ОГОЛОВОК СКВАЖИННЫЙ (ВАРИАНТЫ)
WELLHEAD (VERSIONS)

Изобретение относится к водоснабжению, а именно к оборудованию для обвязки устья скважины и может быть использовано в сельском хозяйстве, жилищно-коммунальном хозяйстве и других областях.
Оголовок скважинный предназначен для исключения попадания в устье скважины посторонних предметов, мелких животных, насекомых и взвесей грунта в жидкости, с обеспечением возможности прохождения в скважину водоподъемной трубы и электрического кабеля, а также подвешивания насоса и иного скважинного оборудования.
Известен оголовок скважинный, 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, кроме того на торце крышки, обращенном к фланцу, по ее 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 (RU 76033 U1, 07.05.2008).
Недостатком известного оголовка является то, что форма, размеры его крышки и прижимного фланца, а также материал (резина), используемый для изготовления уплотнительного кольца, обуславливают возможность использования данного оголовка только под узкий диапазон диаметров труб, так как такое размещение уплотнительного кольца в кольцевой конической выемке на торцевой поверхности крышки в случае уменьшения диаметра обсадной трубы и неровном срезе ее посадочного места может привести к соскальзыванию уплотнительного кольца и нарушению герметичности соединения.
Известен оголовок скважинный, содержащий соосно установленные на обсадной трубе скважины крышку с отверстиями, прижимной фланец с центральным осевым отверстием, уплотнительное кольцо, расположенное между крышкой и фланцем с наружной стороны обсадной трубы, комплект стяжных болтов с гайками, установленных в соосных отверстиях крышки и фланца с наружной стороны трубы, при этом отверстия, выполненные в крышке, равноудалены от ее центра, на торцевой поверхности крышки, обращенной в сторону фланца, выполнена кольцевая выемка цилиндрической формы для размещения в ней устья обсадной трубы, а на торце фланца, обращенном в сторону крышки, по краю центрального осевого отверстия, выполнена коническая поверхность, вершина конуса которой обращена в сторону, противоположную крышке для размещения в ней уплотнительного силиконового кольца (RU 145375 U1, 25.02.2014)
Недостатком известного оголовка являются многоэлементная конструкция, требующая определенной квалификации персонала, осуществляющего его монтаж и демонтаж, а также необходимость использования оголовков разных размеров предложенной конструкции для скважин с размерами обсадных труб, превышающими диапазон сплющивания уплотнительного кольца. Недостатком также является обеспечение полной герметичности устья скважины, что при превышении производительности насоса над пропускной способностью сетки скважины вследствие заиливания скважины в процессе эксплуатации, приводит к возникновению в полностью герметичной скважине разрежения между оголовком и понижающимся уровнем воды во время работы насоса и, как следствие, к засасыванию в скважину мелкодисперсного грунта (песка). Это приводит со временем к пескованию скважины, а при длительной эксплуатации к заклиниванию насоса песком.
Наиболее близким к предложенному является оголовок скважинный, выполненный в форме усеченного конуса из упругого плотного, предпочтительно морозостойкого нерастрескивающегося материала, причем конус имеет несколько сквозных отверстий, проходящих от одного основания усеченного конуса к другому. Кроме того, некоторые из отверстий с широкой стороны усеченного конуса снабжены штуцерами, образующими единое целое с усеченным конусом. Кроме того, в усеченный конус могут быть герметично заделаны шпильки или болты, выходящие за пределы конуса на обоих его основаниях или на одном из его оснований. Кроме того, для снижения веса оголовка усеченный конус может быть выполнен из композитного материала, может иметь полости или полые включения, не снижающие прочностные характеристики оголовка. Кроме того, для увеличения прочности оголовка усеченный конус может содержать сплошные армирующие включения (RU 177395 U1, 01.08.2017).
Основным недостатком данного известного оголовка являются ограничения на допустимый вес скважинного оборудования при использовании известных материалов, удовлетворяющих требованиям прототипа. Максимальный допустимый вес оборудования для закрепления на известном оголовке определяется диаметром большего основания усеченного конуса (при одних и тех же используемых материалах оголовка, включая и армирующие детали). Поэтому увеличение веса оборудования приводит к увеличению его габаритов, что усложняет монтаж известного оголовка в узком приямке скважины или кессоне. Также к недостаткам известного оголовка относятся перекосы, возникающие при его монтаже за счет крепления скважинного оборудования за трос в точке, смещенной относительно оси конуса, приводящие к неравномерности нагрузки на оголовок со стороны верхнего края обсадной трубы и способствующие разрушению оголовка под нагрузкой.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение по сравнению с прототипом допустимого веса прикрепляемого к оголовку скважинного оборудования. Кроме того, некоторые частные случаи выполнения оголовка обеспечивают возможность наклона оси симметрии оголовка относительно вертикали, позволяющую в ряде случаев упростить монтаж внешнего оборудования скважины.
