УСТЬЕВОЙ САЛЬНИК
WELLHEAD SEAL

Изобретение относится к нефтедобывающему оборудованию, в частности к сальнику устьевому, и может быть использовано для герметизации штока штангового насоса.
Известен сальник устьевой, который состоит из корпуса, неподвижного уплотнительного узла с нажимным кольцом, крышки с упором, взаимодействующим с нажимным кольцом (см. кн.: Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа», Москва, Издательский дом Альянс, 2010, с. 147, рис. 5.16).
Недостатками данной конструкции являются недостаточная долговечность работы уплотнительного узла и возможность утечки нефти при нарушении герметичности уплотнительного узла.
Известен также устьевой сальник, содержащий корпус, верхний рабочий и нижний аварийный уплотнительные узлы с нажимными кольцами, установленные с возможностью образования между ними масляной полости, крышку с направляющей втулкой и упором, взаимодействующим с нажимным кольцом рабочего уплотнительного узла (см. Пат. РФ №2205307, МКП F16J 15/18, 2003 г.), который принят за прототип.
Недостатками данной конструкции являются возможность утечки нефти при нарушении герметичности рабочего или резервного уплотнительного узла, необходимость ручного переключения на резервный или аварийный уплотнительные узлы при нарушении герметичности рабочего уплотнительного узла. Кроме того, сложна установка и демонтаж уплотнительного узла в связи с разборной конструкцией узла.
Целью предлагаемого технического решения является исключение утечек нефти при нарушении герметичности рабочего уплотнительного узла и упрощение монтажа и демонтажа уплотнительных узлов.
Указанная задача достигается тем, что в сальнике устьевом, содержащем корпус, верхний рабочий и нижний резервный уплотнительные узлы с уплотнительными элементами и нажимными кольцами, камеру для смазки между уплотнительными узлами, снабженную обратным клапаном, крышку с упором, имеющим возможность взаимодействовать с нажимным кольцом верхнего уплотнительного узла, согласно техническому решению, уплотнительные узлы содержат корпус, выполненный в виде стакана с центральным осевым отверстием с размещенными в нем уплотнительными элементами и нажимным кольцом, при этом нижний уплотнительный узел выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения между упором корпуса и верхним уплотнительным узлом с образованием камеры переменного объема, обратный клапан установлен на выходе радиального отверстия, выполненного в верхней части камеры.
Камера переменного объема снабжена манометром с вентилем, установленными на выходе радиального отверстия.
Корпус уплотнительных узлов в верхней части снабжен упором с возможностью взаимодействия с нажимным кольцом.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом.
На фиг. 1 показана схема предлагаемого устьевого сальника (продольный разрез).
Устьевой сальник содержит корпус 1, в котором соосно установлены верхний (рабочий) 2 и нижний (резервный или аварийный) 3 уплотнительные узлы. Нижний уплотнительный узел 3 установлен с возможностью взаимодействия с упором 4 корпуса 1, выполненным, например, в виде цилиндрического бурта, и с возможностью ограниченного осевого перемещения между упором 4 и верхним уплотнительным узлом 2 с образованием камеры 5 переменного объема между уплотнительными узлами 2 и 3.
Уплотнительный узел 2 установлен неподвижно в корпусе 1, например, с возможностью взаимодействия с упорами 6 и 7.
Уплотнительные узлы 2 и 3 содержат корпуса 8 и 9, выполненные в виде стакана с центральным сквозным отверстием (на фиг. не указаны) ответно полированному штоку 10, соединенного с приводом (на фиг. не показан), а также уплотнительные элементы 11 и 12, выполненные, например, в виде манжет, снабжены верхними нажимными кольцами 13 и 14, предварительно поджатыми упорами 15 и 16.
Корпус снабжен крышкой 17 с образованием гарантированного зазора (на фиг. не указан) между крышкой 17 и корпусом 1, соединен с корпусом 1 резьбовым соединением. Крышка 17 снабжена также упором 18, имеющим возможность взаимодействовать с нажимным кольцом 13 верхнего уплотнительного узла 2, а также направляющей втулкой 19.
Уплотнительные узлы 2 и 3 снабжены, например, уплотнительными кольцами 20 и 21 для герметизации зазора между ними и корпусом 1.
В верхней части камеры 5 переменного объема выполнено радиальное отверстие 22, снабженное обратным клапаном 23. Отверстие также может быть снабжено вентилем 24 и манометром 25.
Корпус 1 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 26, по каналу 27 которой поступает нефть. Камера 5 переменного объема заполнена смазкой.
Монтаж и работа сальника устьевого осуществляется следующим образом.
При монтаже сальника сначала устанавливается нижний уплотнительный узел 3 до взаимодействия с упором 4. Камера 5 до уровня отверстия 22 заполняется смазкой. Далее устанавливается нижний упор 6, верхний уплотнительный узел 2, и далее верхний упор 7. Устанавливается крышка 17. Далее отверстие 22 оснащается обратным клапаном 23 и, например, вентилем 24 с манометром 25.
В начале работы упор 18 крышки 17 может не взаимодействовать с нажимным кольцом 13.
При возвратно-поступательном движении полированного штока 10 в полости 27 поднимается давление добываемой среды, например нефти. Под действием перепада давления нижний (аварийный или резервный) уплотнительный узел 3 чуть приподнимается вверх, выравнивая давления в канале 27 НКТ 26 и камере 5. Под действием перепада давления верхний рабочий уплотнительный узел 2 приводится в рабочее состояние. Нижний уплотнительный узел 3, на который снизу и сверху действует одинаковое давление, остается в нерабочем положении. Уплотнительные элементы 12 узла 3 взаимодействуют со штоком 10 с небольшим предварительным контактным давлением. Так как камера 5 заполнена смазкой, износ уплотнительных элементов 11 уплотнительного узла 2 происходит с незначительной интенсивностью.
При появлении утечек через верхний уплотнительный узел 3 давление в камере 5 снижается. Под действием перепада давления уплотнительный узел 3 перемещается вверх, выравнивая давления в канале 27 НКТ 26 и камере 5.
При достижении уплотнительного узла 3 верхнего положения давление в камере 5 снижается. Под действием перепада давления уплотнительные элементы 12 узла 3 приходят в рабочее состояние. Далее герметизация устья осуществляется нижним резервным уплотнительным узлом 3.
Контроль за состоянием уплотнительных узлов контролируется, например, по показанию манометра 25.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет предотвратить утечки нефти через устьевой сальник при нарушении герметичности рабочего уплотнительного узла 2. При потере герметичности рабочего уплотнительного узла 2 в работу автоматически переключается резервный уплотнительный узел 3. Имеется возможность контроля над исправностью рабочего уплотнительного узла 2 путем контроля давления в камере 5 переменного объема. Кроме того, работа в среде чистой смазки существенно повышает долговечность верхнего уплотнительного узла.
Размещение уплотнительных элементов 11 и 12, нажимных колец 13 и 14 в отдельных корпусах 8 и 9, оснащение последних упорами 15 и 16 обеспечивает выполнение уплотнительных узлов 2 и 3 в виде быстросъемных модулей.