Контактное уплотнительное устройство скважинного лубрикатора

Полезная модель относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах приборами и инструментами на гибком подвижном носителе - каротажном кабеле или скребковой проволоке.
Известен уплотнитель контактного типа для герметизации гибкого подвижного носителя в скважинном лубрикаторе, включающий корпус с размещенными в нем резиновым упругим контактным уплотнительным элементом и нажимной втулкой, взаимодействующей с подпружиненным поршнем, установленным в гидроцилиндре, закрепленном на этом корпусе (Ю.В. Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением», Стр. 167-168. М, Недра 1982 г.). Такое устройство обеспечивает возможность дистанционного управления работой резинового уплотнительного элемента за счет подачи давления рабочей жидкости в полость гидроцилиндра.
Недостатком данного уплотнителя является ограниченная длина резинового уплотнительного элемента, что при высоком избыточном давлении на устье скважины резко снижает его уплотнительную способность. Увеличить длину уплотнительного элемента в рассматриваемой конструкции не представляется возможным, т.к. уплотнительный элемент с увеличенной длиной, при его сжатии поршнем в торцевом направлении, заклинивается между корпусом и гибким подвижным носителем в средней части уплотнительного элемента и не обеспечивает равномерной передачи усилия на весь объем уплотнительного элемента контактного уплотнителя.
Известно сдвоенное «компактное» уплотнение Enviro, предназначенное для формирования уплотнения вокруг движущегося кабеля под давлением. Уплотнение включает два размещенных в корпусе независимых резиновых уплотнительных элемента, облегающих кабель, две нажимные втулки и гидравлическую систему, обеспечивающую подачу рабочей жидкости от насосов к втулкам для поджима уплотнительных элементов. (Каталог продукции ASEP Eimar 2010 National Oilwell Varco Сдвоенное «компактное» уплотнение Enviro, Раздел 4-Оборудование контроля давления большого диаметра, стр. 183).
Такое устройство обеспечивает более эффективную герметизацию кабеля при работе в скважинах с высоким устьевым давлением, чем ранее описанное, так как оно герметизирует каротажный кабель двумя уплотнительными элементами.
Недостатком данного устройства является то, что резиновые уплотнительные элементы управляются двумя гидравлическими линиями, из-за чего устройство имеет значительно большие габариты, стоимость и массу по сравнению с ранее описанным и достаточно сложно в управлении.
Указанные факторы усложняют эксплуатацию описанного устройства и снижают эффективность работы лубрикатора.
Наиболее близким к настоящей полезной модели техническим решением является контактный уплотнитель лубрикатора для исследования нефтяных и газовых скважин с высоким избыточным давлением на устье, в котором уплотнительное устройство для контактной герметизации гибкого элемента (каротажного кабеля или скребковой проволоки) лубрикатора выполняется в виде узла, содержащего нижний и верхний контактные уплотнители, нажимную втулку, нижний и верхний поршни, размещенные в общем гидроцилиндре, причем нажимная втулка снабжена хвостовиком, на котором установлены нижний и верхний поршни, взаимодействующие со своими контактными уплотнителями. При подаче в гидроцилиндр управляющего давления поршни перемещаются в противоположные стороны под воздействием перепада давления между управляющим давлением и атмосферной средой (см., например, патент РФ на изобретение №2456430 С1 кл. Е21В, 33/03 2010 г.).
Такое исполнение уплотнительного устройства обеспечивает герметизацию гибкого подвижного носителя одновременно двумя контактными уплотнителями при помощи одной гидравлической линии управления и одного гидравлического источника высокого давления.
Недостатком описанного уплотнительного устройства является сложность конструкции и невысокая удельная эффективность уплотнения гибкого элемента из-за того, что поршни деформируют резиновые втулки контактных уплотнителей в торцевых частях, что не обеспечивает равномерного обжима гибкого подвижного носителя контактными уплотнителями по всей длине контактного уплотнителя.
Сущностью полезной модели является повышение герметизирующей способности контактного уплотнителя скважинного лубрикатора, упрощение и удешевление его конструкции.