Технический результат достигается оголовком скважинным по первому варианту изобретения, выполненным из упругого плотного материала в форме тела вращения и имеющим сквозные отверстия, у которого, согласно изобретению, тело вращения выполнено сужающимся в одном направлении и имеет два плоских основания, при этом поверхность тела вращения расположена за пределами геометрического усеченного конуса, основания которого являются основаниями тела вращения.
Тело вращения может иметь выпуклую криволинейную боковую поверхность, в частном случае, для обеспечения возможности поворота оси тела вращения относительно вертикали оно может представлять собой часть сферы с двумя плоскими поверхностями.
Кроме того, тело вращения может иметь образующую в виде ломаной линии.
Технический результат также достигается оголовком скважинным по второму варианту изобретения, выполненным из упругого плотного материала в форме тела вращения и имеющим сквозные отверстия, у которого, согласно изобретению, тело вращения выполнено сужающимся в одном направлении, и имеет одно плоское основание, при этом поверхность тела вращения расположена за пределами геометрического конуса, основание которого является основанием тела вращения, а вершина которого лежит на поверхности тела вращения.
Тело вращения может иметь выпуклую криволинейную боковую поверхность, в частности, для обеспечения возможности поворота оси тела вращения относительно вертикали оно может представлять собой полусферу или меньший сегмент сферы.
Кроме того, тело вращения может иметь образующую в виде ломаной линии.
Технический результат также достигается оголовком скважинным по третьему варианту изобретения, выполненным из упругого плотного материала в форме тела вращения и имеющим сквозные отверстия, у которого, согласно изобретению, первая часть тела вращения выполнена сужающейся, а вторая часть тела вращения расположена с более широкой стороны сужающейся части.
Для обеспечения возможности поворота оси тела вращения относительно вертикали первая часть тела вращения может представляет собой полусферу, или меньший сегмент сферы, или часть полусферы с двумя плоскими поверхностями. В частном случае тело вращения представляет собой сферу.
Также возможно выполнение первой части тела вращения в форме конуса или усеченного конуса. Также возможно, чтобы первая часть тела вращения имела основание со стороны, противоположной второй части, и выпуклую криволинейную боковую поверхность.
Также возможно, чтобы первая часть тела вращения имела вогнутую криволинейную боковую поверхность.
Кроме того, первая часть тела вращения может иметь образующую в виде ломаной линии.
Вторая часть тела вращения может иметь образующую в виде отрезка прямой, параллельного оси вращения.
Кроме того, вторая часть тела вращения может представлять собой сегмент сферы или часть сферы, ограниченную двумя плоскими поверхностями.
Кроме того, вторая часть тела вращения может иметь форму усеченного конуса.
Кроме того, вторая часть тела вращения может иметь основание с более узкой стороны и выпуклую криволинейную боковую поверхность.
Вторая часть тела вращения может также иметь вогнутую криволинейную боковую поверхность.
Кроме того, вторая часть тела вращения может иметь образующую в виде ломаной линии.
Кроме того, вторая часть тела вращения может иметь образующую, состоящую по меньшей мере из двух отрезков, каждый из которых выбран из группы: отрезок прямой, параллельный оси тела вращения, отрезок прямой, расположенный под углом к оси, отрезок кривой, выпуклой в сторону от оси, отрезок кривой, вогнутой в направлении к оси, отрезок ступенчатой линии.
Все варианты оголовка также могут иметь следующие частные случаи выполнения.
По меньшей мере одно сквозное отверстие может быть снабжено штуцером, герметично присоединяемым или образующим единое целое с телом вращения, со стороны широкой части тела вращения по первому или второму варианту и со стороны второй части тела вращения, противоположной первой части по третьему варианту.
Материал предпочтительно является морозостойким и нерастрескивающимся
Материал оголовка может представлять собой композиционный материал.
Оголовок может иметь армирующие включения для увеличения прочности оголовка.
