УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

Предложение относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и предназначено для герметизации геофизического кабеля, полированного штока штангового глубинного насоса на устье скважины.
Известен герметизатор устьевой (патент на полезную модель RU №46295, МПК 7 Е 21 В 33/03, опубл. БИ №18 от 27.06.2005 г.), включающий корпус с центральным сквозным каналом для пропуска труб с техническим оборудованием, эластичный герметизирующий элемент, рабочую гидравлическую камеру в виде кольцевой полости между корпусом и герметизирующим элементом, заполненную рабочим агентом. Герметизатор устьевой дополнительно снабжен ограничителем давления при проталкивании муфт, выполненным в виде гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, разделяющим гидроцилиндр на две полости, причем полость гидроцилиндра с пружиной соединена с устьем скважины, а другая полость связана гидравлическим каналом с кольцевой полостью. Источник гидравлического питания выполнен в виде гидроцилиндра с ручным приводом, штоковая полость которого соединена с устьем скважины, а герметизирующий элемент выполнен из двух цилиндрических элементов, расположенных соосно, причем внутренний элемент является съемным.
Недостатками этого устьевого герметизатора являются:
- сложность изготовления и сборки, поскольку требуется определенная подгонка и совмещение ответных узлов и деталей;
- уплотнитель имеет сложную фигурную форму и для его изготовления требуется специальная пресс-формы достаточно сложной конструкции.
Наиболее близко по технической сущности и достигаемому результату является устройство для герметизации устья скважины (патент RU на полезную модель №38822, МПК 7 Е 21 В 33/03, 47/00 опубл. БИ №19 от 10.07.2004 г.), содержащее корпус, жестко связанный с гидроцилиндром, расположенный в гидроцилиндре полый поршень, установленный в корпусе уплотнительный элемент, направляющее кольцо, установленное над уплотнительным элементом, с конической поверхностью, взаимодействующей с уплотнительным элементом, при этом полый поршень дополнительно снабжен упором с конической поверхностью, взаимодействующей с уплотнительным элементом снизу, а корпус дополнительно оснащен регулировочным полым винтом, взаимодействующим через направляющее кольцо с уплотнительным элементом, при этом снизу полый поршень подперт фиксатором гидроцилиндра, надпоршневая полость которого
сообщается с атмосферой, причем конические поверхности направляющего кольца и упора полого поршня выполнены с возможностью поджатая уплотнительного элемента снаружи вовнутрь.
Недостатками данной конструкции устройства являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
во-вторых, сжатие уплотнителя происходит за счет осевой нагрузки на его торцы, а это не обеспечивает равномерного охвата уплотнителем уплотняемого объекта по всей площади контакта, что снижает качество герметизации устройства на устье скважины;
в-третьих, в процессе работы устройства, находящаяся на поверхности уплотняемого объекта грязь, шлам, в следствии постоянного перемещения трубы попадают на внутреннюю поверхность уплотнительного элемента, вызывая интенсивный износ последнего и снижая долговечность работы устройства в целом.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства, а также повышение качества герметизации герметизируемого объекта и долговечности работы устройства.
Указанная техническая задача решается устройством для герметизации устья скважины, содержащим корпус, жестко связанный с гидроцилиндром, установленный в корпусе уплотнительный элемент, расположенный в гидроцилиндре полый поршень, подпертый снизу фиксатором гидроцилиндра, при этом полый поршень сверху взаимодействует с упором, имеющим коническую поверхность, причем надпоршневая полость гидроцилиндра сообщена с атмосферой, а также регулировочный полый винт, навернутый на корпус и взаимодействующий с направляющим кольцом, имеющим коническую поверхность.
Новым является то, что корпус размещен внутри гидроцилиндра, а уплотнительный элемент расположен на корпусе в гидроцилиндре, причем полый поршень установлен на корпусе герметично с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно гидроцилиндра, при этом фиксатор гидроцилиндра снабжен сквозными отверстиями, сообщающими внутреннее пространство скважины с подпоршневой полостью гидроцилиндра, причем конические поверхности упора и направляющего кольца выполнены взаимообращенными и находятся в постоянном контакте друг с другом, при этом уплотнительный элемент снаружи снабжен стаканом, причем стакан и упор выполнены сборными, состоящими из плашек, размещенных равномерно диаметрально с целью преобразования осевого усилия, возникающего при осевом перемещении полого поршня в гидроцилиндре в радиальное сжатие уплотнительного элемента по всей
поверхности контакта с герметизируемым объектом, при этом внутренние поверхности корпуса и регулировочного полого винта снабжены кольцевыми выборками, в которых размещены сменные кольца, взаимодействующие с герметизируемым объектом.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображено сечение А-А.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для герметизации устья скважины содержит корпус 1 (см. фиг.1), жестко связанный с гидроцилиндром 2, причем корпус 1 размещен внутри гидроцилиндра 2. На корпусе 1 в гидроцилиндре 2 установлен уплотнительный элемент 3. В гидроцилиндре 2 герметично размещен полый поршень 4, подпертый снизу фиксатором 5 гидроцилиндра 2.
Полый поршень 4 сверху взаимодействует с упором 6, имеющим коническую поверхность 7, причем надпоршневая полость 8 гидроцилиндра 2 сообщена с атмосферой посредством отверстия 9, исключающих «поршневание» в процессе работы устройства.
Устройство содержит также регулировочный полый винт 10, навернутый на корпус 1 и взаимодействующий с направляющим кольцом 11, имеющим коническую поверхность 12. Полый поршень 4 установлен на корпусе 1 герметично с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно гидроцилиндра 2.
