Сборное устройство для сальника
ASSEMBLY DEVICE FOR GLAND

Настоящее изобретение относится к устройству для сбора утечек из сальника на устьевом оборудовании, которое используется при перекачивании нефти из-под земли.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нефтяные скважины используются для добычи нефти из подземных резервуаров. Как правило, нефть добывают из скважины с использованием технологий механизированной добычи, при которых нефть выкачивают из скважины на поверхность земли. Общераспространенной технологией механизированной добычи является использование скважинного насоса, который имеет устройство на дне скважины, которое используется для выкачивания нефти из скважины на поверхность земли. Устройство на дне скважины приводится в действие колонной насосных штанг, которая проходит от поверхности земли до насосного устройства, и за счет возвратно-поступательного движения колонны насосных штанг вверх и вниз в скважине насосное устройство приводится в действие и качает нефть из скважины. Возвратно-поступательное движение насосных штанг на поверхности земли обычно осуществляют с помощью станка-качалки или другого устройства.
Когда для обеспечения возвратно-поступательного движения насосных штанг используют станок-качалку, выходной патрубок станка-качалки обычно соединен подвеской с полированным штоком, который проходит в устьевое оборудование. Устьевое оборудование накрывает устьевое отверстие скважины, и полированный шток вставляют в устьевое оборудование через сальник, который соединен с верхней частью устьевого оборудования. Сальник предназначен для предотвращения вытекания жидкости из скважины, когда полированный шток входит в скважину. Сальник содержит внутри набивку (или набивочный материал), которая прижимается вплотную к полированному штоку, когда он совершает движение вверх и вниз в сальнике, образуя уплотнение и предотвращая выход нефти и другой жидкости по полированному штоку и из устьевого оборудования. Полированный шток имеет гладкую (т.е. полированную) поверхность, предназначенную для создания лучшего уплотнения с набивкой в сальнике.
Сальник, однако, нельзя назвать безупречным, и он может протекать. В некоторых случаях при прекращении выкачивания жидкости из скважины на какой-то период времени, например, если станок-качалка остановлен или жидкость перестала поступать из скважины, набивка в сальнике могла пересохнуть, и после возобновления выкачивания нефти или другой жидкости из скважины, некоторое количество этой жидкости может протечь через пересохшую набивку. Если станок-качалка продолжает совершать возвратно-поступательное движение, хотя набивка уже пересохла, набивка может повредиться вследствие движения полированного штока по ней. Иногда набивка может износиться просто с течением времени, такой износ набивки можно и не обнаружить, пока не произойдет утечка нефти из сальника.
Утечка нефти является очевидной проблемой, поскольку нефть или другая жидкость может вытекать из сальника и сбегать вниз по устьевому оборудованию, где она может загрязнять землю вокруг устьевого оборудования. Если так будет продолжаться достаточно долго, то большое количество нефти может накопиться вокруг устьевого оборудования.
Было разработано множество сборных устройств, предназначенных для сбора любой жидкости, вытекшей из сборной камеры, но они в основном предусматривают заключение всего сальника в кожух, предназначенного для сбора любых утечек. Заключение всего сальника в кожух может сделать сложным или даже невозможным доступ к сальнику для проведения технического обслуживания без снятия некоторых деталей или всего сборного устройства, это особенно проблематично для сальников, на которых используются болты, требующие частого затягивания для поджатая набивки по мере ее износа, чтобы сохранить уплотнение между набивкой и полированным штоком. Дополнительно, многие из них имеют относительно открытые верхние части, что позволяет накапливать в них дождевую воду и заполнять их дождевой водой, вследствие чего сальник окружен водой.
Многие из этих устройств из известного уровня техники также содержат множество элементов, которые на месте соединяются или «защелкиваются» вместе вокруг сальника. Хотя это может упростить установку этих устройств, в результате в устройствах, где элементы соединены вместе, есть швы. Поскольку они представляют собой стандартно используемые уплотнения, эти устройства из известного уровня техники могут протекать, если неправильно установлены (т.е. защелкнуты вместе) или если уплотнения высыхают или изнашиваются с течением времени.
