ПРОТИВОВЫБРОСОВЫЙ УСТЬЕВОЙ САЛЬНИК

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в комплектах арматуры устья скважин для добычи нефти.
Известен (напр., /1/) сальник устьевой типа СУС, в основу конструкции которого положены свойства шаровых подшипников (напр., /2/), особенностью которого является пространственный шаровый шарнир, который обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью скважины в целях уменьшения одностороннего износа набивки и увеличения срока службы сальника.
По опыту эксплуатации, сальники с одним шаровым шарниром не всегда обеспечивают необходимое центрирование штока и оси скважины, которое достигается установкой второго шарового шарнира (напр., /3, 4/), что усложняет конструкцию сальника и снижает его эксплуатационную надежность. Кроме того, в известных решениях не предусмотрены меры на случай аварийного выхода сальникового штока из устьевого сальника. В этих целях сальники снабжают противовыбросовым клапаном /5/, включающим поворотный пружинный затвор, установленный на оси фиксатор с роликом, который контактирует с сальниковым штоком.
Такая конструкция является сложной, ее практическое применение в сложных условиях эксплуатации на месторождениях затруднено.
Прототипом заявляемого технического решения является устьевая арматура для насосной установки с полированным штоком /6/ для обеспечения экстренной герметизации канала арматуры в случае поломки полированного штока, комплектуемая шаровым шарнирным элементом и шаровым направляющим блоком и подпружиненным откидным клапаном,
установленным на шарнирный палец и взаимодействующим с боковыми цилиндром и поршнем, реагирующим на перепады скважинного давления.
Цилиндр и перемещающийся в нем поршень требуют высокой точности изготовления, а контактирование цилиндрической полости регулятора откидного клапана с добываемой из скважины жидкостью, состоящей из воды, нефти, частиц грунта, солей, парафина и других веществ может привести к засорению полости и снижению работоспособности арматуры.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устьевого оборудования, как то обеспечение компенсации несоосностей штока и устья с одновременным агрегатированием с работоспособным противовыбросовым оборудованием.
Технический результат достигается тем, что в противовыбросовом устьевом сальнике, содержащем переходник под насосно-компрессорную трубу с отверстием под сальниковый шток и сферической головкой, образующей шаровый шарнир, размещенный внутри цилиндрической корпусной втулки и содержащий два опорных сферические кольца с уплотнениями, сферические поверхности которых контактируют с соответствующей поверхностью сферической головки, а наружная поверхность опорного кольца контактирует с внутренней поверхностью корпусной втулки с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, трубчатый манжетно-уплотнительный блок с отверстием под сальниковый шток и фланцем, установленный на корпусную втулку и содержащий по меньшей мере два сальниковых уплотнения, между которыми установлен противовыбросовый клапан с подпружиненным запирающим элементом, предотвращающим нефтяной выброс из скважины при обрыве сальникового штока и фиксируемым в исходном состоянии сальниковым штоком посредством поворотно-рычажного механизма, взаимодействующего с сальниковым штоком,
опорные сферические кольца подпружинены относительно внутренних торцевых поверхностей шарового шарнира, одной из которых является фланцевая поверхность трубчатого манжетно-уплотнительного блока, на сферической поверхности опорного кольца выполнена канавка, в которую установлено фторопластовое уплотнительное кольцо, на наружной цилиндрической поверхности опорного кольца выполнена канавка, в которую установлено резиновое уплотнительное кольцо, запирающий элемент выполнен в виде шарика, а ось поворотно-рычажного механизма параллельна оси сальникового штока, причем дополнительно:
- шарик выполнен из фторопласта;
- диаметр шарика равен 1,29-:-1,3 диаметра сальникового штока. На фиг.1 показана конструктивная схема сальника, на фиг.2 -конструктивное исполнение шарового шарнира, на фиг.3 - конструктивное исполнение противовыбросового шарикового клапана.
Сальник содержит переходник 1 со сферической головкой 2 и отверстием под сальниковый шток, трубчатый корпус 3 с двумя сальниковыми уплотнениями манжетного типа нижним 4 и верхним 5 и фланцем 6. С нижней стороны в уплотнении 5 имеется фаска, само уплотнение является сборным и содержит манжеты и втулку из твердых пород дерева. В средней части корпуса между сальниковыми уплотнениями имеется отверстие, в месте которого к корпусу 3 приварен патрубок 7. В патрубок 7 установлена гильза 8 с шариком 9 диаметром D и пружиной 10, зафиксированные резьбовой крышкой 11. В гильзе 8 имеется ось 12, на которой установлена поворотный рычажок 13 с бобышкой 14. Ось 12 параллельна оси сальникового штока. Сверху на корпус 3 установлен резьбовой фиксатор 15, предотвращающий осевое перемещение уплотнения 5. Сверху и снизу на сферическую головку 2 внутри корпусной втулки 16 установлены кольца 17, имеющие сферическую поверхность, диаметр которой соответствует диаметру сферической поверхности головки 2, кольца 18 и пружины 19. Между кольцами 17 и 18 имеется некоторый расчетный
зазор Δ, необходимый для обеспечения рабочего поджатия уплотнительных соединений по головке 2. На наружной цилиндрической поверхности кольца 17 выполнена канавка, в которую между кольцом 17 и корпусной втулкой 16 уставлено уплотнительное резиновое кольцо 20. На сферической поверхности кольца 17 выполнена другая канавка, в которую между прилегающими сферическими поверхностями кольца 17 и головки 2 установлено фторопластовое уплотнительное кольцо 21, уплотняющая поверхность которой имеет диаметр, равный диаметру сферической поверхности головки 2. Пружины 19 установлены в отверстиях, выполненных на торцевой поверхности колец 17 и 18. Шаровый шарнир закреплен в корпусной втулке 16 нижним кольцом 22 и фланцем 6.
В рабочем состоянии сальник охватывает сальниковый шток (линии 23) диаметром d, при этом протечки нефти из скважины предотвращаются двумя уплотнениями 4 и 5 и комбинированным цилиндрическим и торце-сферическим уплотнениями шарового шарнира, который компенсирует несоосность устья скважины и подвески сальникового штока, при этом шарик 9 удерживается внутри гильзы 8 рычажком 13, фторопластовая бобышка 14 которой контактирует с сальниковым штоком. Размеры шарика D и штока d подобраны опытным путем из условия надежного запирания потока нефти из скважины и составляют величину D=(1,29-:-1,31)d для фторопластового шарика.
При обрыве сальникового штока рычажок 13 поворачивается на оси 12, шарик 9 под действие пружины 10 выталкивается во внутренний канал сальника и под действием нефтяного напора из скважины заталкивается в канал уплотнения 5, а при повышенном давлении скважины шарик проходит через уплотнение и застревает в кольцевой полости 24 фиксатора 15, предотвращая тем самым выброс нефти из скважины.
Источники информации:
1. Бухаленко Е.И., Бухаленко В.Е. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. - М.: «Недра», 1991, с.26-27.
2. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.2. Под ред. П.И.Учаева. - 3-е изд., исправл. - М.: «Машиностроение», 1988, с.372-373.
3. Устройство для уплотнения штока глубинного насоса. Патент РФ №2141061, 1999.
4. Самоустанавливающийся устьевой сальник. Патент РФ №2149997, 1998.
5. Противовыбросовый клапан устьевого сальника. Патент РФ №2165003, 2001.
6. Устьевая арматура с предохранительным клапаном. Патент США №4907650, 1990.