ОГОЛОВОК ДЛЯ ПОГРУЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к трубопроводному оборудованию, с помощью которого обеспечивают подачу текучей среды, добываемой из скважин, в частности к средствам водоснабжения и нефтегазовой промышленности, а именно к вспомогательному оборудованию погружных насосов серии с производственным наименованием ОСП.
Оголовок предназначен для подвешивания погружного насоса с напорной трубой и кабелем и для герметизации устья скважины. Применение оголовка позволяет: предохранить скважину от попадания в нее поверхностных, грунтовых вод и посторонних предметов; увеличить дебит неглубоких скважин за счет образующегося разрежения между оголовком и понижающимся в процессе работы насоса уровнем текучей среды (воды); повысить надежность подвешивания погружного насоса и упростить его эксплуатацию. Расширяющиеся потребность в системах подачи текучей среды, добываемой из скважин, и объем производства соответствующего оборудования требует расширения арсенала и усовершенствования технических средств, предназначенных для реализации данного назначения.
Известен оголовок для подвешивания погружного насоса с напорной трубой и кабелем, содержащий соосно установленные на обсадной трубе скважины крышку с конической поверхностью и центральным осевым отверстием и прижимной фланец с центральным осевым отверстием, уплотнительное резиновое кольцо, расположенное между конической поверхностью крышки и фланцем, комплект стяжных болтов с гайками, установленных в соосных отверстиях крышки и фланца, причем на торце крышки, обращенном к фланцу, по его периферии выполнен кольцевой бурт с внутренней конической поверхностью, вершина конуса которого обращена в сторону, противоположную фланцу, а прижимной фланец и уплотнительное резиновое кольцо установлены с наружной стороны обсадной трубы, при этом соосные отверстия в крышке и фланце также выполнены с наружной стороны обсадной трубы. Всякий раз, при необходимости извлечь насос из скважины возникает необходимость рассоединить крышку и фланец, что является трудоемкой операцией (RU №76033).
При этом существенным недостатком известного устройства являются технологическая сложность проведения работ с погружным насосом и с присоединяемыми кабелями, связанная с необходимостью рассоединить болты и уплотнительный узел крышки и фланца, что являлось трудоемкой операцией, по существу, разборки или полного демонтажа всех деталей оголовка для проведения контрольных, регламентных и иных периодических работ в обсадной трубе.
Наиболее близким аналогом является оголовок, содержащий крышку со сквозным отверстием для напорной трубы и с кольцевым выступом, а также прижимной фланец со сквозным отверстием для обсадной трубы, уплотнительное кольцо и стяжные резьбовые элементы для фиксации резинового кольца к прижимному фланцу и к обсадной трубе, при этом он снабжен основанием со сквозным отверстием для обсадной трубы, основание выполнено с возможностью с одной стороны сопряжения с кольцевым выступом крышки, а с другой - с уплотнительным кольцом, при этом крышка выполнена съемной, а резиновое кольцо размещено между обращенными друг к другу поверхностями основания и прижимного фланца, которые выполнены с возможностью соединения стяжными элементами с образованием базовой части оголовка для стационарной установки на обсадную трубу. При этом прижимной фланец и основание выполнены с коническими расширяющимися встречно друг к другу поверхностями, между которыми соосно обсадной трубе размещено резиновое кольцо, при этом прижимной фланец выполнен с отверстием, имеющим диаметр, превышающий диаметр обсадной трубы, а основание - с отверстием, имеющим диаметр, меньший диаметра обсадной трубы, и снабжено пояском для установки на торец обсадной трубы. Основание выполнено с внутренней кольцевой проточкой для сопряжения и фиксации с кольцевым выступом крышки цилиндрическими поверхностями без резьбы, с отверстие крышки для напорной трубы расположено несоосно отверстию основания для обсадной трубы. Базовая часть снабжена уплотнительным кольцом, размещенным между основанием и крышкой. Основание с наружной стороны снабжено выполненной заодно с ним клеммной коробкой, оснащенной гермовводами кабелей. Крышка снабжена установленным в ее отверстии цанговым зажимом для напорной трубы насоса и установленным на последней уплотнительным кольцом. Крышка с одной стороны снабжена проушинами для подъемного оборудования и гермовводом для кабеля насоса, а с другой - закрепленным с помощью болта карабином троса. Крышка, основание и прижимной фланец снабжены расположенными по наружной боковой поверхности радиальными ребрами жесткости (RU №154426, прототип).
