для заполнения избыточным эластомерным материалом во время на

Углубления 4/ имеют многоугольные поперечные сечения в плоскостях, нормальных к их обычно радиальному протяжению (фиг.9). Такие многоугольники могут обычно иметь ромбовидную форму с расходящимися вниз стенками 54 и 55 углублений. Во время направленного внутрь смещения уплотнителя стенки 54 и 55 смещаются вверх потоком избыточного 3J acToMepHoro 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.З) увели- чикаются для облегчения потока резины.

Лналог ично нижние углубления 56 разрушаются вниз в направлении плзов 50 при течении резины в такие углубления 56 во время направленного внутрь сжатия уплотнителя.

Ряд углублений 47 отделен в осевом направлении от ряда пазов 48 и также пространственно отделен в осевом направлении от первого 15 и вто

нительного элемента, выполненных в виде усеченного конуса, но ближе к участку 17 поверхности, чем к участку 15. Каждая комбинация углубправ/1енного внутрь сжатия пакера, тем самым помогая ограничению на- чального образования выпуклости до . сравнительно низкого уровня (фиг.4). При сравнении полного размера выреУплотнительный элемент может со- держать дополнительные вырезы 57, пространственно отделенные вокруг оси 16 и проходя1цие обычно радиально наружу от пересечений 58 с кольцевым отверстием. Вырезы 57 могут быть расположены на уровне или уровнях, промежуточных с ypoвня al двух рядов углублений 47 и 56, и приспособлены для заполнения избыточным эластомерным материалом во время на71322

чд 7 (фиг. 5) с его уменьшенным размерим 58 (.) видно,что количеет- во нырезс в 57 может быть равно коли- чегтну у1 лублений А5 и они могут иметь обычно кольцевое поперечное сечеиио в плоскостях, нормальных к направлению их радиальных длин.

Вкладыши 1А могут иметь перегородки с вертикальными внутренними сторо

нами или кромками везде между верхнейfO туром поршня и контуром нижней сторо- 42 и нижней 43 пластинами. Верхние ны головки,Поскольку задняя часть пластины 42 имеют направленные ради- (наружная сторона) элемента всегда ально внутрь удлинения 59, которые на- удерживается и всегда находится в яисают над перегородками в направле- сжатом состоянии, то предотвращаются НИИ радиально внутрь. Кольца 33 эла- 15 обрывы резины. Относительное разме- сгпмррпого материала выступают в.позиции 60 внутрь от внутренних сторон перегородок и вверх в направлении нависающих удлинений верхних пластин так, чтобы расширяться в позиции 61 20 шей радиально внутрь относительно ре- обычно в направлении пересечений внут- зины до достижения предопределенного ренних сторон 40 перегородок и нижних сторон верхней пластины, В результате направленное вверх выдавливание эла- стомерного материала в зону отверстия 25 пластинами вкладьппей и трубой,которая предотвращается благодаря удерживанию предназначена для уплотнения этого материала ниже нависающих удлинений верхней пластины с помощью потока избыточного материала в разрушающиеся углубления,30

щение вставок в отношении поперечного сечения уплотнительного элемента и кулачковых поверхностей поршня обеспечивают быстрое перемещение вкладызапирающего диаметра. Этот запирающий диаметр является минимальным для минимизации зазора вьщавливания между

Формула изобретений

1, Превентор, содержащий корпус, в котором размещены кольцевой поршень, внутренняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса,изготовленный из эластомера кольцевой

1, Превентор, содержащий корпус, в котором размещены кольцевой поршень, внутренняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса,изготовленный из эластомера кольцевой

Вкратце высокий конусообразный поршень обеспечивает устойчивый и несложный механизм для обеспечения различных механических перемещений для раз-,r уплотнительный элемент, имеющий верх- личного сжатия закладочного элемен- нюю часть и нижнюю, выполненную с кота. При приложении гидравлического нической поверхностью, расположенной давления к закрывающей камере пре- внутри конической поверхности поршня, вснтора поршень смещается вертикаль- и размещенные в верхней и нижней ча- но, в результате чего сжимается рези- Q стях вырезы, оканчивающиеся на наруж- новый резервуар у нижнего или наружно- ной поверхности уплотнительного эле- го участка закладочного элемента,При мента, установленные в вырезах уплотнительного элемента вокруг оси пространственно отделенные металличе- 45 ские вкладыши, каждый из которых выполнен из верхней пластины и нижней, соединенных перегородками, проходяпродольном сжатии резины у задней части элемента вставки приводятся в радиальном направлении посредством сжатия резины в направлении центра до тех пор, пока верхние и нижние пластины вкладышей не сойдутся вместе, причем в этом положении вкладьши застираются и прекращают дальнейшее продвижение радиально внутрь. Радиальное внутреннее смещение вкладьппей и нижнего резиного резервуара способствует переднему или внутреннему сМе- торого относительно вертикальной оси

