Устройство герметизации устья скважины при обрыве полированного штока
WELLHEAD SEALING DEVICE IN CASE OF POLISHED ROD BREAKAGE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к запорным устройствам, применяемым при добыче нефти штанговыми насосами.
Известна устьевая арматура для насосной установки с полированным штоком 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 (патент US № 4907650, опубл. 13.03.1989).
Известно устройство герметизации устья скважины при обрыве полированного штока, включающее устьевой запорный клапан, выполненный в виде цилиндрического корпуса с осевым каналом под полированный шток станка-качалки, клапанное седло, расположенное в верхней части цилиндрического корпуса и направляющий элемент с подпружиненным в нем шаровым клапаном, установленным с возможностью постоянного контакта с полированным штоком станка-качалки, выполненный в виде клетки из прутьев, расположенных с возможностью обеспечения беспрепятственного перемещения между ними полированного штока станка-качалки, расположенный в боковом кармане цилиндрического корпуса и выполненный с профилем для перемещения шарового клапана по траектории, обеспечивающей концентричную посадку шарового клапана в клапанное седло (патент RU № 2084612, опубл. 20.07.1997).
Недостатками известных устройств являются сложность конструкции, высокая металлоемкость, требование изменения конструкции устьевого сальника.
Наиболее близким техническим решением является устройство герметизации устья скважины при обрыве полированного штока, содержащее корпус, подпружиненную подвижную запорную плашку, размещенную перпендикулярно оси полированного штока, имеющую возможность перемещения под действием пружины в посадочное гнездо (патент RU № 2121617, опубл. 10.11.1998). На корпусе сальника устьевого перпендикулярно оси штока закреплен корпус отсечного устройства, в котором расположен подпружиненный подвижной шток с конической пробкой, удерживающейся на штоке винтом и упором, предохраняющим одновременно коническую пробку от контакта со штоком, а соосно отсечному устройству в корпусе сальника расточено посадочное гнездо. Пробка отсечного устройства выполнена конической формы. Шток штангового насоса соединен с насосом-качалкой и совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси сальника устьевого. Для обеспечения уплотнения штока уплотнительные разрезные кольца поджаты нажимным фланцем через обойму, в которой расположена верхняя деревянная втулка как подшипник скольжения штока, камера, образованная колпаком, служит для смазки штока и уплотнения штока. Нижним подшипником скольжения служит деревянная втулка в расточке обоймы корпуса. При обрыве штока его верхняя часть уходит вверх с насосом-качалкой, а нижняя часть штока падает в забой скважины. При этом расположенный в корпусе отсечного устройства подвижный шток с конической пробкой под действием пружины перекрывает посадочное гнездо, расточенное в корпусе перпендикулярно оси штока штангового насоса, тем самым предотвращая излив продукта скважины во внешнюю среду. Причем перед пуском насоса-качалки фиксатор должен быть вывернут до упора в упорную планку. После перекрытия скважины корпус отсечного устройства выворачивается из корпуса сальника устьевого, пружины, подвижный шток с конической пробкой извлекаются из посадочного гнезда. После замены штока штангового насоса отсечное устройство в сборе (с зафиксированным фиксатором в корпусе отсечного устройства подвижным штоком с конической пробкой упором, винтом и пружиной) вворачивается на штатное место.
Известное устройство имеет сложную конструкцию, высокую металлоемкость, требует изменения конструкции устьевого сальника и не обеспечивает надежного перекрытия полированного штока в процессе работы станка-качалки.
Техническими задачами изобретения являются упрощение конструкции устройства, повышение надежности перекрытия осевого канала при обрыве полированного штока в процессе работы станка-качалки, расширение технологических возможностей герметизации устья скважины при обрыве полированного штока.
Технические задачи решаются устройством герметизации устья скважины при обрыве полированного штока, содержащим корпус, подпружиненную подвижную запорную плашку, размещенную перпендикулярно оси полированного штока, имеющую возможность перемещения под действием пружины в посадочное гнездо.
Новым является то, что подвижная запорная плашка выполнена в форме диска из полиамида толщиной 2-3 мм, жестко соединена с поворотной пружиной и размещена перпендикулярно оси корпуса, корпус выполнен в форме перевернутого стакана цилиндрической формы с осевым каналом под полированный шток насоса, с переменным наружным диаметром, нижний из которых большего диаметра выполнен с возможностью жесткого соединения с верхней крышкой сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой, а на верхней части выполнен радиальный вырез по периметру, обеспечивающий размещение и вход подвижной запорной плашки, и переходящий в посадочное гнездо, выполненное на внутренней поверхности цилиндрического корпуса в форме кольцевой проточки, обеспечивающей упор в рабочем положении при поперечном движении подвижной запорной плашки под действием поворотной пружины, обеспечивающем перекрытие продольного канала сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой для полированного штока, причем поворотная пружина жестко закреплена на выступающем торце нижней части корпуса и размещена вначале радиального выреза, ниже посадочного гнезда и радиального выреза внутри корпуса размещена манжета в форме диска с продольным отверстием в центре, соосным с отверстием корпуса и сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой, причем плотность материала манжеты меньше, чем плотность добываемой жидкости.
На фиг. 1 изображен внешний вид устройства.
На фиг. 2 схематично изображено устройство.
На фиг. 3 изображено устройство в разрезе.
На фиг. 4 изображен разрез Б-Б.
На фиг. 5 изображен вид сверху.
