Способ герметизации устья скважины, эксплуатирующейся установкой скважинного штангового насоса с подъёмом продукции по эксплуатационной колонне, и герметизирующее устройство сальника устьевого самоустанавливающегося для герметизации устья при замене сальниковых уплотнителей
METHOD FOR SEALING THE WELLHEAD OPERATED BY THE INSTALLATION OF A DOWNHOLE SUCKER ROD PUMP WITH PRODUCT LIFTING ALONG THE PRODUCTION STRING, AND A SELF-ALIGNING WELLHEAD SEAL SEALING DEVICE FOR SEALING THE WELLHEAD WHEN REPLACING STUFFING BOX SEALS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устьевому оборудованию скважин, обеспечивающему подъем продукции по эксплуатационной колонне без насосно-компрессорных труб установкой скважинного штангового насоса с подъёмом продукции по эксплуатационной колонне (УСШНЭК), позволяющих осуществлять подъем высоковязкой продукции в скважинах малого диаметра, в частности для использования в качестве устройства герметизирующего сальник устьевой самоустанавливающийся для герметизации устья (УГ-СУСГ) при замене уплотнителей полированного штока скважинного штангового насоса.
Известно устройство для герметизации устья скважины (SU № 1084415, опубл. 07.04.1984), включающее в себя патрубок с запорным органом для перекрытия канала труб. Данное устройство направлено на сокращение времени герметизации устья скважины при ремонте скважин при проявлениях, однако оно не направлено на сокращение времени герметизации при проведении спуско-подъемных операций полированного штока, не обладает надлежащими герметизирующими устройствами для полированного штока.
Известно герметизирующее устройство сальника устьевого, содержащее тройник, нажимную крышку, направляющие втулки, верхний вкладыш, резервный блок уплотнения, промежуточный вкладыш, уплотнительную прокладку, уплотнительные манжеты, распорные кольца, нажимные болты,  (патент RU № 2205307, опубл. 27.05.2001). В тройнике выполнена выточка, в которой размещены блоки уплотнения. Устройство обеспечивает герметичность полированного штока при возвратно-поступательном движении балансира станка-качалки.
Известное устройство является сложным по конструкции, обслуживанию и применению, а также дорогим. Уплотнения в виде выточек в тройнике являются сложным процессом изготовления. Нажимные болты подвержены износу резьбы под воздействием высокой осевой нагрузки и коррозионно-агрессивной среды (при возникновении даже незначительных утечек). Для исключения сухого трения штока по уплотнению сальник устьевой комплектуется специальной камерой, заполняемой смазочным материалом. В случае отсутствия смазки данное устройство перестает работать.
В настоящее время для герметизации устья скважины и полированного штока скважины, эксплуатируемой УСШНЭК применяется стандартный самоустанавливающийся сальник устьевой, например СУС2А, содержащий  тройник с наконечником, ниппелем и накидной гайкой, самоустанавливающуюся шаровую головку, установленную в тройнике, и корпус, навинченный на шаровую головку с крышкой (Технологический регламент по проведению работ, связанных с эксплуатацией и полным сервисным обслуживанием штанговых скважинных насосных установок № П2-05 СЦ-002 ТР-001, стр. 17). В шаровой головке помещены нижняя втулка, нижний манжетодержатель, нижний уплотняющий элемент, состоящий из пакета неразъемных манжет с профильными канавками, плотно установленных одна к другой на полированном сальниковом штоке, и промежуточная втулка с герметизирующим устройством. Шаровая головка удерживается в тройнике крышкой, закрепленной откидными болтами и гайками. В корпусе устьевого сальника помещены верхняя втулка, верхний манжетодержатель и верхний уплотняющий элемент, состоящий также из пакета неразъемных манжет с профильными канавками, плотно установленных одна к другой на полированном сальниковом штоке. Пакет упомянутых манжет уплотняющего элемента подтянут крышкой, навинченной на корпусе.
Устьевой сальник СУС-2А, имеющий уплотняющие элементы в виде пакетов неразъемных манжет с профильными канавками, плотно установленных одна к другой на полированном сальниковом штоке, в процессе эксплуатации скважины УСШНЭК, в результате одностороннего износа неразъемных манжет - основной составляющей уплотняющих элементов устьевого сальника, происходит утечка добываемой жидкости через сальник, что приводит к необходимости снятия сальника с колонного фланца, или к необходимости  глушения скважины для извлечения полированного сальникового штока и разборки сальника для удаления изношенных неразъемных манжет с последующей их заменой другими неразъемными манжетами.
