Плашка превентора Советский патент 1987 года по МПК E21B33/06 

1335673

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и предназна- чено для герметизации устья при наземном и подводном бурении.

Цель изобретения - повышение долговечности уплотнения за счет уменьшения с амоподжима плашек и снижение трудоемкости обслуживания путем само2

ны 00, Уплотнения 4 плашек 3 своими выступающими передними- поверхностями В касаются друг друга (фиг. 2, 3, 6 и 7), после чего происходит сжатие (упругая деформация) уплотнений 4 под действием, усилия гидропривода 2. Материал уплотнений 4, например резина, находится под удельным давлением

15

восстановления уплотняющей поверхнос- IQ (обычно герметичности можно добиться ти плашки.

На фиг. 1 изображен превентор с плашкой, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, плашки глухие с арматурой; на фиг. 3 - то же, плашки трубные с арматурой (.труба подвешена) | на фиг. 4 - то же, плашка глухая без арматуры; на фиг. 5 - вид А на фиг. 4; на фиг. 6 - момент касания плашек, момент поджатия резины на примере глухой плашки; на фиг. 7 - трубная плашка без арматуры после герметизации (труба вытолкнута давлением).

Превентор, который содержит плашки, состоит из корпуса 1 с пазом (фиг. 1), гидропривода 2, плашек 3 с пазами и уплотнениями 4 (фиг. 2) в них. Уплотнение 4 может иметь арматуру 5 в верхней и нижней части (фиг. 2, 3). Трубная плашка своим уплотнением 4 взаимодействует с бурильной трубой 6, имеющей замковую часть 7. Верхняя А (фиг. 4) и нижняя Б поверхности уплотнения 4 наклонены к направле нию перемещения под углом об . Центральная часть уплотнения состоит из передней В и тьшьной Г поверхностей. Между поверхностями А, Б и В имеются сопрягающие поверхности Д. Плашка 3 имеет верхний 8 и нижний 9 бурты, расположенные соответственно над и под уплотнением 4. Верхний бурт 8 имеет размеры (фиг. 6) Н и h по высоте и L в длину по ходу плашки, определяющие прочность бурта. Величина, неуравновешенной площадки (фиг. 5) ограничена размерами Е и Ь.. Усилие подвески колонны бурильных

только тогда, когда удельное давление в уплотнении больше давления в скважине в 1,2-1,3 раза), которое передается на верхний 8 и нижний 9 бурты. Эта распределенная изгибающая нагрузка действует на бурты 8 и 9. По условиям прочности максимальньш изгибающий момент действует на бурты 8 и 9 на плече L и чем ближе к оси

2Q 00, тем изгибающий момент уменьшается (зависимость носит линейный характер) . Угол oi , выбранный, исходя из этой зависимости, обеспечивает равно- прочность буртов 8 и 9 по всей дли25 не L. При этом за счет угла oi разница размеров Ж и И обеспечивает большой объем уплотнений 4, а значит при усилии закрытия, выбираемом по усилию открытия (открыть превентор под давлением скважины труднее, чем закрыть) , резина уплотнений 4 находится под небольшим удельным давлением (примерно 1,5-1,6 от расчетного давления в скважине) и, следовательно, не пережимается (в других превенторах резина пережимается под действием гидропривода до удельного давления больше скважинного в 6-8 раз). При наличии давления 6 скважине плашки поджимаются одна к другой за счет действия неуравновешенной площадки (Ех h). Это объясняется следующим.

30

35

40

При перемещении плашек из открытого положения в закрытое (до момента 45 герметизации) на плашки во всех направлениях действует скважинное давление (Р. „ ). Плашки при этом уравноС D

вешены, нет силы, действующей на плашки и способствующей или препяттруб составляет Р (фиг. 3) ,, .а выталкивающая сила при наличии давления в скважине Р (фиг. 7). Приняты также следующие обозначения: ось 00-центр скважины, Ж - высота уплотнения 4 в передней части, И - высота уплотнения 4 в тыльной части (фиг. 6).

Плашка работает следующим образом

При закрытии превентора гидроприводами 2 плаЩки 3 перемещаются относительно корпуса 1 к центру скважи

2

ны 00, Уплотнения 4 плашек 3 своими выступающими передними- поверхностями В касаются друг друга (фиг. 2, 3, 6 и 7), после чего происходит сжатие (упругая деформация) уплотнений 4 под действием, усилия гидропривода 2. Материал уплотнений 4, например резина, находится под удельным давлением

(обычно герметичности можно добиться

только тогда, когда удельное давление в уплотнении больше давления в скважине в 1,2-1,3 раза), которое передается на верхний 8 и нижний 9 бурты. Эта распределенная изгибающая нагрузка действует на бурты 8 и 9. По условиям прочности максимальньш изгибающий момент действует на бурты 8 и 9 на плече L и чем ближе к оси

00, тем изгибающий момент уменьшается (зависимость носит линейный характер) . Угол oi , выбранный, исходя из этой зависимости, обеспечивает равно- прочность буртов 8 и 9 по всей длине L. При этом за счет угла oi разница размеров Ж и И обеспечивает большой объем уплотнений 4, а значит при усилии закрытия, выбираемом по усилию открытия (открыть превентор под давлением скважины труднее, чем закрыть) , резина уплотнений 4 находится под небольшим удельным давлением (примерно 1,5-1,6 от расчетного давления в скважине) и, следовательно, не пережимается (в других превенторах резина пережимается под действием гидропривода до удельного давления больше скважинного в 6-8 раз). При наличии давления 6 скважине плашки поджимаются одна к другой за счет действия неуравновешенной площадки (Ех h). Это объясняется следующим.