Недостатками данного известного оголовка являются возможность нарушения герметичности в зоне установки цангового зажима по поверхности напорной трубы, опасность проскальзывания напорной трубы в оголовке под действием силы тяжести, пусковых колебаний, вибраций и случайных возмущений при работе подвешенного на оголовок оборудования, обусловленная недостаточным коэффициентом трения между гладкими поверхностями разрезного кольца и пластиковой трубы..
Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее техническое решение, заключается в расширении арсенала технических средств определенного назначения, а именно средств, которые обеспечивают подачу текучей среды, добываемой из скважин.
Технический результат, достигаемый за счет использования заявляемого технического решения, состоит в реализации назначения - подвешивание погружного насоса с напорной трубой и кабелем, герметизация устья скважины, повышение эффективности его использования.
Сущность полезной модели состоит в том, что оголовок для погружного насоса содержит основание со сквозным отверстием для установки пластиковой напорной трубы погружного насоса, прижимной фланец и проходной штуцер, на резьбовом конце которого смонтирован цанговый зажим для фиксации напорной трубы к основанию оголовка, цанговый зажим включает разрезное кольцо, уплотнительное кольцо напорной трубы и нажимную гайку, имеющую плоский внутренний уступ и смонтированную на резьбовом конце проходного штуцера, выполненного с внутренней выемкой, в которой размещены разрезное кольцо и уплотнительное кольцо напорной трубы, причем прижимной фланец и основание выполнены с коническими расширяющимися встречно друг к другу поясками, между которыми размещенокольцо из эластичного материала, прижимной фланец выполнен с отверстием, имеющим диаметр, превышающий диаметр обсадной трубы, а основание - с площадкой для установки на торец обсадной трубы, а также проушины для грузоподъемного оборудования, причем цанговый зажим для фиксации напорной трубы к основанию оголовка снабжен полой вставкой, выполненной с уступом для образования посадочного места уплотнительного кольца напорной трубы, и вставленной во внутреннюю выемку проходного штуцера вокруг разрезного кольца, снабженного наклонными заостренными зубцами на внутренней поверхности и установленного с возможностью перемещения в полой вставке для настройки его положения на напорной трубе с помощью нажимной гайки при ее навинчивании на проходной штуцер, выполненный заодно с основанием.
Предпочтительно, полая вставка выполнена конической с наружной и внутренней коническими поверхностями и с наружным выступом на одном своем краю для опирания на край проходного штуцера, а на другом краю - с внутренним уступом для образования посадочного места уплотнительного кольца напорной трубы, причем разрезное кольцо снабжено наклонными ребрами на наружной поверхности, сопряженными в расширенной их части на одном конце разрезного кольца с радиальными элементами, выполненными с возможностью перемещения разрезного кольца на напорной трубе плоским внутренним уступом нажимной гайки при ее навинчивании на проходной штуцер основания.
Предпочтительно, внутренняя выемка на краю штуцера выполнена ступенчатой и имеет от наружного его края конический участок с наклоном, равным наклону наружной конической поверхности полой вставки конической, далее конический участок меньшей длины с большим наклоном в зоне расположения внутреннего уступа полой вставки конической, а затем цилиндрический участок для установки на уплотнительное кольцо напорной трубы.
Предпочтительно, нажимная гайка имеет наружные продольные ребра жесткости на цилиндрическом участке и ступенчатые радиальные ребра на коническом участке ее наружной поверхности.
Предпочтительно, отверстие проходного штуцера для напорной трубы выполненоэксцентрично отверстию прижимного фланца для обсадной трубы.
Предпочтительно, проушины для грузоподъемного оборудования выполнены в виде проушин дополнительно установленных рым-болтов, закладные гайки которых вмонтированы в основание.
.
Предпочтительно, основание с нижней стороны снабжено закладным рым-болтом с карабином
Предпочтительно, основание и прижимной фланец снабжены расположенными по наружной поверхности радиальными и кольцевыми ребрами жесткости.