з
Для этого на скважине, эксплуатируемой УСШНЭК, необходимо стравить избыточное давление в автоцистерну(проверить остаточное давление с помощью пробоотборника), ослабить контргайку под нижней крышкой СУС, атянуть нижнюю крышку СУС (затянуть контргайку под нижней крышкой СУС), ослабить контргайку под верхней крышкой СУС (отвернуть верхнюю крышку СУС), извлечь грундбуксу из нижней крышки СУС, извлечь кольцо для прижима сальниковых манжет из нижней крышки СУС, зафиксировать верхнюю крышку, грундбуксу и кольцо, извлечь верхние сальниковые манжеты и произвести набивку новых сальниковых манжет, ослабить контргайку под нижней крышкой СУС (отвернуть нижнюю крышку СУС), извлечь грундбуксу из аварийной крышки СУС, извлечь кольцо для прижима сальниковых манжет из аварийной крышки СУС, зафиксировать нижнюю крышку, грундбуксу и кольцо, извлечь верхние сальниковые манжеты и произвести набивку новых сальниковых манжет. Сборку СУС произвести в обратной последовательности, и запустить скважину в работу.
Недостатками известного устройства являются узкая область применения, не позволяющая проводить замену сальниковых манжет (уплотнений), вышедших из строя, на скважине, эксплуатирующейся УСШНЭК, недостаточно высокая технологичность проведения ремонтных работ по замене манжет (уплотнений) из-за необходимости проведения стравливания скважинной жидкости, что приводит к увеличению недоборов нефти из-за увеличения продолжительности остановки скважины на период стравливания скважинной жидкости, увеличению затрат на привлечение бригады ПРС и транспортных затрат на специализированную технику.
Известен способ герметизации устья скважины для замены изношенных блоков, включающий остановку станка-качалки, нажимными болтами, установленными герметично через манжеты в тройнике, через нижний вкладыш с манжетой герметизацию полированного штока, демонтаж крышки с нижними болтами, верхнего вкладыша, замену эксплуатационного и резервного блоков уплотнения (патент RU № 2205307, опубл. 27.05.2001).
Недостатками известного способа являются узкая область применения, так как невозможно использовать на скважине, эксплуатирующейся УСШНЭК, способ сложный в осуществлении, необходимо прикладывать большие усилия на преодоление трений при поджатии уплотнительных манжет нажимной гайкой к поверхностям устьевого штока в процессе эксплуатации, неудобство в обслуживании в полевых условиях,  это существенно увеличивает трудозатраты, увеличивающие эксплуатационные расходы.
Внутренний диаметр манжет стандартной СУСГ составляет 30-32 мм в зависимости от наружного диаметра полировнного штока. Из-за постоянного трения полированного штока и уплотнителей сальника происходит их истирание. Для замены сальниковых уплотнителей на скважине с УСШНЭК, оборудованных стандартным СУСГ в настоящее время необходимо выполнить следующие операции:
- Анализ воздушной среды;
- Остановить станок-качалку (СК);
- Закрыть линейную (выкидную) задвижку;
-
Стравить избыточное давление в автоцистерну(проверить остаточное давление с помощью пробоотборника);
- Ослабить контргайку под нижней крышкой СУСГ;
- Затянуть нижнюю крышку СУСГ (затянуть контргайку под нижней крышкой СУСГ);
- Ослабить контргайку под верхней крышкой СУСГ (отвернуть верхнюю крышку СУСГ);
- Извлечь грундбуксу из нижней крышки СУСГ, извлечь кольцо для прижима
сальниковых манжет из нижней крышки СУСГ, зафиксировать верхнюю крышку грундбуксу и кольцо;
- Извлечь верхние сальниковые манжеты и произвести набивку сальниковых манжет;
- Ослабить контргайку под нижней крышкой СУСГ (отвернуть нижнюю крышку СУСГ);
- Извлечь грундбуксу из аварийной крышки СУСГ, извлечь кольцо для прижима сальниковых манжет из аварийной крышки СУСГ, зафиксировать нижнюю крышку грундбуксу и кольцо;
- Извлечь верхние сальниковые манжеты и произвести набивку сальниковых манжет. Сборку СУСГ произвести в обратной последовательности, и запустить скважину в работу.
