САЛЬНИК УСТЬЕВОЙ АКСИАЛЬНЫЙ ПРОТИВОВЫБРОСОВЫЙ
AXIAL BLOWOUT-PREVENTION WELLHEAD STUFFING BOX

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в устьевой арматуре скважин, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками.
Известны сальники устьевые для скважин, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками. Например, сальник устьевой СУС2А-73-31 ТУ3665-114-00135645-2001, имеющий сферическое соединение с устьевой арматурой, предназначенного для компенсации угловой несоосности оси скважины и сальникового штока, и два блока уплотнений. В данной конструкции отсутствует противовыбросовый клапан.
Противовыбросовый устьевой сальник по патенту RU 2299307 Cl, E21B 33/03 содержит сферическое соединение сальника с устьевой арматурой и противовыбросовый клапан, встроенный в сальник между уплотнительными элементами и содержащий пружину сжатия, подпружиненный шар и поворотно-рычажный механизм, контактирующий со штоком. Данное устройство принято за прототип заявляемого технического решения.
Недостатками данного решения являются следующие.
Наличие постоянно действующих поперечных сил со стороны сальникового штока на уплотнения и являющихся основной причиной интенсивного износа уплотнений сальника по всей длине в связи с тем, что сальник и сферическое соединение центрируют подвеску устьевого штока по оси скважины, имеющей отклонение от оси, проходящей через точку подвеса на головке балансира после монтажа станка-качалки, а также от действия динамических аксиальных перемещений колонны штанг в скважине и неточности изготовления и монтажа отдельных элементов станка-качалки.
Сферическое соединение сальника с устьевой арматурой, предназначенное для компенсации углового перемещения сальникового штока в пределах круговой координаты ±50 мм, неэффективно, т.к. возможное угловое перемещение сальникового штока под действием поперечной силы в верхней части сальника может составлять всего 0,1-0,2 мм в зависимости от нагрузки и величины отклонения точки подвеса сальникового штока от оси скважины, что нетрудно подтвердить расчетом.
Противовыбросовый клапан, встроенный между уплотнительными элементами, подвержен воздействию агрессивной среды скважинной жидкости, вызывающей его коррозию и засорение, поворотно-рычажный механизм контактирует с устьевым штоком посредством трения скольжения, вызывая нагрев и износ. Не гарантирована герметичность клапана при низком устьевом давлении.
На чертеже показана конструктивная схема сальника устьевого аксиального противовыбросового. Сальник содержит переходник 1 с резьбой для соединения с устьевой арматурой, и фланцем с расточкой и уплотнением 2, фланец 3 с уплотнением 5 и крепежными элементами 4, замыкающий расточку, образуя круговую камеру, в которую помещена опора трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника 6 в виде фланца, с возможностью аксиального перемещения в камере по круговой координате вместе со штоком, что позволяет подвеске устьевого штока и сальнику располагаться по оси, проходящей через точку подвеса на головке балансира, и исключить поперечные силы в уплотнении, в т.ч. и от действия других источников. Для исключения задевания штока о внутреннюю поверхность устьевой арматуры зазор между внутренним диаметром расточки в переходнике и наружным диаметром фланца опоры S1 должен быть меньше зазора между штоком и внутренним диаметром переходника S2. В верхней части трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника 6 установлены уплотнительно-центрирующие блоки 7 и поджимная муфта 8. На верхнем торце поджимной муфты герметично закреплен противовыбросовый клапан, состоящий из корпуса 9 с расточкой и уплотнением 10, крышки 11 с уплотнением и крепежными элементами 12, замыкающей расточку, образующие замкнутую круговую камеру с эксцентричным отверстием для устьевого штока. В камеру помещен дисковый затвор 17 с уплотняющей поверхностью 18, эксцентрично расположенной осью и следяще-приводным механизмом 13, включающим:
- рычаг 15, закрепленный на оси, с роликом из неметаллического материала 16, контактирующим со штоком, и пружину кручения 14, подвижный конец которой закреплен на рычаге и передает усилие, необходимое для перемещения затвора, с возможностью его регулирования. При наличии штока в сальнике затвор находится в позиции ожидания, не касаясь штока. Ролик при этом контактирует со штоком с усилием, развиваемым пружиной кручения. После аварийного выхода штока из сальника рычаг под действием пружины поворачивает затвор, герметично перекрывая открывшееся отверстие, независимо от величины устьевого давления. Внутренняя полость клапана служит емкостью для масла, которое обеспечивает смазку штока, защиту от коррозии клапана, снижение трения и усилия срабатывания клапана.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности уплотнений сальника за счет разгрузки их от поперечных сил со стороны сальникового штока и обеспечения соосности точки подвеса, сальника и устьевого штока по всей длине контакта с одновременным агрегатированием с дисковым противовыбросовым клапаном, не контактирующим с продукцией скважины и работающим в защитной смазке, одновременно смазывающей устьевой шток, доступный для осмотра и регулировки натяжения пружины, имеющий минимальное усилие контакта с устьевым штоком посредством ролика из неметаллического материала, что повышает его эксплуатационные качества, надежность и долговечность.
Технический результат достигается тем, что сальник устьевой аксиальный противовыбросовый, включающий трубчатый переходник с резьбой для соединения с устьевой арматурой с одной стороны и фланцем с расточкой и уплотнением с другой, верхний фланец с уплотнением, отверстием и крепежными элементами, трубчатый манжетно-уплотнительный блок сальника, с отверстием под устьевой шток, как минимум с двумя секциями манжет и упорно центрирующих втулок, дисковый противовыбросовый клапан для предотвращения выброса нефти из скважины при аварийном выходе сальникового штока из сальника, зафиксированного в позиции ожидания следяще-рычажным механизмом, взаимодействующим с устьевым штоком, причем соединительный узел сальника с устьевой арматурой включает опору трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника в виде фланца, помещенного в плоскую горизонтальную цилиндрическую камеру, образованную между фланцами переходника и верхним фланцем с уплотнениями и крепежными элементами, с минимальным зазором между торцевыми поверхностями фланцев, обеспечивающим аксиальное перемещение сальника вместе со штоком, их соосное расположение по оси, проходящей через точку подвеса штока на головке балансира, и исключающим поперечные силы со стороны сальникового штока на уплотнения, а дисковый противовыбросовый клапан установлен на внешней торцевой поверхности нажимной муфты, включает корпус и крышку с расточкой и эксцентричным отверстием для штока, образующие замкнутую плоскую цилиндрическую камеру, заполненную маслом, с дисковым затвором, имеющим уплотнительную поверхность для герметичного перекрытия отверстия при выходе штока из сальника, управляемым посредством эксцентрично расположенной оси и следяще-приводного механизма, состоящего из рычага, закрепленного на оси, с роликом из неметаллического материала, контактирующим со штоком, и пружины кручения, создающей усилие на рычаге, с возможностью его регулирования.