На чертеже фиг. 1 - показан общий вид оголовка для погружного насоса,
на фиг. 2 - продольный разрез по фиг.1,
на фиг. 3 - основание,
на фиг.4 - прижимной фланец,
на фиг. 5 - заглушка,
на фиг. 6 - гайка цангового зажима,
на фиг. 7 - разрезное кольцо цангового зажима,
на фиг. 8 - полая вставка цангового зажима,
на фиг. 9 - конфигурация выемки проходного штуцера.
Оголовок для погружного насоса содержит основание 1 со сквозным отверстием для установки пластиковой (преимущественно, полиэтиленовой) напорной трубы 5 погружного насоса (не изображен), прижимной фланец 2, и проходной штуцер 19, на резьбовом конце которого смонтирован цанговый зажим для фиксации к основанию 1 оголовка напорной трубы 5 в вертикальном положении.
Основание 1 и прижимной фланец 2 выполнены с коническими расширяющимися встречно друг к другу поясками 23,27, соответственно, между которыми соосно обсадной трубе 6 размещено кольцо 3 из эластичного материала.
Прижимной фланец 2 выполнен с отверстием, имеющим диаметр, превышающий диаметр обсадной трубы 6, а основание 1 - с площадкой 20 для установки на торец обсадной трубы 6.
Цанговый зажим состоит из нажимной гайки 15, имеющей плоский внутренний уступ 28 (с поверхностью А) и смонтированной на резьбовом конце проходного штуцера 19, выполненного с внутренней выемкой, в которой размещены металлическое упругое (пружинящее) разрезное кольцо 14 и уплотнительное кольцо 13 напорной трубы 5, установленные последовательно на напорную трубу 5.
Нажимная гайка 15 имеет наружные продольные ребра 34 жесткости на цилиндрическом участке и ступенчатые радиальные ребра 35 на коническом участке наружной поверхности.
Цанговый зажим для фиксации напорной трубы 5 снабжен полой вставкой 12 конической с наружной и внутренней коническими поверхностями, выполненной на одном своем краю расширенной с наружным ступенчатым выступом 29 для опирания на край (торец) штуцера 19, на другом краю - внутренним с уступом 30 для образования в выемке проходного штуцера 19 посадочного места уплотнительного кольца 13 напорной трубы 5.
Посадочное место уплотнительного кольца 13 образуется в выемке штуцера 19 при контакте уступа 30 поверхностью Е с уплотнительным кольцом 13 напорной трубы 5. Полая вставка 12 вставлена во внутреннюю выемку проходного штуцера 19 и установлена внутренней конической поверхностью Д вокруг упругого (пружинного) металлического разрезного кольца 14.
Разрезное кольцо 14 установлено с возможностью перемещения в полой вставке 12 для настройки его положения на напорной трубе 5 с помощью нажимной гайки 15 при ее навинчивании на проходной штуцер 19. Разрезное кольцо 14 выполнено с несколькими кольцевыми соосными наклонными заостренными зубцами 31 на внутренней поверхности Г и с наклонными продольными ребрами 32 с наружной поверхностью В, сопряженными в расширенной их части на одном конце этого разрезного кольца 14 с прямоугольными радиальными элементами 33, выполненными с плоскими поверхностями Б для обеспечения возможности перемещения и установки продольного положения разрезного кольца 14 на напорной трубе 5 при взаимодействии с плоским внутренним уступом 28 (поверхность «А») гайки 15. при ее навинчивании на штуцер 19, выполненный заодно с основанием 1. Заостренные зубцы 31 выполнены с наклоном вверх - противоположно направлению весовой или иной нагрузки на оголовок.
Внутренняя выемка на краю штуцера 19 имеет ступенчатую конфигурацию и имеет от наружного его края конический участок 36 с наклоном, равным наклону наружной конической поверхности полой вставки 12 конической, далее конический участок 37 меньшей длины с большим наклоном в зоне расположения внутреннего уступа 30 полой вставки 12 конической, а затем цилиндрический участок 38 для образования с уступом 30 полой вставки 12 посадочного места уплотнительного кольца 13 напорной трубы 5.