Недостатками известного способа со стандартной СУСГ являются то, что способ предназначен для работы на скважине с УШГН и подъёмом продукции по НКТ. Замену уплотнителей с стравливанием давления осложняет то, что стандартная СУСГ по своему конструктиву не приспособлена для использования на скважинах УСШНЭК.
Известный способ герметизации устья скважины при замене сальниковых уплотнителей на скважине с УСШНЭК, оборудованной стандартным сальником устьевым саморегулирующимся для герметизации устья, является трудоемким, включает много трудоемких операций и затрат времени.
Одним из значимых факторов, осложняющих эксплуатацию скважин с технологией добычи УСШНЭК, является невозможность замены уплотнителей сальника устьевого самоустанавливающегося для герметизации устья скважины в месте прохождения полированного устьевого сальникового  штока (СУСГ) без стравливания скважинной жидкости. Необходимость стравливания скважинной жидкости приводит к увеличению недоборов нефти из-за увеличения продолжительности остановки скважины на период стравливания, увеличению затрат обслуживающего персонала и транспортных затрат на специализированную технику.
Процесс монтажа и демонтажа данного устройства включает проведение многих трудоемких этапов, требуется привлечение бригады ПРС, на которые затрачивается значительное количество рабочей силы и времени. Способ имеет узкую область применения и не обеспечивает герметизацию устья скважины, при проведении замены сальниковых уплотнителей на скважине с УСШНЭК, оборудованных стандартным СУСГ без выполнения стравливания скважинной жидкости.
Техническими задачами группы изобретений являются повышение технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений), вышедших из строя, на скважине, эксплуатирующейся УСШНЭК, расширение области применения, снижение недоборов нефти за счет исключения необходимости остановки скважины и проведения стравливания скважинной жидкости, снижение затрат на обслуживание и транспортные расходы, упрощение при повышении технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений) при использовании простой и надежной конструкции устройства.
Технические задачи решаются способом геметизации устья скважины, эксплуатирующейся установкой скважинного штангового насоса с подъёмом продукции по эксплуатационной колонне, включающим анализ воздушной среды, остановку станка-качалки, закрытие линейной задвижки, ослабление контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника, извлечение грундбуксы, нажимного кольца, верхних сальниковых манжет, затем набивку сальниковых манжет, сборку самоустанавливающегося устьевого сальника и пуск в работу.
Новым является то, что перед эксплуатацией скважинного штангового насоса на корпус сальника устьевого самоустанавливающегося дополнительно устанавливают нижнюю камеру, перед установкой нижней камеры навинчивают контргайку на шаровую головку, нижнюю камеру собирают последовательно через полированный шток опорное кольцо, тарельчатые манжеты внутренним диаметром 35 мм, между манжетами размещают промежуточные кольца, кольцо нажимное, вкладыш, втулку, навинчивают сверху корпус нижней камеры на шаровую головку, к верхней резьбе нижней камеры навинчивают корпус сальника, поджимают контргайку нижней камеры с усилием, достаточным для смятия манжет, исключающего трение манжет с полированным штоком и не допускающим вращение корпуса сальника, а перед ослаблением контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника затягивают контргайку под нижней камерой с усилием, обеспечивающим сжатие и герметичное прижатие тарельчатых манжет нижней камеры к наружной поверхности полированного штока, после набивки сальниковых манжет в корпусе сальника ослабить контргайку под нижней камерой так, чтобы исключить сжатие тарельчатых манжет.
Технические задачи решаются самоустанавливающимся устьевым сальником, содержащим самоустанавливающуюся шаровую головку, включающую нижнюю втулку, нижний манжетодержатель, нижний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, втулку, контргайку, навинченный на шаровую головку корпус с крышкой, включающий верхнюю втулку, верхний манжетодержатель, верхний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, контргайку.
Новым является то, что между корпусом сальника и самоустанавливающейся шаровой головкой дополнительно установлена нижняя камера, содержащая корпус, втулку, упирающуюся в выступ, выполненный в верхней части корпуса, вкладыш, кольцо нажимное, тарельчатые манжеты внутренним диаметром 35 мм, между манжетами размещают промежуточные кольца высотой 4 мм, опорное кольцо, контргайку, причем внутренний диаметр тарельчатых манжет, промежуточных, опорного и нажимного колец больше наружного диаметра полированного штока.
На фигуре изображен общий вид нижней камеры.