Фиксатор 5 гидроцилиндра 2 снабжен сквозными отверстиями 13, сообщающими внутреннее пространство скважины (на фиг.1 и 2 не показано) с подпоршневой полостью гидроцилиндра 2. Конические поверхности 7 и 12, соответственно упора 6 и направляющего кольца 11 выполнены взаимообращенными и находятся в постоянном контакте друг с другом. Уплотнительный элемент 3 снаружи снабжен стаканом 14.
Внутренние поверхности корпуса 1 и регулировочного полого винта 10 снабжены кольцевыми выборками 15 и 16 соответственно, в которых размещены сменные кольца 17 и 18 соответственно, взаимодействующие с герметизируемым объектом 19.
Сменные кольца 17 и 18 выполнены, например, из фторопласта или бронзы.
Сменные кольца 17 и 18 находятся в контакте с герметизируемым объектом 19 (например, полированным штоком штангового скважинного насоса) и предназначены для очистки наружной поверхности герметизируемого объекта 19 от шлама, грязи перед непосредственной герметизацией последнего в уплотнительном элементе 3 устройства.
Стакан 14 и упор 6 выполнены сборными, состоящими из плашек (например, из четырех плашек каждый см. фиг.2), которые размещены равномерно диаметрально с целью преобразования осевого усилия, возникающего при осевом перемещении полого поршня 4 (см. фиг.1) в гидроцилиндре 2 в радиальное сжатие уплотнительного элемента 3
по всей поверхности контакта с герметизируемым объектом 19 (например, с полированным шток штангового глубинного насоса).
С целью исключения «поршневания» в процессе перемещения полого поршня 4 в гидроцилиндре 2, полый поршень 4 снабжен технологическими отверстиями 20.
Устройство работает следующим образом.
Перед эксплуатацией устройства производят его сборку на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано). Для этого в гидроцилиндр 2 (см. фиг.1) герметично устанавливают сначала полый поршень 4, а затем внутрь гидроцилиндра вворачиваю корпус 1, который в свою очередь также герметично взаимодействует с полым поршнем 4. Устанавливают сменное кольцо 17 в кольцевую выборку 15 корпуса 1.
Далее пропускают герметизируемый объект 19 сквозь корпус 1, после чего гидроцилиндр 2 резьбой 21 вворачивают в верхний фланец устьевой арматуры (на фиг.1 и 2 не показано), затем продевают уплотнительный элемент 3 (см. фиг.1) через герметизируемый объект 19 и устанавливают уплотнительный элемент 3 в гидроцилиндр 2 на корпус 1. Далее равномерно по наружному диаметру уплотнительного элемента 3 в гидроцилиндр 2 до упора в верхний торец корпуса 1 устанавливают стакан 14 (см. фиг.2), выполненный сборным в виде четырех плашек. Затем по наружному диметру стакана 14 в гидроцилиндр 2 до упора в верхний торец полого поршня 4 устанавливают упор 6, также выполненный сборным в виде четырех плашек, между которыми образуется зазор 21, причем каждая плашка упора 6 должна перекрывать зазор 23 между соседними плашками стакана 14. После этого на стакан 14 (см. фиг.1) устанавливают направляющее кольцо 11 до взаимодействия его конусной поверхности 12 с конусной поверхностью 7 упора 6.
Устанавливают сменное кольцо 18 в кольцевую выборку 16 регулировочного полого винта 10. Далее регулировочный полый винт 10 продевают сквозь герметизируемый объект 19, затем наворачивают регулировочный полый винт 10 на гидроцилиндр 2, при этом полый шток 4 своим нижним торцом упирается в фиксатор 5 гидроцилиндра 2.
Запускают устройство в работу, при этом полый поршень 4 благодаря сквозным отверстиям 13, передающим давление из внутреннего пространства скважины в подпоршневую полость гидроцилиндра 2, совершает в гидроцилиндре 2 осевые возвратно-поступательные перемещения (вверх/вниз), при этом осевое усилие, возникающее при перемещении полого поршня 4 в гидроцилиндре 2 передается на упор 6, выполненный в виде плашек, которые смыкаясь по зазору 22 передают сжимающее усилие на стакан 14, поскольку направляющее кольцо 11 находится неподвижно
благодаря упору своим верхним торцом в регулировочный полый винт 10, который жестко соединен к гидроцилиндру 2.
В итоге стакан 14 (см. фиг.2) диаметрально уменьшается (его плашки диаметрально смыкаются друг к другу по зазору 23), а это вызывает радиальное сжатие внутрь уплотнительного элемента 3 по всей площади контакта с герметизируемым объектом 19.
Сменные кольца 17 и 18, установленные соответственно в кольцевых выборках 15 и 16, соответственно корпуса 1 и регулировочного полого винта 10, благодаря контакту с герметизируемым объектом 19 позволяют очищать от грязи и шлама поверхность последнего перед его попаданием в уплотнительный элемент 3 в любом осевом направлении (вверх/вниз).
Усилие сжатия уплотнительного элемента 3 зависит от давления в подпоршневом пространстве гидроцилиндра 2, чем больше давление, тем больше осевое усилие полого поршня 4 на уплотнительный элемент 3 и тем выше степень герметизации герметизируемого объекта 19 в процессе его перемещения. Кроме того, радиальное усилие сжатия, действующее на уплотнительный элемент, позволяет ему сохранять герметичность, в случае если герметизируемый объект 19 имеет канавки, рытвины, глубокие царапины на наружной поверхности.
При износе сменных колец 17 и 18, то есть отсутствии взаимодействия по площади контакта с герметизируемым объектом 19 производят их замену.
Предлагаемый устройство для герметизации устья скважины обладает простой конструкцией, а повышение качества герметизации связанно с возможностью регулируемого радиально сжатия уплотнительного элемента, а долговечность работы устройства связана с исключением попадания шлама грязи на внутреннюю поверхность уплотнительного элемента и, как следствие, снижением износа последнего.