САЛЬНИК УСТЬЕВОЙ
WELLHEAD GLAND

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для герметизации устья нефтяных скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками.
Известна конструкция устьевого сальника (I) (см. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, облуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования». Москва, «Недра», 1985 г., стр.42-45), являющегося самоустанавливающимся, содержащего сальниковую головку с нижней опорой в виде сферической головки, тройник с верхним патрубком, в котором выполнена осевая сферическая расточка и буртик с наружной резьбой, нижним патрубком с резьбой под насосно-компрессорные трубы и боковой выкидной патрубок.
Сальниковая головка своей опорой закреплена в сферической расточке верхнего патрубка-тройника при помощи накидной гайки со сферической расточкой. Сальниковая головка может наклоняться в сферическом соединении и самоустанавливаться по сальниковому полированному штоку.
При горизонтальном смещении станка-качалки от номинала полированный шток стремится также переместиться в радиальном направлении, в верхней НКТ, что приводит к наклону полированного штока совместно с сальниковой головкой в сферическом соединении. При этом верхняя муфта штанговой колонны контактирует с внутренней стенкой НКТ, в верхней части.
Недостаток - отсутствие самоустановки сальниковой головки по полированному штоку, при его радиальном перемещении в верхней части НКТ, что приводит к неравномерному и ускоренному износу уплотнительного элемента и направляющих втулок сальникового устройства, самого полированного штока и насосно-компрессорной трубы.
Известен устьевой самоустанавливающийся сальник (II) (см. пат. РФ 2149977, М Кл. Е21В 33/03, опубл. 27.05 2000 г.), принятый за прототип, содержащий тройник, верхний патрубок которого имеет сферическую расточку и буртик с наружной резьбой. На верхнем патрубке расположена сальниковая головка со сферической опорой, связанной с тройником, уплотненным сферическим соединением. Переход с опорой и сальниковая головка могут наклоняться в сферических соединениях вокруг их центров, что позволяет самоустанавливаться по сальниковому штоку при радиальных перемещениях и наклонах в пределах внутреннего диаметра верхней насосно-компрессорной трубы.
Недостатком конструкции является:
- принцип самоцентровки реализован не в полном объеме: поскольку верхняя и нижняя самоцентрирующие головки принадлежат одним переходам;
- замену уплотнительного элемента полированного штока осуществить невозможно без глушения скважины или необходимо оснащение скважины противовыбросовым оборудованием;
- износ уплотнительного элемента полированного штока происходит в ускоренном темпе, поскольку отсутствует смазка в контакте при запуске скважины и до момента подкачки к сальниковому узлу пластовой жидкости.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- возможность самоустановки уплотнительного элемента относительно полированного штока;
- возможность обеспечения смазки трущихся поверхностей в момент начала работы установки за счет наличия смазочной камеры;
- возможность восполнения объема смазочной жидкости в смазочной камере в процессе работы штангового насоса;
- возможность замены изношенного сальникового уплотнительного элемента без глушения скважины.
Технический результат достигается тем, что сальник устьевой включает тройник, выкидной патрубок, сальниковую головку в виде верхней сферической опоры с расточкой, перекрытой внизу донышком, заполненной сальниковой набивкой, поджимаемой грундбуксой с кольцевой опорой, снабженной кольцевой камерой, гидравлически связанной каналом с выкидным патрубком. Кольцевая камера перекрыта в верхней части стаканом с уплотнительным элементом, поджимаемым к полированному штоку нажимной гайкой.
Тройник снабжен нижней сферической опорой и соединен металлическим корпусом с верхней сферической опорой сальниковой головки. Металлический корпус выполнен разъемным и снабжен переходником, на внутренней поверхности которого выполнены сферические расточки, охватывающие верхнюю и нижнюю сферические опоры, снабженные кольцевой камерой с разделительным стаканом внутри, в котором размещена сальниковая набивка. Металлический корпус выполнен разъемным и снабжен переходником, на внутренней торцовой поверхности которого выполнены сферические расточки, охватывающие верхнюю и нижнюю сферические опоры. Уплотнения сферических соединений установлены внутри металлического корпуса с возможностью контакта с торцовой поверхностью переходника.
Конструкция сальника устьевого поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 - конструкция устройства в разрезе в исходном положении на устье скважины;
- на фиг.2 - взаимное положение деталей устройства при замене верхнего уплотнительного элемента при радиальном смещении корпуса.
Сальник устьевой состоит из корпуса 1, выполненного разъемным и состоящего из верхней 2 и нижней 3 частей. Внутри корпуса 1 установлен переходник 4, перекрывающий зазор между верхней 2 и нижней 3 частями. На внутренней поверхности переходника 4 на его концах выполнены сферические расточки 5 и 6, которые охватывают верхнюю 7 и нижнюю 8 сферические опоры, выполненные заодно с удлинителями 9 и 10, выходящими за пределы корпуса 1. Внутри разъемного металлического корпуса 1 установлены уплотнители 11 и 12, поджимаемые к верхней 7 и нижней 8 сферическим опорам грундбуксами 13 и 14.