В тело оголовка может быть герметично заделана по меньшей мере одна шпилька или болт, выходящая за пределы его тела одним своим концом или обоими концами..
При этом одна шпилька или болт предпочтительно расположена по оси тела вращения, для обеспечения автоматической центровки нагрузки на оголовок в процессе его монтажа и эксплуатации. При этом сквозные отверстия смещаются относительно оси симметрии оголовка, позволяя путем вращения оголовка вокруг своей оси обеспечивать при монтаже оптимальное расположение оборудования в скважине.
Оголовок может иметь более одной шпильки или болта, при этом по меньшей мере две шпильки или болта предпочтительно расположены симметрично относительно оси тела вращения для увеличения допустимого веса крепящегося к оголовку скважинного оборудования, а также для обеспечения автоматической центровки нагрузки на оголовок в процессе его монтажа и эксплуатации. Симметричное расположение шпилек или болтов в данном случае не обязательно, но желательно.
Оси сквозных отверстий параллельны оси тела вращения или расположены под углом до 45 градусов к оси тела вращения.
Кроме того, в оголовок для снижения возможности вырывания из него под нагрузкой вмурованных шпилек или болтов может быть также вмурован по меньшей мере один закладной элемент, жестко соединенный по меньшей мере с одной шпилькой или болтом.
Размеры сужающегося книзу оголовка или части оголовка подбираются таким образом, чтобы размер узкой части свободно входил в обсадную трубу минимального внутреннего диаметра, а размер самой широкой части оголовка выходил за пределы обсадной трубы максимального наружного диаметра из номенклатуры труб, для которых предназначен оголовок. При этом отверстия, наиболее удаленные от оси оголовка, а также шпильки и болты не должны выходить за пределы внутреннего диаметра наиболее узкой обсадной трубы из допустимой для оголовка номенклатуры труб. Тем самым становится допустимым применение оголовка одного и того же размера для скважин различного диаметра, как и у прототипа.
Отверстия со штуцерами предназначены для прохода сквозь оголовок водоподъемной трубы насоса, электрического кабеля насоса и, возможно, кабелей автоматики и другого скважинного оборудования. Отверстия без штуцера предназначены для крепления через шпильку или болт крепежей, например, рым-гаек, по обеим сторонам оголовка, а также, возможно, иных сквозных креплений, герметично закрывающих с обеих сторон эти отверстия. Герметично вмурованные в конус оголовка выходящие за его пределы и направленные от одного основания конуса к другому шпильки и болты также предназначены для крепления внешних крепежей, например, рым-гаек, упрощая процесс монтажа оголовка.
На фиг. 1 изображен оголовок по первому варианту в разрезе с выпуклой криволинейной боковой поверхностью с тремя отверстиями и вмурованными болтами, соединенными с закладными элементами.
На фиг. 2 - то же, вид сверху.
На фиг. 3 изображен оголовок по второму варианту в разрезе, тело вращения которого имеет выпуклую криволинейную боковую поверхность, с тремя сквозными отверстиями и вмурованными болтами, соединенными с закладными элементами.
На фиг. 4 - то же, вид сверху.
На фиг. 5 изображен оголовок по третьему варианту в разрезе, первая и вторая части которого имеют форму тел вращения в виде части сферы и образуют усеченную с двух сторон сферу.
На фиг. 6 - то же, вид сверху.
На фиг. 7 показаны различные формы оголовка по первому варианту.
На фиг. 8 - различные формы оголовка по второму варианту.
На фиг. 9 - различные формы первой части оголовка по третьему варианту.
На фиг. 10 - различные формы второй части оголовка по третьему варианту.
На фиг. 11 - различные формы оголовка по третьему варианту с комбинированной второй частью.
Предложенный оголовок скважинный по первому варианту изобретения выполнен в форме тела вращения, которое выполнено сужающимся в одном направлении книзу и имеет два плоских основания, при этом поверхность тела вращения расположена за пределами геометрического усеченного конуса, основания которого являются основаниями тела вращения. Тело вращения может иметь как выпуклую криволинейную поверхность (оголовок 1 на фиг. 1, оголовок 2 на фиг. 7), так и поверхность, образованную ломаной линией (оголовки 3, 4 на фиг. 7).
