УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГЕРМЕТИЗАТОРА

Полезная модель относится к нефтегазовой отрасли и может быть использована для герметизации устья скважины колтюбинговых установок.
Известен герметизатор устья скважины, содержащий корпус с крышкой, силовой цилиндр с расположенным в корпусе полым штоком и поршнем, разделяющим его на ближнюю и дальнюю от крышки рабочие полости, и уплотнитель, расположенный в полости корпуса между крышкой и полым штоком (см. А.Г. Молчанов, С.М. Вайншток, В.И. Некрасов В.И. Чернобровкин. Подземный ремонт и бурение скважин с применением гибких труб. Академия горных наук. - М., 1999, с. 75, рис. 3.1). В этом герметизаторе уплотнитель выполнен цилиндрическим и установлен в цилиндрической полости корпуса. Благодаря выполнению уплотнителя цилиндрическим и установке его в цилиндрической полости корпуса, удаление изношенного уплотнителя из данного герметизатора не является трудоемким, так как это удаление осуществляют перемещением полого штока, которым выталкивают изношенный уплотнитель из полости корпуса при снятой с этого корпуса крышке.
Однако этот герметизатор имеет значительные осевые габариты, обусловленные значительной длиной его силового цилиндра, необходимой для обеспечения хода его поршня, достаточного для выталкивания полым штоком из полости корпуса уплотнителя. Уплотнительный элемент интенсивно изнашивается и обладает малой долговечностью.
7
Известна полезная модель, в которой герметизатор длинномерных безмуфтовых труб, содержащий корпус, который выполнен в виде связанных между собой двух частей. Верхняя часть корпуса выполнена, по меньшей мере, с двумя сквозными окнами на боковой поверхности, верхнее основание корпуса выполнено со сквозным осевым отверстием, а нижнее основание корпуса выполнено со сквозным осевым каналом, для пропуска герметизируемого тела (длинномерная безмуфтовая труба), которое проходит через уплотнительный элемент, связанный посредством соединительных элементов с нижней и верхней ограничительными опорами, выполненными с центральными осевыми отверстиями для пропуска герметизируемого тела. При этом выполненный в виде полого цилиндрического тела поршень имеет переменный диаметр в своей верхней и нижней части и оснащен, по меньшей мере, двумя размещенными в его стенках дополнительными гидроцилиндрами, штоки поршней которых являются толкателями, упирающимися своей верхней торцевой поверхностью в нижнюю поверхность горизонтального выпуска верхней ограничительной опоры. А также, уплотнительный элемент выполнен в виде двух концентрично расположенных эластичных деталей с фигурным разрезом стыкующихся вертикальных плоскостей. При этом, выдвижной фиксатор, установленный в верхней части корпуса, является нижним основанием сквозных окон. И верхняя и нижняя части корпуса связаны между собой посредством резьбового соединения. [Патент РФ 81519 МПК Е21В 33/03, 08.10.2008]
К недостаткам аналога следует отнести отсутствие каких - либо конструктивных решений для снижения интенсивности изнашивания уплотнителя и повышения его долговечности.
Техническим результатом полезной модели является повышение долговечности уплотнительного элемента герметизатора за счет создания в уплотнителе дополнительного запаса материала на износ в зонах повышенной интенсивности изнашивания.
Исследование отработавших свой ресурс уплотнителей показали что величина износа уплотнительного элемента по его длине неравномерна. На фиг. 1 приведена типовая эпюра износа наиболее распространенных цилиндрических сборных уплотнителей. Здесь показаны осевая линия уплотнителя 10, первоначальный (номинальный) диаметр сквозного внутреннего отверстия 11 и зоны износа 12. Повышенная величина износа в зонах I и III вблизи торцов приводит к снижению надежности герметизатора по выполнению своих функций.
Технический результат достигается за счет конструктивного решения, позволяющего сделать износ уплотнителя равномерным во всех зонах и тем самым увеличить его срок службы.
Эластичный уплотнительный элемент цилиндрической формы, имеет по продольной оси отверстие и разъем по продольной осевой плоскости. Таким образом уплотнитель в сборе представляет собой разъемную по продольной оси эластичную гильзу. На определенном расстоянии от торцов в уплотнителе расположены кольцевые полости расположенные перпендикулярно оси уплотнителя. Между этими полостями и торцами внутренний диаметр отверстия уплотнителя выполняется меньше, чем в средней части. Объем полости соответствует дополнительному объему кольцевого выступа формирующегося между торцом и кольцевой полостью, который создается за счет разности диаметров в средней и торцевой части уплотнителя.
При сборе герметизатора эта кольцевая полость за счет эластичности материала уплотнителя заполняется дополнительным объемом материала уплотнителя и образуется сплошная поверхность трения труба-уплотнитель. Полости необходимы в связи с тем, что эластичные материалы несжимаемы. Дополнительный объем должен заполнить эти полости так как резина ведет себя как жидкость. В процессе изнашивания при прохождении длинномерной безмуфтовой трубы через уплотнитель повышенный износ в зонах вблизи торцов компенсируется дополнительным запасом материала уплотнителя, который подается в зону трения благодаря внутренней упругости эластичного материала уплотнителя. Так как в этих зонах возникают дополнительные внутренние напряжения, стремящиеся восстановить первоначальную форму уплотнителя.
На фиг. 2 показан узел герметизации с уплотнителем в сборе. Он включает корпус 1, с выступом на корпусе 2. В корпусе установлен уплотнитель, состоящий из двух одинаковых полуцилиндров 3 и 4, между неподвижным металлическим кольцом 5 и подвижным кольцом 6. Через эти кольца и уплотнитель проходит длинномерная безмуфтовая труба 7.
Конструкция уплотнителя представлена на фиг. 3. Уплотнитель состоит из двух одинаковых полуцилиндров 3 и 4, образующих в сборе единый рабочий элемент. Показаны кольцевая полость 8 и кольцевой выступ 9 с дополнительным объемом материала уплотнителя. Номинальный диаметр внутреннего отверстия d.
Устройство работает следующим образом. Через боковое отверстие (на рисунке не показано) в корпусе 1, два полуцилиндра уплотнителя 3 и 4 устанавливаются в полости корпуса на длинномерную безмуфтовую трубу 7, между подвижным 6 и неподвижным 5 кольцами. На подвижное кольцо 6 воздействует управляющий поршень (на рисунке не показан). При этом кольцевой выступ 9 смещается в кольцевую полость 8.
Между трубой 7 и уплотнителем создается давление необходимое для предотвращения утечек рабочей жидкости под действием пластового давления.
В процессе рабочих операций длинномерная безмуфтовая труба 7 движется относительно уплотнителя и изнашивает его. При периодических регламентных работах управляющий поршень снимает давление на уплотнитель. При этом за счет внутренней упругости уплотнителя материал уплотнителя из кольцевой полости 8 подается в зоны повышенного износа. После восстановления давления поршня восстанавливается и линейный размер уплотнителя за счет компенсации изношенного материала новым поступившим из кольцевой полости 8.
Следовательно, увеличивается срок службы уплотнителя и не требуется дополнительных операций и рабочего времени на восстановление работоспособности герметизатора в целом.