Проходной штуцер 19 выполнен заодно с основанием 1 с образованием монолитной неразъемной детали, в которой их отверстиями образован непрерывный сквозной канал для напорной трубы 5.
Отверстие проходного штуцера 19 для напорной трубы 5 выполненоэксцентрично отверстию прижимного фланца 2 для обсадной трубы 6. (Эксцентричными называются детали, имеющие цилиндрические наружные или внутренние поверхности, оси которых параллельны и смещены на определенное расстояние (эксцентриситет).
Основание 1 имеет закладные гайки 16 и закладной болт 17, установленные при литье этой детали. Закладные гайки 16 служат для присоединения верхних рым-болтов 8 с проушинами для грузоподъемного оборудования, а закладной болт 17 ̶ для присоединения нижней рым-гайки 9 с карабином 10 для крепления троса сливного клапана и/или для установки иного дополнительного оборудования (не изображено).
В основании 1 сверху установлена заглушка 11 и смонтирован гермоввод 7 для кабеля электропитания. Заглушка 11 выполнена с проточкой под уплотнение 24 и с проушиной 25 для троса. Стяжные резьбовые элементы в виде винтов 4 (стяжные резьбовые элементы) с шайбами 18 установленные с возможностью фиксации кольца 3 из эластичного материала между указанными встречно направленными коническими поясками 23,27. Закладные гайки 26 для винтов 4 вмонтированы в прижимной фланец 2 при литье этой детали.
Основание 1 и прижимной фланец 2 снабжены расположенными по наружной боковой поверхности радиальными и кольцевыми ребрами 21, 22 жесткости.
При этом основание 1 имеет снизу в зоне работы грузоподъемного оборудования неравномерно расположенные по окружности с неодинаковым угловым шагом (расходящиеся "раскрытым веером")от нижнего края отверстия для напорной трубы 5 "радиальные" ребра 21 жесткости, и несоосные "кольцевые" ребра 22 жесткости, размещенные с переменным промежутком вокруг отверстия для напорной трубы 5. Тем самым обеспечивается максимальная прочность основания 1 в зоне работы грузоподъемного оборудования.
Основание 1 имеет сверху равномерно расположенные по окружности с одинаковым угловым шагом "радиальные" ребра 21 жесткости и концентричные "кольцевые" ребра 22 жесткости.
Прижимной фланец 2 имеет сверху и снизу равномерно расположенные по окружности с одинаковым угловым шагом "радиальные" ребра 21 жесткости и концентричные "кольцевые" ребра 22 жесткости.
Оголовок для погружного насоса эксплуатируется в следующем порядке.
Для ввода в эксплуатацию, перед подвешиванием погружного насоса с напорной трубой 5 и кабелем необходимо тщательно обрезать обсадную трубу 6 перпендикулярно ее оси. Удалить заусенцы в месте среза торца, зачистить обсадную трубу 6 снаружи, грунтовать и покрасить антикоррозийной краской.
Подготовить погружной насос к погружению согласно инструкции к насосу, в том числе: присоединить к штуцеру насоса пластиковую напорную трубу 5.
Прикрепить к насосу трос и кабель необходимой длины. Стянуть напорную трубу 5, электрический кабель и трос пластиковыми стяжками через каждые 2 - 3 метра.
Затем прикрепить свободную часть троса от насоса к карабину 10. Карабин 10 зацепить за нижнюю рым-гайку 9, предварительно продев пластиковую напорную трубу 5 через проходной штуцер 19 и цанговый зажим, а кабель - сквозь кабельный гермоввод 7 основания 1.
Закрепить трос за проушину 25 в заглушке 11.
Прижимной фланец 2 надеть коническим пояском 27 вверх совместно с кольцом 3 из эластичного материала на обсадную трубу 6. Насос опустить в скважину, после чего основание 1 надеть на подготовленный торец обсадной трубы 6 до упора в площадку 20. Затем кольцо 3 из эластичного материала и прижимной фланец 2 приподнять до контакта кольца 3 из эластичного материала с конической поверхностью пояска 23 основания 1. Герметизация насоса в трубе 6 осуществляется за счет затягивания винтов 4, сжимающих кольцо 3 из эластичного материала. Конические поверхности поясков 23,27 при стягивании винтами 4 основания 1 с прижимным фланцем 2 осуществляют обжатие и фиксацию кольца 3 из эластичного материала вокруг трубы 6.