Оголовок скважинный по второму варианту изобретения (фиг. 3, 4, 8) выполнен в форме тела вращения, которое выполнено сужающимся в одном направлении книзу, и имеет одно плоское основание, при этом поверхность тела вращения расположена за пределами геометрического конуса, основание которого является основанием тела вращения, а вершина которого лежит на поверхности тела вращения. Тело вращения может иметь выпуклую криволинейную боковую поверхность (оголовок 5 на фиг. 3), в том числе, для обеспечения возможности поворота оси тела вращения относительно вертикали оно может представлять собой полусферу или меньший сегмент сферы (оголовок 6 на фиг. 8). Тело вращения может иметь образующую в виде ломаной линии (оголовки 7 и 8 на фиг. 8).
Оголовок по третьему варианту изобретения (фиг. 5, 6, 9-11) также выполнен в форме тела вращения и состоит из двух частей. Первая (нижняя) часть тела вращения выполнена сужающейся книзу, а вторая (верхняя) часть тела вращения расположена с более широкой стороны сужающейся первой части.
Для обеспечения возможности поворота оси тела вращения относительно вертикали первая (нижняя) часть тела вращения может представлять собой полусферу (поз. 9 на фиг. 9), или меньший сегмент сферы, или часть полусферы с двумя плоскими поверхностями (оголовок 10 на фиг. 5). В частном случае тело вращения представляет собой сферу (поз. 11 на фиг. 11).
Первая (нижняя) часть тела вращения может иметь форму конуса (поз. 12 на фиг. 9) или усеченного конуса (поз. 13 на фиг. 9).
Первая (нижняя) часть тела вращения может иметь основание со стороны, противоположной второй части, и выпуклую криволинейную боковую поверхность (поз 14 на фиг. 9).
Также возможно, чтобы первая (нижняя) часть тела вращения имела вогнутую криволинейную боковую поверхность и имела плоское основание со стороны, противоположной второй части, (поз. 15 на фиг. 9) или не имела этого основания (поз. 16 на фиг. 9).
Первая (нижняя) часть тела вращения может также иметь образующую в виде ломаной линии (поз. 17, 18, 19, 20 на фиг. 9).
Вторая (верхняя) часть тела вращения может иметь образующую в виде отрезка прямой, параллельного оси тела вращения (поз. 21 на фиг. 10).
Также возможны различные виды выполнения второй (верхней) части тела вращения с образующей, непараллельной оси тела вращения. Вторая (верхняя) часть тела вращения может представлять собой сегмент сферы (поз. 22 на фиг. 10) или часть сферы, ограниченную двумя плоскими поверхностями (оголовок 10 на фиг. 5).
Вторая (верхняя) часть тела вращения может иметь форму конуса (поз. 23 на фиг. 10) или усеченного конуса (поз. 24, 25 на фиг. 10), либо она может иметь основание с более узкой стороны и выпуклую криволинейную боковую поверхность (поз. 26 на фиг. 10), либо вогнутую криволинейную боковую поверхность (поз. 27, 28 на фиг. 10), либо она может иметь образующую в виде ломаной линии (поз. 29, 30, 31, 32 на фиг. 10)
Вторая (верхняя) часть тела вращения может также иметь образующую, состоящую по меньшей мере из двух отрезков, каждый из которых выбран из группы: отрезок прямой, параллельный оси тела вращения, отрезок прямой, расположенный под углом к оси, отрезок кривой, выпуклой в сторону от оси, отрезок кривой, вогнутой в направлении к оси, отрезок ступенчатой линии (оголовки 33, 34 на фиг. 11).
Оголовок по всем вариантам изобретения выполнен из упругого плотного морозостойкого нерастрескивающегося материала, например, специальной резины или полиуретана. На фиг. 1, 2 показан оголовок 1 с тремя сквозными отверстиями 35, 36 и 37. Оголовок 5 на фиг. 3, 4 имеет отверстия 38, 39 и 40. Оголовок 10 на фиг. 5, 6 имеет отверстия 41, 42 и 43. Некоторые отверстия, например, отверстия 35 и 37 (фиг. 1, 2), 38 и 40 (фиг. 3, 4), 41 и 43 (фиг. 5, 6), предназначенные для водоподъемной трубы и электрического кабеля, соответственно снабжены с широкой стороны оголовка штуцерами 44, 45 (фиг. 1, 2), 46, 47 (фиг. 3, 4) и 48, 49 (фиг. 5, 6), герметично присоединяемыми или составляющими единое целое с телом вращения. Отверстия 36 (фиг. 1, 2), 39 (фиг. 3, 4) и 42 (фиг. 5, 6) предназначены для размещения шпильки с присоединенными к ее концам крепежами, например, рым-гайками, один их которых, расположенный на узкой стороне оголовка, служит для крепления насоса через трос, а другой, расположенный на широкой стороне оголовка, - для извлечения оголовка из скважины. Для крепления рым гаек могут также использоваться вмурованные в оголовок шпильки или болты 50, 51 (фиг. 1), 53, 54 (фиг. 3), 56, 57 (фиг. 5), выходящие за пределы верхней и/или нижней частей оголовка и жестко прикрепленные к вмурованным закладным элементам 52 (фиг. 1), 55 (фиг. 3), 58 (фиг. 5) соответственно.