Устройство герметизации устья скважины при обрыве полированного штока содержит корпус 1 (фиг. 1), подпружиненную подвижную запорную плашку 2 (фиг. 1, 2, 4, 5), размещенную перпендикулярно оси полированного штока 3 (фиг. 1, 3), имеющую возможность перемещения под действием поворотной пружины 4 (фиг. 1, 2, 4, 5) в посадочное гнездо 5 (фиг. 4). Подвижная запорная плашка 2 выполнена в форме диска из полиамида толщиной 2-3 мм и диаметром, превышающим внутренний диаметр манжеты, жестко соединена с поворотной пружиной 4 и размещена перпендикулярно оси корпуса 1. Цилиндрический стальной корпус 1 с осевым каналом под полированный шток 3 насоса, выполнен в форме перевернутого стакана с переменным наружным диаметром, нижний 6 (фиг. 1) из которых большего диаметра выполнен с возможностью жесткого соединения с верхней крышкой 7 (фиг. 1, 3) сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой, например сварным или резьбовым соединением. На верхней 8 (фиг. 1) части выполнен радиальный вырез 9 (фиг. 1, 4) по периметру, обеспечивающий размещение и вход подвижной запорной плашки 2, и переходящий в посадочное гнездо 5, выполненное на внутренней поверхности цилиндрического корпуса в форме кольцевой проточки глубиной 2-3 мм, обеспечивающей упор в рабочем положении при поперечном движении подвижной запорной плашки 2 под действием поворотной пружины 4, обеспечивающем перекрытие продольного канала сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой для полированного штока. Поворотная пружина 4 жестко закреплена на выступающем торце нижней 6 части корпуса и размещена вначале радиального выреза 9. Ниже посадочного гнезда 5 и радиального выреза 9 внутри корпуса 1 размещена манжета 10 (фиг. 3) в форме диска с продольным отверстием в центре, соосным с отверстием корпуса и сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой, причем плотность материала манжеты меньше, чем плотность добываемой жидкости. Манжета выполнена цельной, с зазором относительно внутренней поверхности верхней части корпуса и наружного диаметра полированного штока.
Простая конструкция устройства упрощает процесс его сборки и разборки, сокращает время его установки и снятия, исключает необходимость внесения серьезных изменений в конструкцию сальника устьевого, снижает металлоемкость, повышает надежность перекрытия осевого канала при обрыве полированного штока в процессе работы станка-качалки, исключая засорение повышает надежность работы сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой для полированного штока.
Устройство работает следующим образом.
Цилиндрический стальной корпус 1 устройства для герметизации устья скважины при обрыве полированного штока выполняют в форме перевернутого стакана с переменным наружным диаметром, нижний 6 из которых большего диаметра, с осевым каналом, диаметром 35-40 мм, под полированный шток 3 насоса. На верхней 8 части корпуса выполняют радиальный сквозной вырез 9 по периметру, обеспечивающий размещение и вход подвижной запорной плашки 2, и переходящий в посадочное гнездо 5, выполненное на внутренней поверхности цилиндрического корпуса в форме кольцевой проточки глубиной 2-3 мм, обеспечивающей упор в рабочем положении при поперечном движении подвижной запорной плашки 2 под действием поворотной пружины 4, обеспечивающем перекрытие продольного канала сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой для полированного штока. Ниже посадочного гнезда 5 и радиального выреза 9 внутри корпуса 1 размещают манжету 10 в форме диска с продольным отверстием в центре, соосным с отверстием корпуса и сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой. Манжета имеет упор либо на крышку сальника, либо на упор, выполненный внутри корпуса. Плотность материала манжеты меньше, чем плотность добываемой жидкости. Манжету выполняют цельной, внешний диаметр меньше на 1 мм внутреннего диаметра верхней части корпуса, а внутренний диаметр манжеты больше на 1 мм диаметра полированного штока, например 33 мм. Подвижную запорную плашку 2 выполняют в форме диска из полиамида толщиной 2-3 мм и диаметром, меньшим на 1 мм внутреннего диаметра посадочного седла. Подвижную запорную плашку 2 жестко соединяют с поворотной пружиной 4 и размещают перпендикулярно оси корпуса 1. Поворотную пружину 4 жестко закрепляют на выступающем торце нижней 6 части корпуса и размещают вначале радиального выреза 9. Настраивают усилие пружины, достаточным находится в постоянном контакте плашки 2 с полированным штоком 3. Жестко соединяют корпус с верхней крышкой 7 сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой, например, резьбовым соединением, выполненным на нижней 6 внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности крышки 7 сальника, для герметизации устья скважины во время эксплуатации с самоустанавливающейся головкой. В нерабочем состоянии плашка находится в постоянном контакте с полированным штоком. Манжета находится в покое. Рабочее состояние достигается в случае обрыва полированного штока, в момент исчезновения контакта запорной плашки с полированным штоком. Под действием поворотной пружины, подвижная запорная плашка приходит в поперечное движение, входит в посадочное гнездо и перекрывает продольный канал сальникового устройства для полированного штока. Поступающая из скважины жидкость под давлением прижимает манжету к подвижной запорной плашке, происходит герметизация с манжетой и снижение силы сопротивления жидкости при обрыве полированного штока за счет меньшего удельного веса материала манжеты.
Предложение имеет простую конструкцию устройства, что упрощает процесс его сборки и разборки, сокращает время его установки и снятия, исключает необходимость внесения серьезных изменений в конструкцию сальника устьевого, снижает металлоемкость, повышает надежность перекрытия осевого канала при обрыве полированного штока в процессе работы станка-качалки, повышает надежность работы сальника устьевого с самоустанавливающейся головкой для полированного штока, расширяет технологические возможности герметизации устья скважины при обрыве полированного штока.