Удлинитель 10 нижней сферической опоры 8 снабжен резьбой, которой связан с присоединительной резьбой тройника 15. Сальниковая головка состоит из верхней сферической опоры 7, внутри которой выполнена кольцевая расточка 16, перекрытая снизу донышком 17 и в которой размещена уплотнительная сальниковая набивка 18, поджимаемая к поверхности полированного штока 19 грундбуксой 20 с кольцевой опорой 21. Внутри верхней сферической опоры 7 выполнена расточка 16 с кольцевым донышком 17, в которой установлена уплотнительная сальниковая набивка 18, поджимаемая к поверхности полированного штока 19 грундбуксой 20, снабженной кольцевой опорой 21. В теле грундбуксы 20 выполнена кольцевая камера 22 с отверстиями 23, гидравлически связанная каналом 24 с выкидным патрубком 25, жестко связанным с тройником 15. Кольцевая камера 22 предварительно заполняется смазкой. Внутрь кольцевой камеры 22 введен разделительный стакан 26, внутри которого располагается уплотнительный элемент 27 в виде сальниковой набивки, поджимаемой к полированному штоку 19 нажимной гайкой 28. Между торцовыми поверхностями верхней 7 и нижней 8 сферических опор образован кольцевой зазор 29, который при работе насоса заполняется смазкой или пластовой жидкостью.
Тройник 15 нижней соединительной резьбой соединяется с верхней резьбой патрубка 30, входящего в состав лифтовой колонны труб.
Сальник устьевой работает следующим образом.
Тройник 15 соединяется через удлинитель 10 с нижней 8 сферической опорой, на которую предварительно наведена нижняя часть 3 корпуса 1 с грундбуксой 14 и уплотнителем 12.
На поверхность нижней 8 сферической опоры устанавливают переходник 4 со сферической расточкой 6. На сферическую расточку 5 в переходнике 4 устанавливают верхнюю сферическую опору 7 с поджимом грундбуксой 13 к ее уплотнительной поверхности уплотнения 11.
Последовательно устанавливают и закрепляют в расточке 16 сальниковую набивку 18 с поджимом грундбуксой 20, в кольцевой камере 22 которой находится смазочная жидкость, поджимаемая сверху разделительным стаканом 26, в котором установлен уплотнительный элемент 27 и нажимная гайка 28.
Соединяют полость кольцевой камеры 22 каналом 24 с полостью выкидного патрубка 25.
Полированный шток 19 пропущен через осевые каналы кольцевого донышка 17, кольцевую опору 21 грундбуксы 20, стакан 26 и нажимную гайку 28.
Осуществляют поджим уплотнительной сальниковой набивки 18 путем осевого перемещения грундбуксы 20 и воздействием на нее кольцевым донышком 17. Путем осевого перемещения нажимной гайки 28 поджимают уплотнительный элемент 27 к полированному штоку 19 внутри разделительного стакана 26.
При возвратно-поступательном перемещении полированного штока 19 последний проходит через смазку в кольцевой камере 22, что способствует сохранению работоспособности и герметичности уплотнительного элемента 27. Уплотнительная сальниковая набивка 18 поджимается грундбуксой 20 в начальном этапе эксплуатации. Поскольку давление смазки в кольцевой камере 22 равно давлению в кольцевом зазоре 23, то контактные напряжения на наружной поверхности полированного штока 19 будут минимальными, а значит поджим не требуется.
При износе уплотнительного элемента 27 осуществляют остановку возвратно-поступательного перемещения полированного штока 19 и осевым перемещением грундбуксы 20 осуществляют поджим уплотнительной сальниковой набивки 18 к поверхности полированного штока 19, с одновременным прекращением гидравлической связи кольцевой камеры 22, через канал 24 с полостью выкидного патрубка 25.
Из кольцевой камеры 22 извлекают разделительный стакан 26 с уплотнительным элементом 27 и нажимной гайкой 28. Осуществляют замену изношенных деталей и ведут монтаж новых деталей в устройстве в обратной последовательности, после чего ослабляют грундбуксу 20, возобновляют гидравлическую связь кольцевой камеры 22 с полостью выкидного патрубка 25 и включают в работу штанговую насосную установку.
При необходимости обеспечения центровки устройства и уплотнительного элемента 27 относительно полированного штока 19 ослабляют механическую связь верхней 2 и нижней 3 части корпуса 1 и смещают корпус 1 относительно нижней сферической опоры 8 в сторону устранения дисбаланса с одновременным поворотом верхней сферической опоры 7 относительно сферической расточки 5 в переходнике 4. Это позволяет обеспечить центровку уплотнительного элемента 27 и уплотнительной сальниковой набивки 18 относительно полированного штока 19. Затем осуществляют необходимый поджим уплотнительного элемента 27 к поверхности полированного штока 19 путем осевого перемещения нажимной гайки 28.
Включают в работу штанговую насосную установку с обеспечением герметичности сальника устьевого.