ГЕРМЕТИЗАТОР УСТЬЕВОЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к устройствам, предназначенным для герметизации устья скважины во время спуска и подъема труб под давлением.
Известна головка герметизирующая (В.Р.Радковский и др. Справочник «Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов», М., «Недра», 1996, стр.214-215, рис.3.63), содержащая
- корпус с верхним и нижними фланцами,
- в котором размещен набор уплотнителей, зажатых между распорными втулками нажимной гайкой;
- каждый из которых включает уплотнительный элемент из эластичного материала,
- проходное отверстие которого выполнено цилиндрическим.
К недостаткам известного устройства следует отнести повышенные эксплуатационные расходы, связанные с малым ресурсом работоспособности уплотнительного элемента. Это обусловлено тем, что для осуществления герметизации спускаемых труб исходный диаметр проходного отверстия уплотнительного элемента должен быть меньше наружного диаметра труб. Благодаря этому при проходе труб через отверстие уплотнительного элемента за счет его упругого растяжения возникает усилие обжима трубы, обеспечивающее герметичность, вследствие чего из-за трения в контакте «труба-элемент» поверхность проходного отверстия уплотнительного элемента будет подвергаться интенсивному абразивному износу, увеличивающему его диаметр. Когда диаметр проходного отверстия становится равным диаметру трубы, уплотнительный элемент не сможет обеспечить герметичность и необходимо производить его замену, что влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат как на новый уплотнительный элемент, так и на потери времени для его замены.
Известна головка герметизирующая ГГ 230×210 (А.И.Кутепов и др. «Справочник-каталог по оборудованию и инструменту для предупреждения и ликвидации фонтанов», М., «Недра», 1981 г., с.148, рис.II.36), содержащая
- корпус с верхним и нижним фланцами, имеющим уступ на внутренней поверхности и проход для пропуска труб, соединенных муфтами;
- упорное кольцо, установленное на уступе внутри корпуса,
- уплотнительный элемент из эластичного материала, прижатый к упорному кольцу нажимной гайкой;
- причем в проходном отверстии уплотнительного элемента выполнена выемка, разделяющая проходное отверстие на две цилиндрических части - верхнюю и нижнюю,
- нижняя из которых имеет диаметр проходного отверстия меньше диаметра проходного отверстия в верхней части.
Разделение проходного отверстия выемкой обеспечивает неравномерность износа его рабочих поверхностей благодаря тому, что верхняя часть, имеющая более увеличенный диаметр, будет изнашиваться менее интенсивно при проходе муфт, соединяющих пропускаемые трубы, за счет чего долговечность работы уплотнительного элемента будет увеличиваться. Но когда диаметр проходного отверстия и в верхней части после износа будет равен диаметру трубы, уплотнительный элемент не сможет обеспечить герметичность и необходимо производить его замену, что влечет за собой существенное повышение эксплуатационных затрат, подтверждаемое следующим расчетом (см. ниже).
Для спуска под давлением насосно-компрессорных труб (далее - НКТ) диаметром 73 мм (наиболее применяемый в капитальном ремонте скважин типоразмер НКТ) используется известный устьевой герметизатор, в котором устанавливается уплотнительный элемент с размерами:
вн
D=70 мм (внутренний диаметр уплотнительного элемента, который должен быть на 3 мм меньше диаметра герметизируемой трубы);
т
D=73 мм (наружный диаметр НКТ-73 или внутренний диаметр изношенного уплотнительного элемента, при котором он подлежит замене);
Н=60 мм (высота рабочей части проходного отверстия уплотнительного элемента, контактирующая с герметизируемой трубой);
М=2 кг (масса уплотнительного элемента);
3
Р=1,5 гр/см (плотность резины, из которой отлит уплотнительный элемент).
Масса слоя контактной части проходного отверстия уплотнительного элемента, подвергаемая износу:
1
т
вн
2
2
2
2
M=тт•(D -D )•Н•Р/4=3,14•(7,3-7)•6•1,5/4=30,3 гр,
что составляет 1,5% от общей массы уплотнительного элемента М=2 кг.
Таким образом, 98,5% массы уплотнительного элемента, не подверженные износу в процессе эксплуатации, тем не менее, подлежат замене и утилизации.
Задачей изобретения является снижение эксплуатационных затрат в процессе работы устьевого герметизатора при спуске-подъеме труб под давлением за счет повышения ресурса работоспособности уплотнительного элемента.
