Продавочная пробка
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Е 21 В 33/16
Ж(;;:--. „
/... У
Г,.
Е
Мю - :(< Ь7кК,,1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
М ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1+ Sin б
АК„= + 2 h,-Ь
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3776393/22-03 (22) 06.08.84 (46) 30.03.86. Бюл. № 12 (71) Красноярский отдел бурения и испытания скважин Восточно-Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофизики и минерального сырья (72) В.А.Прасолов (53) 622.245.42(088-.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹- 599052, кл. Е 21 В 33/ 14, 1978. Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. Под общей ред. проф. А.И.Булатова. M. Недра, 1977, с. 108. (54) (57) 1. ПРОДАВОЧНАЯ ПРОБКА для вытеснения суспензий из труб, содержащая корпус с расположенной на ней соосно манжетой в виде пакета упругих плоских элементов, расположенных соосно друг другу с выполненными на каждом упругом плоском элементе радиальными или треугольными вырезами и лепестками, причем вырезы предыдущего упругого плоского элемента перекрыты лепестками последующего, отличающаяся тем, что, с целью улучшения зачистки поверхности труб с переменным внутренним диаметром, радиус каждого последующего упругого плоского элемента в направлении движения пробки меньше радиуса предыдущего на величину4К, а радиусы крайних упругих плоских элементов равны наибольшему и наименьшему радиусу труб, толщина h и разность радиусов Д упругих плоских элементов равны минимальным значениям из нескольких рассчитанных для участков сужающихся h 4 1(1 и (или) расширяющихся h 2 и в направлении движения пробки по соответствующим формулам < (- h ) Cog d. — 2t h — h Sinai 1 1 1 т(т -h,)Б Ш42гЛ . h, case(2 (-h1j.созй1 2rh2- h2, 2. Г-(" — 421Sinс + 2 Юt. 62 — h 2 Созй -(Лт) пС1 Д v где f — коэффициент трения твердых частиц в суспензия при дви- М женин по поверхности труб1,К) — условный радиус вытесняемой ) 4 твердой частицы Сю о(— угол между защищаемой поверхностью и осью трубы. 2. Пробка по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что первый упругий плоский элемент в пакете манжеты со стороны корпуса пробки снабжен прокладкой из проницаемого упругого материала, например поролона, с наружным радиусом, равным радиусу первого упругого плоского элемента. 1221323 2 метром, соответствующим диаметру поперечного сечения трубы на участке частицы. При дальнейшем движении пробки в сужении частица 5 оттесняется в пределы действия меньшего по, диаметру элемента, тогда как элемент большего диаметра при встрече поверхности 4 сужения отгибается.. В результате последовательного перемещения по наклонной поверхности и от элемента к элементу частица выталкивается за пределы сужения по- . следним элементом, диаметр которого равен наименьшему внутреннему диаметру трубы. и Проникновению твердых частиц в контактную зону сопрягаемых тел с тыльной стороны манжеты препятствует прокладка 3 из проницаемого упругого материала, поскольку наружный диаметр этой прокладки равен диаметру цилиндра. На фиг.4 отражено положение частицы 5 округлой формы в момент начала взаимодействия с наклонной поверхностью 4 и элементом манжеты. Несмотря на касание частицы 5 элемента 1 контакт между ними не учитывается, поскольку этот элемент на последующем этапе движения отгибается и теряет связь с частицей. N ° АЕ )F AP Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании скважин с использованием продавочных пробок для разделения жидкостей и зачистки