Герметизатор устья скважины Советский патент 1992 года по МПК E21B33/03 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин с обратной промывкой с применением пены в качестве очистного агента.

Известен превентер, содержащий корпус, направляющую втулку и эластичный уп- лотнитель с сальниковой втулкой из микропористого эластичного материала.

Известен также превентер, содержа- щий корпус с крышкой, плунжер и армированный уплотнитель с радиальными канавками на верхней и нижней наружных поверхностях и продольными канавками на наружной конической поверхности.

Недостатком известных устройств является наличие сухого трения между уплотнителем и уплотняемым элементом буровиго снаряда и жесткое закрепление уплотняющего элемента на обойме, что приводит к быстрому износу уплотнителя в процессе работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для герметизации устья скважины, включа- ющее корпус с кольцевой камерой и кольцевое эластичное уплотнение, снабженное кольцевой плавающей муфтой с дополнительным кольцевым уплотнением и радиальными сквозными каналами в теле муфты. Устройство обжимает уплотняемые трубы в процессе работы за счет подачи воздуха под давлением через радиальные отверстия к эластичному уплотнению и воспринимает поперечные колебания бурильных труб при их движении за счет смещения кольцевой муфты.

Эластичное уплотнение в процессе работы плотно (без зазора) обжимает уплотняемый элемент, но площадь контактирующей поверхности уплотняющего элемента меньше площади контакта наружного уплотнителя плавающей муфты, который имеет больший диаметр. Вследствие этого в процессе работы (вращения труб) происходит проскальзывание труб в месте их обжатия эластичным уплотнителем, что приводит к повышенному износу уплотнителя. Разборка герметизирующего устройства данной конструкции весьма трудоемка и требует значительных затрат времени.

Целью изобретения является повышение надежности в работе герметизатора за счет снижения перепада давления на уплот- нительных элементах и повышения их износостойкости.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция предусматривает возможность использования нескольких последовательно установленных друг на друге одинаковых корпусов с крышками, внутренние полости которых сообщаются между собой и с рабочей поверхностью через регулируемые клапаны, обеспечивающие заданный перепад давлений на каждом уплотнительном элементе, выполненном из нескольких одинаковых секций, смонтированных в общих обоймах, опирающихся на пары плоских колец, установленных с возможностью перемещения друг относительно друга и имеющих несквозные радиальные пазы на контактной поверхности, выходящие на ее наружную и внутреннюю стороны, при этом кольцевые уплотнительные элементы имеют шероховатую наружную поверхность, а каждая секция снабжена внутренними каналами, соединяющими наружную поверхность с внутренней полостью корпуса, в конструкцию включен также легкоразъемный узел крепления на обсадной колонне.

На фиг. 1 изображен герметизатор с двумя корпусами, общий вид; на фиг. 2 - вид

А на фиг. 1; на фиг. 3 - одна из секций кольцевого уплотнительного элемента; на фиг. 4 - гидравлическая схема, обеспечивающая заданный перепад давлений; на фиг.5- схема расположения пазов на контактной поверхности одного из плоских колец; на фиг. 6 - профиль фигурных пазов на торце башмака, относящегося к узлу крепления на обсадной колонне.

Герметизатор устья скважины (фиг. 1) включает последовательно состыкованные корпусы 1 с крышками 2, кольцевыми уплот- нительными элементами 3, заключенными в обоймы 4, снабженные радиальными каналами 5, опирающиеся на пары плоских колец 6 с пазами 7, и узел 8 крепления на обсадной колонне 9. Во внутренних полостях 10 каждого корпуса размещены регулируемые клапаны 11, смонтированные в каналах 12, расположенных в крышках 2.

Каждый кольцевой уплотнительный элемент 3 состоит из секций (фиг. 2), имеющих внутренние каналы 13 (фиг. 1 и 2), связывающие наружную поверхность 14 кольцевого уплотнительного элемента с внутренней полостью 10 корпуса.

Герметизатор устья скважины работает следующим образом.

Нагнетаемая в скважину пена через отверстие 15 в узле 8 крепления на обсадной колонне 9 поступает во внутренние полости 10 корпусов в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 3. При этом заранее отрегулированные клапаны 11 обеспечивают перепады давления, удовлетворяющие соотношениям

... Рп, где Pi - давление в нагнетательном тракте;

Р2 - давление в линии после первого клапана;

РЗ - давление в линии после второго клапана;

Рп - давление в линии после n-1-ro клапана, при этом

Р1-Р2 Р2-Рз Рп-1-Рп.