Для снижения веса оголовка он может быть выполнен из композитного материала, например наполненного полиуретана, или может иметь полости или полые включения, например, полые, например, керамические микросферы, не снижающие прочностные характеристики оголовка.
Для увеличения прочности оголовка его тело может содержать сплошные армирующие включения, например, кольца или волокна.
Перед установкой оголовка, как и у прототипа, (на примере оголовка 1 на фиг. 1) через отверстия 35 и 37, на штуцерах 44, 45 которых надеты хомуты, пропускаются соответственно водоподъемная труба и электрический кабель, а через отверстие 36 пропускается шпилька, на которую накручиваются с обеих сторон, возможно через шайбы, крепежи, например, рым-гайки. Водоподъемная труба, электрический кабель и трос присоединяются к насосу и после установки длины троса на требуемый уровень размещения насоса в скважине, например, через карабин, присоединяется к крепежу, например, рым-гайке, на узкой стороне оголовка. Насос опускается в скважину, которая закрывается оголовком. После установки оголовка осуществляется полная герметизация отверстий 35 и 37 с водоподъемной трубой и электрическим кабелем за счет обжима штуцеров 44, 45 с внешней стороны хомутами. При использовании водоподъемной трубы и/или кабелей диаметра, меньшего минимального диаметра обжатия штуцера хомутом, герметизация мест входа обеспечивается использованием дополнительных втулок, изготовленных из упругого плотного морозостойкого нерастрескивающегося материала, например, специальной резины или полиуретана, надеваемых на водоподъемную трубу или кабель с последующим обжатием трубы или кабелей хомутом через штуцер и втулку. Частичная герметизация места стыка обсадной трубы и боковой поверхности оголовка обеспечивается прижимающим усилием за счет веса насоса, прикрепленного к оголовку через крепеж, например, рым-гайку, расположенный на узкой части оголовка, а также веса наполненной водоподъемной трубы, троса и кабелей.
Демонтаж оголовка осуществляется путем приложения извлекающего усилия к широкой части оголовка или к крепежу, например, рым-гайке, расположенному на широкой части оголовка или к выступающей за края обсадной трубы частей оголовка.
Описанный пример выполнения оголовка не ограничивает объема изобретения. Число отверстий, в том числе со штуцерами, а также число вмурованных в оголовок шпилек и болтов может быть различным в зависимости от оснастки скважины.
Технические характеристики толщины оголовка могут варьироваться за счет изменения формы оголовка по первому и второму варианту (фиг. 7, 8). Форма оголовка по третьему варианту может состоять из произвольно сочетаемых вариантов форм фрагментов первой (нижней) сужающейся части (фиг. 9) и второй (верхней) частей (фиг. 10). Вторая (верхняя) часть также может иметь комбинированную форму (поз. 33, 34 на фиг. 11).
Предложенные варианты оголовка позволяют увеличить допустимый вес скважинного оборудования за счет увеличения толщины оголовка по любому вертикальному сечению по сравнению с прототипом при обеспечении минимальности горизонтальных габаритов оголовка для скважин максимального диаметра.
Применение оголовка скважинного данной конструкции позволяет исключить недостатки прототипа за счет изменения формы оголовка и размещения его элементов, позволяя существенно увеличить допустимый вес крепящегося к оголовку скважинного оборудования, что особенно значимо для глубоких скважин и скважин с размещенным в них диагностическим оборудованием, а также для оголовка в форме шара, или усеченного шара, позволяющего для упрощения монтажа внешнего оборудования скважины наклонять ось оголовка относительно вертикали без снижения допустимого веса скважинного оборудования.