При перемещении плашек из открытого положения в закрытое (до момента 45 герметизации) на плашки во всех направлениях действует скважинное давление (Р. „ ). Плашки при этом уравноС D

вешены, нет силы, действующей на плашки и способствующей или препят5Q ствующей их перемещению. С момента герметизации, когда плашки касаются трубы и одна другой, .схема действия сил изменяется. Над плашками находится полость низкого атмосферного давgg ления, которое действует на площадь от верхнего края плашки до уплотнения труба-плашка. Давление скважины действует на нижний участок передней части плашки до уплотнения и на уп31

лотнение. В тыльной части плашки давление действует на высоту до верх него торца уплотнения плашка-корпус (рассматривают только горизонтальные силы).

За счет такой неуравновешенности сил, действующих на плашку, появляется сила, поджимающая плашки к трубе и одна к другой. Плашки как бы прилипают одна к другой. Чем меньше высота верхнего бурта над уплотнением, тем меньше поджимающая сила (тем легче открывается превентор при давлении в скважине), тем меньше деформации и напряжения в уплотнении. К закрывающему усилию гидроприводов добавляется поджимающее усилие скважины. Величина этого усилия, зависящая от высоты h (в других превенто- pax зависит .от высоты Н), незначительна и суммарное удельное давление в резине уплотнений составляет примерно 1,8-2 скважинного давления, в то время как в других превенторах оно в 10-15 раз больше скважинного давления.

При отсутствии в уплотнениях 4 арматуры 5 (фиг. 4, 6 и 7) поверхности А, Б и Г являются уплотняющими (в известных превенторах только Г) и обеспечивает хороший контакт и герметичность. В уплотнениях 4 с арматурой 5, которая предохраняет резину от выдавливания в зазоры между плашками при давлении в скважине, дополнительно происходит следующий процесс. При переносе резины на поверхности В (особенно в трубных плашках) бурильная труба 6 касается арматуры 5 и толкает ее от оси 00, при этом резина перемещается вместе с арматурой со стороны поверхности В и Д (большой объем) Б сторону поверхности 6 (меньший объем), создавая большие удельные давления в центральной тыльной части уплотнений (близ по35673

верхности Г), которые перераспределяются в переднюю центральную часть (близ поверхности В) и компенсируют .износ резины за счет объемов (близ поверхностей ДД), образовавшихся наклонными поверхностями (угол об ) А и Б. Перетекание резины с тыльной части в переднюю показано стрелками (фиг.

10 2 и 3).

На плашках 3, которые служат для удержания веса колонны бурильных труб (фиг. 3) и выталкивающей силы при скважинном давлении (фиг. 7)

15 (обычно это все трубные плашки) бурты 8 и 9 воспринимают нагрузку от замка 7 бурильной трубы 6. ПрИ этом изгибающий момент распределяется аналогично описанному на плече L,

2Q а угол выбран также из условия рав- нопрочности всех сечений буртов на плече L. Как правило для трубных плашек нагрузки Р, (подвеска) и Р (выталкивающая) являются определяю25 щими для расчета на прочность, но также угол oL обеспечивает большой объем резины уплотнения 4 и малую неуравновешенную площадку (угол об поверхности А), а значит небольшое

30 удельное давление в уплотнениях 4.

Формула изобретения

Плашка превентора, включающая корпус с пазом и размещенное в пазе корпуса уплотнение с боковыми поверхностями под паз корпуса, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности уплотнения за счет уменьшения самоподжима плашек и снижения трудоемкости обслуживания путем сомовосстановления уплотняющей поверхности плашки, паз в плашке под уп- лотнение в вертикальном сечении имеет вид трапеции,большее основание которой обращено к уплотняющей поверхности плаш.ки.

Л О 5

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и предназначено для герметизации устья при казенном и подводном бурении. Цель изобретения - повышение долговечности уплотнения за счет уменьшения самоподжима плашек (П) 3 и снижение трудоемкости обслуживания путем самовосстановления уплотняющей поверхности П 3. В корпусе 1 П 3 имеется паз, в котором размещено уплотнение с боковыми поверхностями под паз. В вертикальном сечении паз имеет вид трапеции, большее основание которой обращено к уплотняющей поверхности П 3. При перемещении П 3 к центру скважины уплотнения 4 своими выступающими передними поверхностями касаются друг друга и затем сжимаются. В результате этого происходит перекрытие трубного пространства. 7 ил. € СО СО СЛ 05 --sj со

Фиг.

В А 9 5

ФигЛ

ВидА Е

/

Фиг.5

Редактор М, Бланар

Составитель В. Гирин

Техред В.Кадар Корректор А. Тяско

Заказ 4027/28 . Тираж 532Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

™ - - - - - -- -- --« -- -- -- --.-«-Р..--.-.----..- ---.-.--.-.--.--.-.------ --- -.- -г .-I.-mJ-L.--,-. гц.г-.т

Производстве.нио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4