Чтобы напорная труба 5 не провисала, она подтягивается и зажимается цанговым зажимом к проходному штуцеру 19.
Для этого нажимная гайка 15 закручивается (навинчивается) по резьбе штуцера 19 с использованием продольные ребер 34 жесткости на цилиндрическом участке и ступенчатых радиальных ребер 35 на коническом участке наружной поверхности.
При этом в процессе закручивания гайки 15 цангового зажима она начинает уступом 28 воздействовать на элементы 33 и сдвигать, тем самым, разрезное кольцо 14 по трубе 5.
Поскольку полая вставка 12 имеет коническую форму внутренней поверхности Д внутренней стенки, воздействующую на ребра 32 разрезного кольца 14, последнее начинает сжиматься и врезаться своими зубцами 31 в стенку напорной трубы 5.
Зубцы 31 разрезного кольца 14 имеют направленную вверх заостренную форму, препятствующую проскальзыванию трубы 5 под действием силы тяжести, пусковых колебаний, вибраций и случайных возмущений при работе подвешенного на нее оборудования.
В собранном состоянии цангового зажима плоский внутренний уступ 28 (поверхность «А») гайки 15 при завинчивании на штуцере 19 непосредственно соприкасается с поверхностями Б радиальных плоских прямоугольных элементов 33, имеющихся снаружи на разрезном кольце 14.
Наклонные продольные ребра 32 на наружной поверхности В разрезного кольца 14 обжаты внутренней конической поверхностью «Д» полой вставки 12.
Под воздействием уступа «А» гайки 15 и внутренней конической поверхности «Д» полой вставки 12 разрез стенки кольца 14 сжимается в окружном направлении на трубе 5,
Зубцы 31 на поверхности «Г» разрезного кольца 14 сжимаются, охватывают пластиковую напорную трубу 5 своими острыми кромками и, благодаря своей заостренной форме, фиксируют ее от осевого смещения вдоль поверхности «Г».
Полая вставка 12 своим внутренним уступом 30 при его контакте поверхностью Е с уплотнительным кольцом 13 формирует нормированное посадочное место и оптимальный натяг уплотнительного кольца 13 напорной трубы 5.
Поскольку сами по себе разрезное кольцо 14 и уплотнительное кольцо 13 не могли бы обеспечить достаточную герметичность, используется дополнительно установленная цельная полая вставка 12 коническая, поверхность «Е» которой может воспринимать контактное давление уплотнительного кольца 13. Вес напорной трубы 5 и присоединенного к ней оборудования под воздействием силы тяжести воздействует по направлению внутрь скважины, а зубцы 31 на внутренней поверхности «Г» разрезного кольца 14 выполнены с наклоном вверх, т.е. направлены противоположно направлению весовой и вибрационной нагрузки, для исключения проскальзывания.
Цанговый зажим оголовка передает все возмущения, воздействующие на напорную трубу 5 при включении/выключении погружного насоса и иные механический воздействия, через основание 1 и прижимной фланец 2 на грунт, окружающий обсадную трубу 6, без проскальзывания и нарушения герметичности по поверхности трубы 5.
В результате, цанговый зажим напорной трубы 5 выполнен с возможностью нести нагрузку на оголовок со стороны подвешенного на трубе 5 погружного насоса в скважине, тем самым, исключая проскальзывание трубы 5 в цанговом зажиме, с одновременной надежной герметизации ее ввода в скважину.
Заглушка 11 с проушиной 25 служат для закрепления троса от сливного клапана или для установки иного дополнительного оборудования (не изображено).
При подаче электропитания на двигатель погружного насоса осуществляется подача перекачиваемой среды по трубе 5 потребителям.
Конструкция оголовка направлена, в частности на повышение надежности, обеспечение герметичности, и долговечности эксплуатации.
Таким образом, в результате осуществления заявляемой полезной модели обеспечено расширение арсенала оголовков для погружных насосов, реализация назначения оголовка - подвешивание погружного насоса с напорной трубой и кабелем, герметизация устья скважины, повышение эффективности его использования.