Дополнительно, при осуществлении обслуживания насосной колонны, может предусматриваться подвешивание насосной колонны на устьевом оборудовании. Это обычно предусматривает размещение муфты на полированном штоке или другом участке насосной колонны и позволяет подвешивать вес всей насосной колонны на верхнюю часть устьевого оборудования (т.е. верхнюю часть сальника). Как правило, известные ранее устройства не настолько прочные, чтобы выдержать весь вес насосной колонны, поэтому их следует удалить, чтобы вес колонны труб можно было опереть на сальник.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте предоставляется сборное устройство для сбора утечки из сальника. Сборное устройство содержит корпус, содержащий нижнюю часть и открытую верхнюю часть, причем корпус образует внутреннее пространство, конструктивный элемент, размещенный по существу вертикально во внутреннем пространстве корпуса, причем конструктивный элемент содержит внутренний канал такого размера, который позволяет полированному штоку проходить через внутренний канал, и крышку, содержащую отверстие, выровненное с внутренним каналом, когда крышка установлена на корпус. Сборное устройство выполнено с возможностью соединения с сальником таким образом, что нижняя часть конструктивного элемента опирается на сальник, когда сборное устройство установлено на верхней части сальника.
Во втором аспекте предоставляется способ сбора утечки из сальника. Способ включает обеспечение сборного устройства, содержащего: корпус с нижней частью и открытой верхней частью, причем корпус образует внутреннее пространство; конструктивный элемент, размещенный по существу вертикально во внутреннем пространстве корпуса, причем конструктивный элемент содержит внутренний канал такого размера, который позволяет полированному штоку проходить через внутренний канал; и крышку, содержащую отверстие, выровненное с внутренним каналом, когда крышка установлена на корпус, снятие пылезащитного колпака с сальника и прикрепление сборного устройства к верхней части сальника таким образом, чтобы выровнять внутренний канал с сальником, установку пылезащитного колпака на верхнюю часть крышки сборного устройства, помещение крышки на корпус и пропускание полированного штока через внутренний канал сборного устройства.
ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
фиг. 1 представляет собой вид в перспективе стандартного сальника;
фиг. 2 представляет собой вид в перспективе сборного устройства, размещенного на верхней части сальника; и
фиг. 3 представляет собой схематический вид в разрезе сборного устройства и сальника по фиг. 2;
фиг. 4 представляет собой вид сверху в перспективе сборного устройства по фиг. 2 со снятой крышкой, чтобы показать внутреннее пространство и конструктивный элемент во внутреннем пространстве;
фиг. 5 представляет собой вид в перспективе сборного устройства в другом аспекте;
фиг. 6 представляет собой вид в перспективе сборного устройства по фиг. 5 со снятой крышкой;
фиг. 7 представляет собой вид сверху фитиля;
фиг. 8 представляет собой вид в перспективе фитиля по фиг. 7;
фиг. 9 представляет собой вид в перспективе сборного устройства и фитиля, вставленного во внутренний канал конструктивного элемента;
фиг. 10 представляет собой вид в перспективе сборного устройства в другом аспекте; и
фиг. 11 представляет собой схематический вид в разрезе сборного устройства и сальника по фиг. 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1 изображен стандартный сальник 10, предусмотренный на устьевом оборудовании 50. Возвратно-поступательное движение полированного штока 60 внутрь и наружу верхней части сальника 10 осуществляется через пыльник 12. Корпус 14 сальника 10 соединен с верхней частью устьевого оборудования 50 над нагнетательным тройником 52, через который поступает нефть и другие жидкости из верхней части устьевого оборудования 50 для хранения. Стягивающие болты 20 могут быть предусмотрены вокруг сальника 10, так что периодически эти стягивающие болты 20 можно затягивать для поджатая сальника 10 и приложения давления к набивке (не показана) в сальнике 10 для прижимания набивки вплотную к полированному штоку 60, когда он осуществляет возвратно-поступательное движение внутрь и наружу сальника 10. По мере износа набивки, можно с течением времени немного затягивать стягивающие болты 20, за счет чего набивка продолжит уплотнять полированный шток 60.