внутренних поверхностей труб. Цель изобретения . — улучшение зачистки внутренней поверхности труб с переменным диаметром. На фиг.1 представлена схема вытеснения манжетой твердой частицы в начале сужающегося участка, на фиг.2 — то же, в средней части сужаю щегося участка", на фиг.3 — то же, пр выходе из сужающегося участка в цилиндрическое гнездо", на фиг..4 — расчетная схема к определению параметров манжеты при движении пробки в сужающемся участке; на фиг.5 — то же при движении пробки в расширяющемся участке. Пробка состоит из манжеты 1, выполненной в виде пакета упругих плос ких элементов, закрепленных на корпусе 2. Первый упругий плоский элемент со стороны корпуса снабжен прокладкой 3 из упругого проницаемого материала, например поролона. Переход трубы из одного диаметра в другой образует коническую поверхность 4. Элементы манжеты 1 изготовлены, например, из пружинного стального листа. Они выполнены с радиальными и 35 равномерно распределенными по окружности прямоугольными или клиновидными вырезами от наружного края элемента (диаметр d ) до.недеформируемого в процессе работы внутреннего его участка (диаметр d„ ), причем наибольшая ширина выреза принята равной ЛК, а количество вырезов определено по формуле „>,"(d.) 45 ай Количество элементов .и, манжеты определяется с учетом разности наибольшего R „, „ и наименьшего Р„„;„ радиусов труб (устройств) и найден 50 ной величины hR, т.е. разности радиусов двух соседних элементов, по формуле: ma х ими g0, Удаление с поверхности сужающихся труб частицы 5, условный диаметр которой равен заданному или больше его, производится элементом манжеты с диаНа движущуюся частицу действуют силы тяжести, силы взаимодействия ее с другими составляющими суспензии, лобового сопротивления .и трения о наклонную поверхность. Результирующие этих сил выражены реакциям в опорных точках 4 и 6 при касании частицей 5кромки элемента 1 и наклонной поверхности 4. Вытеснение частицы с наклонной поверхностью возможно только в том случае, если при движении обеспечено вращение ее относительно точки A против часовой стрелки. При этом частица, опираясь на элемент в точке А, скользит вниз по наклонной поверхности. Силы нормального Павления и трения создают моменты вращения относительно точки А . Моменты сил тяжести и лобового сопротивления противоположны по направлению и в структурированной жидкости малы по величине, что позволяет пренебречь влиянием этих моментов на вращение частицы. Таким образом, условие вытеснения можно записать в виде неравенства 1221323 (19) GM=ИО+Г. з где AE и АР— плечи действия вращающих сил М и F относительно точкиА. Но силы АЕ и АР связаны зависимиазм q< Но С М =ИО+ ОС или мостью = N (2) где — коэффициент трения. Подставляя (2) в (1), находим f с АЕ/др (3) Величину определяют из ЛЕО AE =Ю 9(net. 1Ì Далее: АА=СА -СА (5) Иэ ЙОСА находим:, сд=ос.сМ(6) Поскольку толщина элемента манжеты рацна Ь, а радиус частицы В то <ОС ="=h ° (7) Подставив (7) в (6); находим С -(") 9 (8) В ДАОС oA=r., тогда СА= p2-(t -h) = 2(),-),2 (9) Подставляя (9) и (8) в (5), находим: Дд=<.-h)- 8- 2, h (10) а после подстановки (10) в (4) :В2=(2Г-h) coed-S оайй -И . (((> Для нахождения величины АР рассматриваем равную ей величину )5(= : BE=I +Of . (12) Из ЛАЕ ) иЙОс,Й, ЕА=АЕ (=Qd; ОА= OC или с учетом (7) r -h (14) ОЗ= (13) S(r> б. Далее: ое = од-E* или с учетом (14), (13) и (11) :.sE =(г-и> s, оа д(2м -м . Подставим (15) в (12), находим: ;16) Во=До=г+(г-hl sic(eood 2 h-, 1 С учетом (11) и (16) неравенство (3) представляется в виде ( () -h).Consol- Sir>ck. 2. t h - 1 (17) r o (r-hl Sod+eood(2rh— Разность радиусов Я двух контактирукщих между собой элементов манжеты определяется равенством Й(2 =с G +CA (18) Из ЙL&M 5 иа,soS ма= —. амтогда а оо s d По формуле (19) jQQs а, f д „Г З(о, соь Ы соз д.10 или . 