Самоустанавливающийся устьевой сальник (на фигуре не показан) содержит  самоустанавливающуюся шаровую головку (на фигуре не показан), включающую нижнюю втулку, нижний манжетодержатель, нижний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, втулку, контргайку, навинченный на шаровую головку корпус с крышкой, включающий верхнюю втулку, верхний манжетодержатель, верхний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, контргайку. Между корпусом сальника и самоустанавливающейся шаровой головкой дополнительно установлена нижняя камера, содержащая корпус 1, втулку 2, упирающуюся в выступ, выполненный в верхней части корпуса, вкладыш 3, кольцо нажимное 4, тарельчатые манжеты 5 внутренним диаметром 35 мм, между манжетами размещают промежуточные кольца 6 высотой 4 мм, затем опорное кольцо 7, причем внутренний диаметр тарельчатых манжет, промежуточных, опорного и нажимного колец больше наружного диаметра полированного штока, контргайку 8.
Способ геметизации устья скважины, эксплуатирующейся установкой скважинного штангового насоса с подъёмом продукции по эксплуатационной колонне, включает анализ воздушной среды, остановку станка-качалки, закрытие линейной задвижки, ослабление контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника, извлечение грундбуксы, нажимного кольца, верхних сальниковых манжет, затем набивку сальниковых манжет, сборку самоустанавливающегося устьевого сальника и пуск в работу.
Перед эксплуатацией скважинного штангового насоса на корпус сальника устьевого самоустанавливающегося дополнительно устанавливают нижнюю камеру, выполняющую функцию устьевого герметизатора. Сборку осуществляют в следующей последовательности. Навинчивают контргайку 8 на корпус шаровой головки, нижнюю камеру собирают последовательно через полированный шток устанавливают металлическое опорное кольцо 7 внутренним диаметром  34 мм, наружным диаметром 63 мм на верхний торец корпуса шаровой головки, далее устанавливают уплотнительные тарельчатые манжеты 5 внутренним диаметром 35 мм, например d63x35x20, изготовленные из маслобензостойкой резины и антифрикционного фторопласта, позволяющих совмещать высокую герметичность с износостойкими свойствами, между манжетами размещают фторопластовые промежуточные кольца 6 наружным диаметром 63 мм, внутренним диаметром 34 мм, обеспечивающие дополнительное сжатие (смятие) тарельчатых манжет при замене устьевого сальника, металлическое кольцо нажимное 4 для сжатия (смятия) манжет (при замене устьевого сальника) с наружным диаметром 63 мм, внутренним диаметром 35 мм, металлическую втулку 2 с вкладышем 3 для центровки направления полированного штока. Сверху надевают корпус 1 нижней камеры, выполненный цилиндрической полой формы, внутренним диаметром 63 мм, обеспечивающим центрирование колец, манжет и втулки с вкладышем относительно полированного штока, с наружной резьбой, выполненной в верхней части корпуса 1 и внутренней резьбой, выполненной в нижней части корпуса 1. Присоединительная резьба НКТ-73 (шаг резьбы 2,540). Внутри корпуса 1 в верхней части выполнены выступы квадратной формы, шириной 3 мм, жестко соединенные с внутренней стенкой корпуса 1, обеспечивающие упор втулки с вкладышем. Навинчивают корпус 1 нижней камеры на шаровую головку, а к верхней резьбе нижней камеры навинчивают корпус сальника, поджимают контргайку нижней камеры с усилием, достаточным для исключения трения (контакта) манжет с полированным штоком и не допустить свободного вращения корпуса сальника.
При необходимости замены верхних сальниковых манжет перед ослаблением контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника затягивают контргайку под нижней камерой до упора и с усилием, обеспечивающим сжатие и герметичное прижатие тарельчатых манжет нижней камеры к наружной поверхности полированного штока. После набивки сальниковых манжет в корпусе сальника ослабляют контргайку под нижней камерой так, чтобы исключить сжатие тарельчатых манжет и трение манжет с полированным штоком, не допускающим вращение корпуса сальника.
Предлагаемый способ и устройство обеспечивают повышение технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений), вышедших из строя, на скважине, эксплуатирующейся УСШНЭК, снижение недоборов нефти за счет исключения необходимости остановки скважины и проведения стравливания скважинной жидкости, снижение затрат на обслуживание и транспортные расходы, упрощение при повышении технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений) при использовании простой и надежной конструкции устройства.
Работает устройство в следующей последовательности.