На фиг. 2 изображено сборное устройство 100, установленное в положение на верхней части сальника 10. Хотя сборное устройство 100 на фиг. 2 имеет прямоугольную форму, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что ряд форм будет работать равноценно хорошо.
На фиг. 3 изображен схематический вид в разрезе сборного устройства 100 на сальнике 10. Сборное устройство 100 содержит корпус 101 и крышку 102. Вместо заключения сальника 10 в кожух, сборное устройство 100 размещают на верхней части сальника 10, оставляя стягивающие болты 20 доступными для проведения технического обслуживания сальника 10. Набивка 30 в сальнике 10 образует уплотнение с внешней поверхностью полированного штока 60 для предотвращения утечки нефти или другой жидкости из сальника 10. Поскольку утечка нефти из сальника 10 практически всегда происходит, когда полированный шток 60 входит в верхнюю часть сальника 10, за счет прикрепления сборного устройства 100 к верхней части сальника 10 можно будет накапливать нефть, которая вытекает, так же, как если бы весь сальник 10 был заключен в кожух.
Корпус 101 сборного устройства 100 может содержать внутреннее пространство 110, которое образует камеру для сбора нефти или другой жидкости, которая вытекла из сальника 10 и попала во внутреннее пространство 110 сборного устройства 100. Корпус 101 сборного устройства 100 может представлять собой неразъемный блок с внутренним пространством 110 без каких-либо швов или соединений, как это могло быть, если бы корпус 101 был изготовлено из нескольких элементов, которые соединяются вокруг сальника 10. Вместо этого корпус 101 сборного устройства 100 может иметь одну бесшовную внутреннюю поверхность, окружающую внутреннее пространство 110, для предотвращения каких-либо утечек из швов или соединений с течением времени. Корпус 101 может содержать открытую верхнюю часть 106 и нижнюю часть 108.
Крышка 102 может быть предусмотрена для посадки сверху на открытую верхнюю часть 106 корпуса 101 и накрытия внутреннего пространства 110. Внутренний канал проходит через сборное устройство 100 и позволяет полированному штоку 60 проходить через сборное устройство 100 и в сальник 10.
Конструктивный элемент 120 может выходить из верхней части сборного устройства 100 через внутреннее пространство 110. На фиг. 4 показан конструктивный элемент 120, размещенный внутри внутреннего пространства сборного устройства 100. Конструктивный элемент 120 выровнен с отверстием 109 в нижней части 108 корпуса 101. В одном аспекте этот конструктивный элемент 120 может проходить через отверстие 109 в нижней части 108 корпуса 101 и немного ниже нижней части 108 сборного устройства 100, таким образом, чтобы нижний конец 122 конструктивного элемента 120 мог контактировать с верхним слоем 130 набивки, размещенным на верхней части сальника 10. Конструктивный элемент 120 может содержать внутренний канал 124 такого размера и размещенный таким образом, чтобы позволять полированному штоку 60 проходить через этот внутренний канал 124 и, следовательно, сборное устройство 100. Внутренний канал 124 конструктивного элемента 120 вместе с соответствующим отверстием 104 в крышке 102 может образовывать внутренний канал, который проходит по всей высоте сборного устройства 100. В одном аспекте конструктивный элемент 120 может представлять собой жесткую трубу, размещенную для вертикального прохождения через сборное устройство 100 и осуществления контакта с верхней частью сальника 10. Конструктивный элемент 120 может выдерживать вес насосной колонны и передавать вес насосной колонны через конструктивный элемент 120 на сальник 10 и, следовательно, на устьевое оборудование 50, когда насосная колонна подвешена на верхней части сборного устройства 100.