1 + ((.> с . (20) dG=) соз а(. Подставляя значение LG из (20) и CN из (9) в (18), находим,, 1+ Ь(г с(. Соз о(. с(-,2 ) Я. Иные зависимости определяются для случая вытеснения частицы с поверхности расширяющегося конуса (фиг.5). Используя схему расчета, приведенную выше, находим: (Г - h ). Соус(. + 2() - h S 2> с( (22) < r-(Г-М(а Od+ 2rh-Ьа Coos (.-((+ h ).S r(d, 25 Й) = + 2» Ь (23) соз (:(I Сравнивая результаты расчета толщины элемента манжеты по формулам (17) и (22), убеждаемся в том, что при равных углах вытеснение частицы с 30 поверхности сужающегося конуса требует применения более тонких пластин . Следовательно, определение толщины элемента манжеты должно производиться с учетом более жестких условий, выражаемых зависимостью (17). Величина же Ь К при равных углах g(наименьшая в случае расчета по формуле (23) при вытеснении частицы с с поверхности конуса, расширякщегося 4О в направлении движения. Таким образом, при наличии в трубах расширяющихся и сужающихся участков с одинаковой конусностью расчет 4R производится по формуле (23) . В общем случае при переменных углах(>В- толщина элемента и разность радиусов 4К контактирукщих между собой элементов определяются по наименьшим значениям, вычисленным по 50 формулам (17), (22), (21) и (23) . Пример. Пробка предназначена для вытеснения цементной суспензии с ,наполнителем из колонны труб с неравнопроходным центральным канаем. Максимальный и минимальный радиусы канала 109 и 77 мм. Диаметр первого элемента манжеты с1 с учетом размера канала трубы 109 мк, диаметр 1221323 недеформируемого внутреннего участка Q„ 60 мм. Угол наклона oL поверхности сужений и расширений к оси труб 10 . Наименьший условный радиус 6 твердой частицы, подлежащий вытеснению из труб, 2 мм. Коэффициент трения (частицы .горной породы о стальную поверхность труб в промывочной жидкости 0,1. Определяем толщину h элемента манжеты методом последовательных приближений по формуле (17). Первоначально принимаем h =0,3 мм. Тогда 0,100 < 00,349. Хотя неравенство правомерно, различие в величинах слишком велико. Сближаем значения, полагая, что h равно 1,0 мм. Тогда 0,100 < 0,175 При h" =1,25 мм 0,100 (О 105 Следовательно, для условий вытес кения частицы с поверхности сужения толщину элемента манжеты можно при нять равной 1,25 мм. Определяем толщину элемента манжеты на участке расширения по формуле (22). При кратности трем или четырем принимаем ь =48. Количество элементов манжеты определяем по формуле R -й hl66 Х vn s 1ъ 109-87 — m>6 6. 3,34 М) Принимаем + =7. При h =1,25 мм 0,100 (0,287. При h =1,,80 мм 0,100 (0,138 При Л =1,90 мм 0,100 < 0,113 Из двух значений. Л, равных 1,25 и 1,9 мм, принимаем наименьшее, т.е. h =1,25 мм. Используя формулы. (21) и (23) . для условий сужений и расширений в трубах, находим разность радиусов двух соседних элементов манжеты йй =4,24 мм, Ьй =3,34 мм. Условиям сужений и расширений вместе взятых соответствует наименьшее значение hR, т.е. 4Р =3,34 мм. Количество вырезов ti в каждом элементе манжеты определяем по форму= ле 7r(d-d ) 6R > 3,14(109-60) 3,34 1221323 1221323 Составитель Н.Чепига Редактор М.Циткина Техред Л.Олейник 1 орректор С.Черни Заказ 1560/38 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент"; r. Ужгород, ул. Проектная, 4