Это достигается тем, что контактное уплотнительное устройство скважинного лубрикатора выполняется в виде длинной резиновой втулки с центральным внутренним отверстием под уплотняемый гибкий подвижный носитель, помещенной в металлический корпус, выполняющий роль гидроцилиндра, имеющий форму цилиндрического стакана с отверстием для подвода рабочей жидкости системы гидроуправления уплотнителем в средней части, отверстием под уплотняемый гибкий подвижный носитель в нижней торцевой части и резьбовым соединением для вкручивания нажимной гайки в верхней торцевой части. Нажимная гайка имеет в центральной части отверстие для гибкого подвижного носителя и используется для зажима и фиксации резиновой втулки внутри корпуса уплотнительного устройства. Торцы резиновой втулки заделываются в металлические муфты с резиновыми уплотнительными кольцами, обеспечивающими герметизацию втулки внутри корпуса. При подаче рабочей жидкости под давлением в корпус, рабочая жидкость, воздействующая непосредственно на внешнюю часть резиновой втулки в радиальном направлении деформирует втулку по всей ее длине, в результате чего втулка равномерно обжимает гибкий подвижный носитель и препятствует проникновению внутрискважинной среды в атмосферу. При сбросе гидравлического давления, резиновая втулка под действием сил упругости принимает исходную форму и освобождает гибкий подвижный носитель.
Использование предлагаемого технического решения позволяет существенно повысить степень герметизации гибкого подвижного носителя, упростить и удешевить конструкцию контактного уплотнительного устройства.
Контактный уплотнитель скважинного лубрикатора изготовлен опытным производством НПФ «Центргазгеофизика» ООО «Газпром георесурс» и успешно прошел стендовые заводские испытания. Будет применяться в установках лубрикаторных геофизических параметрического ряда УЛГ.
На фиг. 1 представлена схема контактного уплотнительного устройства скважинного лубрикатора в разрезе.
Контактное уплотнительное устройство состоит из металлического корпуса 1, выполняющего роль гидроцилиндра, резиновой втулки, выполняющей роль контактного уплотнителя 2 и нажимной гайки 3. Корпус 1 имеет в нижней торцевой части отверстие, через которое проходит уплотняемый гибкий подвижный носитель 4, в средней части - отверстие 5 для подвода рабочей жидкости системы гидроуправления уплотнителем, а в верхней части - резьбовое соединение 6, в которое вкручивается нажимная гайка 3, имеющая в центральной части отверстие для прохода гибкого подвижного носителя 4.
Резиновая втулка 2 имеет на торцах металлические муфты 7 с резиновыми уплотнительньгми кольцами 8, а в центральной части внутреннее отверстие, через которое проходит уплотняемый гибкий подвижный носитель 4.
Работа контактного уплотнительного устройства заключается в следующем.
Через корпус уплотнительного устройства 1, резиновую втулку 2 и нажимную гайку 3 пропускается гибкий подвижный носитель 4 от каротажного подъемника. К отверстию в средней части корпуса устройства 5 присоединяется шланг для подвода рабочей жидкости системы гидроуправления уплотнителем, после чего устройство закрепляется к приемной камере скважинного лубрикатора в его верхней части, а к гибкому подвижному носителю 4 с помощью специального наконечника подсоединяется скважинный прибор.
В процессе спуска прибора в скважину или в процессе его подъема, то есть при движении подвижного гибкого носителя 4 через контактное уплотнительное устройство, в отверстие 5 подается рабочая жидкость, которая создает давление внутри корпуса 1, в результате чего внешняя часть резиновой втулки 2 деформируется в радиальном направлении по всей ее длине, втулка равномерно обжимает гибкий подвижный носитель 4 и препятствует проникновению внутрискважинной среды в атмосферу. После завершения работ давление в приемной камере скважинного лубрикатора выравнивается с атмосферным давлением, подача рабочей жидкости в корпус 1 уплотнительного устройства прекращается, резиновая втулка 2 под действием сил упругости принимает исходную форму и освобождает гибкий подвижный носитель 4.
После завершения скважинных операций уплотнительное устройство отсоединяется от приемной камеры скважинного лубрикатора и разбирается.
Технический результат от использования полезной модели выражается в существенно возрастающей герметизирующей способности контактного уплотнительного устройства, упрощении и удешевлении его конструкции.
Повышение герметизирующей способности скважинного лубрикатора особенно актуально при современных резко возрастающих требованиях к защите окружающей среды на фоне увеличения объемов разработки нефтяных и газовых месторождений с высоким содержанием агрессивных компонентов: сероводорода, сернистого ангидрида и углекислоты.