[发明专利]承受比致动压力高得多的背压的破裂盘组件

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及一种能够承受比爆裂启动压力显著高的背压的启动破裂盘单 元。石油勘探和开采的主要问题是压力启动装置的失效。尽管破裂盘单元对于 启动多个油田井下完井和生产装置中的任何一个是尤为有用的，但其也可用于 包括深海、航天、变换器以及高压容器的需要承受较高背压差的其它应用场合。

启动盘较佳地能够承受至少约20,000磅/平方英寸(表压)以上的背压差， 例如35,000磅/平方英寸(表压)，直到高达约50,000磅/平方英寸(表压)，同 时可在1,000至8,000磅/平方英寸(表压)数量级的启动压力下破裂。对于1/4 英寸直径的盘的爆裂压力为约1,000磅/平方英寸(表压)，且比较大尺寸盘的 爆裂压力低高达90％的运行率(operating ratio)。此外，单元的破裂盘理 想地在经受全背压至该爆裂压力的90％的至少约100个循环时不会过度疲劳， 且必须在油井在井下通常可能会遇到的低至40°F至高至350°F的温度范围内可 靠地运行。

背景技术

先前已在各种井下油井应用中采用破裂盘。在美国专利第5,996,696号中， 提供了一种用于测试具有油井套管的输油管路的整体性的装置。连接到一串端 对端管柱段下部的管状固定器设有通常关闭固定器内通道的破裂盘。固定器就 位情况下的管道支线经受足以测试相邻对管路段之间连接的完整性的液体压 力。一旦确定在任何管道支线段连接中没有泄漏，则对管路支线施加使盘破裂 的程度的过压，由此打开固定器并提供与管道支线连通的穿通通道。在该油井 测试破裂盘应用中，破裂盘相反侧上的压力不会超过盘承受背压差的能力。

在另一井下破裂盘应用中，破裂盘安装在抽油杆或其它类型泵紧接着的上 方连接到管柱最下段的管状固定器的侧壁内。在需要维护或更换泵时，维护或 更换频率根据井下条件从数周变化到数月，油管柱会经受来自表面压力源的使 盘破裂程度的过压，由此在将各段相继拉到表面并每次脱开一个时，使管柱内 的液体能够从管柱排放出去。这样，可防止每段从井内撤出时和从其下方管道 段脱开时从每段溢出油。此外，倾泄阀盘上的压力差没有大到使盘过早破裂。

在本领域长久以来需要能够承受非常高的可变背压差，但同时又可以可靠 地在显著较低的启动压力下选择性地打开的启动破裂盘。

发明内容

先前未解决的需求是一种能够承受与设计启动压力相比极高的背压差的 启动破裂盘，且该盘在低至40°F至高至350°F的温度范围内可靠地承受全背压 至爆裂压力的90％的至少100次循环。破裂盘单元必须可用O形环密封，可 在支承件内方便地安装和更换、制造成本低且能够承受油田井孔内通常所遇到 的腐蚀条件。本发明满足这些有挑战的问题。

该破裂盘单元包括具有流体启动通道的壳体以及流体阻塞该通道的隆起 破裂盘。流体通道的一部分沿使锥形部分的流体入口的面积比流体出口的面积 小的方向呈锥形。隆起破裂盘安装在壳体内，布署成其中心部分流体阻塞启动 流体通道的锥形部分的出口。破裂盘的凸出表面面向远离锥形流体启动通道的 较大端的方向。锥形、大致圆锥形的自动卸开实心塞件互补地接纳在锥形通道 内，使其最大端面与破裂盘的隆起部分的凹面符合配合。该塞件具有足够的质 量以在塞件楔入锥形通道内时朝向塞件的较大表面方向在破裂盘上施加高背 压差的情况下支承盘并防止盘破裂。但是，当沿朝向破裂盘的凹面方向施加启 动压力时，塞件可方便地从锥形通道松开，由此使盘的隆起部分能够破裂。

在本发明的一实施例中，设置与塞件可操作关联的部件以在塞件在施加于 其的流体压力下从流体通道移出时捕获塞件。该部件可以是T形装置的形式， 其中其杆部分附连到塞件而该装置的横向件位于流体通道外侧。该装置的杆部 分的长度使得塞件可基本上在装置的横向件与启动单元的管状壳体接触并受 其限制之前从流体通道移开。捕获装置的另一形式可包括置于塞件和主破裂盘 之间的副盘，副盘具有呈现铰接部分的U形薄弱线，副盘通过通过焊接等附连 到塞件。在流体压力将塞件从流体通道移出时，由于连接到塞件的U形铰接部 分远离副盘的主体弯曲，塞件被捕获并保持在壳体内。