Для достижения этого результата заявляемый устьевой герметизатор, содержащий
- корпус с верхним и нижним фланцами, имеющим уступ на внутренней поверхности и проход для пропуска труб, соединенных муфтами;
- упорное кольцо, установленное на уступе внутри корпуса,
- прижатый к упорному кольцу нажимной гайкой уплотнительный элемент из эластичного материала,
- в проходном отверстии которого выполнена выемка,
СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
- дополнительно содержит вкладыш в виде кольцевого цилиндра из эластичного материала,
- зафиксированный в выемке, например взаимодействием конфигурации своих торцов с конфигурацией торцов выемки,
- причем диаметр проходного отверстия уплотнительного элемента больше диаметра труб,
- диаметр проходного отверстия вкладыша меньше диаметра труб,
- а наружный диаметр вкладыша больше диаметра муфты.
На чертеже изображен общий вид заявляемого устьевого герметизатора.
эв
т
вв
т
нв
м
Устьевой герметизатор (далее - герметизатор) содержит двухфланцевый корпус 1, имеющий проход 2 для пропуска труб 3, соединенных муфтами 4. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнен уступ 5, на котором установлено упорное кольцо 6, к которому нажимной гайкой 7 через шайбу 8 прижат уплотнительный элемент 9 из эластичного материала. В проходном отверстии 10 уплотнительного элемента 9 выполнена выемка 11, в которой неподвижно размещен вкладыш 12. Фиксация и неподвижность вкладыша 12 в выемке 11 осуществляется конфигурацией взаимодействующих торцов 13 выемки 11 и торцов 14 вкладыша 12, выполненных, например, в виде кольцевых конусов. При этом внутренний диаметр D проходного отверстия 10 уплотнительного элемента 9 больше диаметра D трубы 3, диаметр D проходного отверстия 15 вкладыша 12 меньше диаметра D трубы 3, а наружный диаметр D вкладыша 12 больше диаметра D муфты 4.
Герметизатор работает следующим образом.
эв
т
При пропуске трубы 3 через уплотнительный элемент 9 ее наружная поверхность не контактирует с проходным отверстием 10 уплотнительного элемента 9 благодаря тому, что внутренний диаметр D проходного отверстия 10 уплотнительного элемента 9 больше диаметра D трубы 3. Тем самым снижается интенсивность износа уплотнительного элемента 9 и повышается ресурс его работоспособности, поскольку стенки проходного отверстия 10 уплотнительного элемента 9 будут кратковременно и периодически контактировать только с муфтами 4, соединяющими трубы 3.
вв
т
нв
м
При этом герметизация трубы 3 осуществляется вкладышем 12, диаметр D проходного отверстия 15 которого меньше диаметра D трубы 3, поэтому износу при пропуске трубы 3 подвергаются только стенки проходного отверстия 15 вкладыша 12. Благодаря конфигурации взаимодействующих торцов 13 выемки 11 и торцов 14 вкладыша 12, выполненных, например, в виде кольцевых конусов, обеспечивается фиксация и неподвижность вкладыша 12 в выемке 11. Этому же способствует и соотношение размеров вкладыша 12 и муфт 4, при котором наружный диаметр D вкладыша 12 больше диаметра D муфты 4, благодаря чему исключается закусывание, страгивание и вырыв вкладыша 12 из выемки 11 при проходе муфты 4. Это обусловлено тем, что муфта 4, имея наружный диаметр меньше по сравнению с наружным диаметром вкладыша 12, не сможет при проходе через вкладыш 12 переместить его своим торцом в направлении своего перемещения, а будет только расширять его.
В процессе спуско-подъемных операций с трубами 3 стенки проходного отверстия 15 вкладыша 12 будут изнашиваться и при и равенстве диаметра проходного отверстия 15 диаметру трубы 3 вкладыш подлежит замене.
Снижение эксплуатационных затрат при использовании заявляемой полезной модели подтверждается следующим расчетом (см. ниже).
Для спуска под давлением насосно-компрессорных труб (далее - НКТ) диаметром 73 мм (наиболее применяемый в капитальном ремонте скважин типоразмер НКТ) используется заявляемый устьевой герметизатор, в котором устанавливается уплотнительный элемент и вкладыш с размерами:
вв
D=70 мм (диаметр проходного отверстия вкладыша, который должен быть на 3 мм меньше диаметра герметизируемой трубы);
т
D=73 мм (наружный диаметр НКТ-73 или внутренний диаметр изношенного вкладыша, при котором он подлежит замене);
м
D=89 мм (наружный диаметр муфты НКТ-73);
нв
D=95 мм (наружный диаметр вкладыша);
Н=60 мм (высота рабочей части проходного отверстия вкладыша, контактирующая с герметизируемой трубой);
М=2 кг (масса уплотнительного элемента);
3
Р=1,5 гр/см (плотность резины, из которой отлит уплотнительный элемент).
Масса вкладыша:
в
нв
вв
2
2
2
2
М=тт•(D -D )•Н•Р/4=3,14•(9,5-7)•6•1,5/4=291 гр., что составляет 14,5% от массы уплотнительного элемента.
Таким образом совокупность отличительных признаков заявляемой полезной модели обеспечивает семикратную экономию затрат на замену уплотнительных элементов.