Перед эксплуатацией скважин с технологией УСШНЭК устанавливают самоустанавливающийся устьевой сальник с дополнительным герметизирующим устройством – нижней камерой, содержащей корпус 1, втулку 2, упирающуюся в выступ, выполненный в верхней части корпуса, вкладыш 3, кольцо нажимное 4, тарельчатые манжеты 5 внутренним диаметром 35 мм, между манжетами размещают промежуточные кольца 6 высотой 4 мм, затем опорное кольцо 7, контргайку 8, причем внутренний диаметр тарельчатых манжет, промежуточных, опорного и нажимного колец больше наружного диаметра полированного штока, установленной между корпусом сальника и самоустанавливающейся шаровой головкой.  Самоустанавливающаяся шаровая головка включает нижнюю втулку, нижний манжетодержатель, нижний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, втулку, контргайку. На шаровую головку навинчен корпус сальника с крышкой, включающий верхнюю втулку, верхний манжетодержатель, верхний уплотняющий элемент в виде пакета манжет, контргайку.
Способ геметизации устья скважины, эксплуатирующейся установкой скважинного штангового насоса с подъёмом продукции по эксплуатационной колонне, включает анализ воздушной среды, остановку станка-качалки, закрытие линейной задвижки, ослабление контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника, извлечение грундбуксы, нажимного кольца, верхних сальниковых манжет, затем набивку сальниковых манжет, сборку самоустанавливающегося устьевого сальника и пуск в работу.
Сборку осуществляют в следующей последовательности. Навинчивают контргайку 8 на корпус шаровой головки, нижнюю камеру собирают последовательно через полированный шток, например наружным диаметром 31 мм, устанавливают металлическое опорное кольцо 7 внутренним диаметром  34 мм, наружным диаметром 63 мм на верхний торец корпуса шаровой головки, далее устанавливают уплотнительные тарельчатые манжеты 5 внутренним диаметром 35 мм, например d63x35x20, изготовленные из маслобензостойкой резины и антифрикционного фторопласта, позволяющих совмещать высокую герметичность с износостойкими свойствами, между манжетами размещают фторопластовые промежуточные кольца 6 наружным диаметром 63 мм, внутренним диаметром 34 мм, обеспечивающие дополнительное сжатие (смятие) тарельчатых манжет при замене устьевого сальника, металлическое кольцо нажимное 4 для сжатия (смятия) манжет (при замене устьевого сальника) с наружным диаметром 63 мм, внутренним диаметром 35 мм, металлическую втулку 2 с вкладышем 3 для центровки направления полированного штока. Сверху надевают корпус 1 нижней камеры, выполненный цилиндрической полой формы, внутренним диаметром 63 мм, обеспечивающим центрирование колец, манжет и втулки с вкладышем относительно полированного штока, с наружной резьбой, выполненной в верхней части корпуса 1 и внутренней резьбой, выполненной в нижней части корпуса 1. Присоединительная резьба НКТ-73 (шаг резьбы 2,540). Внутри корпуса 1 в верхней части выполнены выступы квадратной формы, шириной 3 мм, жестко соединенные с внутренней стенкой корпуса 1, обеспечивающие упор втулки с вкладышем. Навинчивают корпус 1 нижней камеры на шаровую головку, а к верхней резьбе нижней камеры навинчивают корпус сальника, поджимают контргайку нижней камеры с усилием, достаточным для исключения трения (контакта) манжет с полированным штоком и не допустить свободного вращения корпуса сальника.
При необходимости замены верхних сальниковых манжет перед ослаблением контргайки под верхней крышкой самоустанавливающегося устьевого сальника затягивают контргайку под нижней камерой до упора и с усилием, обеспечивающим сжатие и герметичное прижатие тарельчатых манжет нижней камеры к наружной поверхности полированного штока. После набивки сальниковых манжет в корпусе сальника ослабляют контргайку под нижней камерой так, чтобы исключить сжатие тарельчатых манжет и трение манжет с полированным штоком, не допускающим вращение корпуса сальника.
Предлагаемый способ и устройство обеспечивают повышение технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений), вышедших из строя, на скважине, эксплуатирующейся УСШНЭК, снижение недоборов нефти за счет исключения необходимости остановки скважины и проведения стравливания скважинной жидкости, снижение затрат на обслуживание и транспортные расходы, упрощение при повышении технологичности и надежности проведения ремонтных работ по замене сальниковых манжет (уплотнений) при использовании простой и надежной конструкции устройства.