щению резинового резервуара внутрь, Закрывающее перемещение вкладьлией действует так, чтобы смещать резину между вкладышами радиально внутрь дня питания переднего (внутреннего)

8

JieaepDyapa резины. После запирания вкладышей меньший конус на поршне действует на нижний (наружный) резервуар 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 сторо- ны головки,Поскольку задняя часть (наружная сторона) элемента всегда удерживается и всегда находится в сжатом состоянии, то предотвращаются обрывы резины. Относительное разме- шей радиально внутрь относительно ре- зины до достижения предопределенного пластинами вкладьппей и трубой,которая предназначена для уплотнения

щение вставок в отношении поперечного сечения уплотнительного элемента и кулачковых поверхностей поршня обеспечивают быстрое перемещение вкладытуром поршня и контуром нижней сторо- ны головки,Поскольку задняя часть (наружная сторона) элемента всегда удерживается и всегда находится в сжатом состоянии, то предотвращаются обрывы резины. Относительное разме- шей радиально внутрь относительно ре- зины до достижения предопределенного пластинами вкладьппей и трубой,которая предназначена для уплотнения

запирающего диаметра. Этот запирающий диаметр является минимальным для минимизации зазора вьщавливания между

туром поршня и контуром нижней сторо- ны головки,Поскольку задняя часть (наружная сторона) элемента всегда удерживается и всегда находится в сжатом состоянии, то предотвращаются обрывы резины. Относительное разме- шей радиально внутрь относительно ре- зины до достижения предопределенного пластинами вкладьппей и трубой,которая предназначена для уплотнения

Формула изобретений

туром поршня и контуром нижней сторо- ны головки,Поскольку задняя часть (наружная сторона) элемента всегда удерживается и всегда находится в сжатом состоянии, то предотвращаются обрывы резины. Относительное разме- шей радиально внутрь относительно ре- зины до достижения предопределенного пластинами вкладьппей и трубой,которая предназначена для уплотнения

1, Превентор, содержащий корпус, в котором размещены кольцевой поршень, внутренняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса,изготовленный из эластомера кольцевой

уплотнительный элемент, имеющий верх- нюю часть и нижнюю, выполненную с конической поверхностью, расположенной внутри конической поверхности поршня, и размещенные в верхней и нижней ча- стях вырезы, оканчивающиеся на наруж- ной поверхности уплотнительного эле- мента, установленные в вырезах уплотнительного элемента вокруг оси пространственно отделенные металличе- ские вкладыши, каждый из которых выполнен из верхней пластины и нижней, соединенных перегородками, проходящими вдоль оси превентора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы уплотнительного элемента, в верхней части внутренней поверхности кольцевого поршня .выполнен скос,угол наклона ко55 превентора больше угла наклона относительно этой оси конического участка поршня, а на внутренней поверхности уплотнительного элемента выполнены дополнительные вырезы.

2.Преве.чтор no п.1, о чающийся тем, что полнены многоугольньми.

3.Преаентор по п.1, о чающийся тем, что ют ромбическую форму.

. Превентор по п.1, очающийся тем, что 86IQ

лижчь с б|.1корыо стороны нижней пластины мкчап.ыша имеют клпраьленные вниз скогы.

v, Прсиентор по п. I, о т л и - чаю ц и и с я тем, что угол наклона скоса верхней части поршня относительно нертикальной оси превентора больше 4:) , а угол иакпона конического :- ча1.:тка поршня - меньше 45 .

28

21

в

;.

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)

10

12

26 21

Фи.5

ВП

Фи2.6

чг

чг

Ьи дГ

Фиг. 12

п

Фиг. и

Фиг.П К

Вид

42

32,3

W „ Фиг.6

Составитель И.Кепке Редактор А.Коэориэ Техред М.Моргентал Корректор А.Тяско

Заказ Тираж 532Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР

по делам изобретении и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4