Во время бурения скважины кольцевые уплотнительные элементы 3 (фиг. 1) с обоймами 4 вращаются вместе с уплотняемой трубой 16, опираясь на контактные поверхности плоских стальных колец 6. Контактные поверхности смазываются пеной через радиально расположенные несквозные пазы 7 (фиг. 1 и 4). Расположение и длина несквозных пазов 7 (фиг. 4) обеспечивают смазку всей контактной поверхности, одновременно предотвращая перетекание пены из затрубного пространства 17 во внутреннюю полость 10 корпуса.

Каналы 13 обеспечивают подпитку пеной наружной поверхности 14, представляющей собой кольцевую полость с зазором,

5 соизмеримым с диаметром пузырьков пены. Таким образом, каждый кольцевой уплотнительный элемент обеспечивает герметизацию в условиях определенного перепада давлений, при котором гарантиру0 ется его нормальная работа. Количество используемых корпусов и кольцевых уплотнительных элементов может меняться в зависимости от глубины скважины, т.е. от перепада давлений.

5 Монтаж корпусов с заключенными внутри деталями и узла крепления осуществляются раздельно. Узел 8 крепления монтируется на обсадной трубе 9, а корпусы 1 с размещенными внутри элементами уплотнительных устройств - на уплотняемой трубе 16. Соединение узла крепления с корпусами осуществляется под действием одноразового осевого усилия (например, при нажатии нижним патроном станка). При

этом штифты 18 перемещаются и стопорятся в фигурных пазах 19 (фиг, 5). Отсоединение герметизирующей части от узла крепления на обсадной колонне осуществляется, как и соединение, одноразовым осе0 вым усилием.

Использование изобретения позволит повысить надежность работы герметизатора за счет создания определенного, не выше расчетного перепада давления на каждом

5 модуле, что обеспечит гарантированное уплотнение взаимно перемещаютдихся поверхностей при отсутствии сухого трения и, следовательно, отсутствии повышенного износа кольцевого уплотнительного эле0 мента.

Экономическая эффективность состоит в существенном снижении затрат времени на монтажные операции герметизатора при бурении скважины, поскольку износ сколь5 зящих поверхностей практически отсутствует, и надежность работы изделия значительно повышается.

Формула изобретения Герметизатор устья скважины, включз0 ющий последовательно установленные друг на друге корпусы с крышками, кольцевыми уплотнительными элементами и узел крепления на обсадной колонне, отличающийся тем, что. с целью повышения

5 надежности в работе герметизатора за счет снижения перепада давления на уплотнительных элементах и повышения их износостойкости, он снабжен размещенными в каждом из корпусов обоймами, плоскими

0 кольцами и регулируемыми клапанами, причем кольцевые уплотнительные элементы

установлены в обоймах с возможностью радиального перемещения в них, обоймы выполнены с радиальными каналами для сообщения с внутренними полостями корпусов, крышки которых имеют каналы для размещения в них регулируемых клапанов и сообщения внутренних полостей смежных корпусов, плоские кольца жестко закреплены на обоймах и в корпусах и выполнены с несквозными радиальными пазами на кон-

тактных поверхностях, при этом контактирующие между собой кольца установлены с возможностью взаимного радиального перемещения, а каждый кольцевой уплотни- тельный элемент выполнен секционным, с шероховатой наружной поверхностью и имеет внутренние каналы для сообщения наружной поверхности кольцевого уплотни- тельного элемента с внутренней полостью корпуса.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения скважин с промывкой пеной. Цель изобретения - повышение надежности работы герметизатора за счет обеспечения возможности снижения перепада давления на уплотнительных элементах и повышение их износостойкости. Герметизатор содержит установленные друг на друге корпуса (К) 1 с крышками 2, кольцевыми уплотнитель- ными элементами (КУЭ) 3 и узле крепления на обсадной колонне 9. В каждом из К 1 размещены обоймы 4, плоские кольца (ПК) 6 с регулируемые клапаны 11. Установлены КУЭ 3 в обоймах 4 с возможностью радиаль

foe. 2

Фиг.,3

Фиг. 5

mr.

Фиг. 4Фиг. б