Несколько проемов 126 могут проходить через конструктивный элемент 120, чтобы обеспечить сообщение внутреннего канала 124 конструктивного элемента 120 по текучей среде с внутренним пространством 110 сборного устройства 100. Таким образом, нефть или другая жидкость, которая вытекает из верхней части сальника 10, где полированный шток 60 входит в сальник 10, может накапливаться внутри конструктивного элемента 120, пока она не достигнет одного из проемов 126 в конструктивном элементе 120 и не перетечет во внутреннее пространство 110 сборного устройства 100.
Сборное устройство 100 может быть установлено в положение на верхней части сальника 10 путем снятия пылезащитного колпака 12 с верхней части сальника 10 и последующего прикрепления нижней части сборного устройства 100 к фланцу на верхней части сальника 10, который ранее удерживал пылезащитный колпак 12. Сборное устройство 100 может быть прикреплено путем вставки болтов через нижнюю часть 108 корпуса 101 сборного устройства 100 и использования болтов для прикрепления сборного устройства 100 к фланцу на верхней части сальника 10. Прокладки или уплотнения могут быть использованы с болтами для предотвращения вытекания вокруг болтов нефти или других текучих сред, накопленных в сборном устройстве 100.
Поскольку сборное устройство 100 представляет собой цельную бесшовную деталь и она не разделяется на несколько элементов для установки, сборное устройство 100 должно быть сначала размещено на верхней части сальника 10 и затем насосная колонна должна быть опущена через внутренний канал в сборном устройстве 100, при этом опускают ее через отверстие 104 в крышке 102 и через внутренний канал 124 конструктивного элемента 120.
Обычно между верхней частью сальника 10 и сборным устройством 100 обеспечена прокладка или другое уплотнение. Полированный шток 60 может проходить через внутреннюю часть конструктивного элемента 120 в сборном устройстве 100. Нижний слой 132 набивки может быть размещен на верхней части сальника 10 между верхней частью сальника 10 и нижним концом конструктивного элемента 120 таким образом, чтобы нефть или другая жидкость, которая вытекает из верхней части сальника 10, могла быть счищена с полированного штока 60 нижним слоем 132 набивки.
Пылезащитный колпак 12 можно использовать снова, прикрепив к крышке 102 сборного устройства 100. При установленном пылезащитном колпаке 12 на крышке 102 сборного устройства 100 обеспечивается защита от попадания дождевой воды в сборное устройство 100. Верхний слой 130 набивки, предусмотренный между крышкой 102 сборного устройства 100 и пылезащитным колпаком 12, может предотвращать поднимание нефти или другой жидкости, вытекающей из сальника 10, по полированному штоку 60 вверх и наружу из верхней части сборного устройства 100. Вместо этого верхний слой 130 набивки может счистить эту нефть или другую жидкость с полированного штока 60, оставляя ее в сборном устройстве 100.
В нижней части 108 корпуса 101 сборного устройства 100 может быть предусмотрена сливная заглушка 140, позволяющая сливать жидкость, которая была накоплена в сборном устройстве 100, для чего сливную заглушку 140 следует вынуть или иным образом открыть.
В сборном устройстве 100 может быть предусмотрен переключатель 150 сигнализации высокого уровня для активации сигнализации, когда жидкость во внутреннем пространстве 110 сборного устройства 100 достигнет высоты переключателя 150 сигнализации высокого уровня. Сигнализация может включать отправку сигнала, чтобы остановить станок-качалку для предотвращения дальнейшего выхода жидкости из скважины вследствие возвратно-поступательного движения насосной колонны. В одном аспекте переключатель 150 сигнализации высокого уровня может представлять собой переключатель с поплавком, который срабатывает, когда жидкость в сборном устройстве 100 достигает такой высоты, при которой поплавок всплывает и активирует переключатель.
При эксплуатации, поскольку полированный шток 60 и насосная колонна осуществляют возвратно-поступательное движение внутрь и наружу устьевого оборудования 50 через сальник 10, если нефть или другая жидкость вытекает из сальника 10 между сальником 10 и полированным штоком 60, она может переместиться в сборное устройство 100, где она может быть вытерта верхним слоем 130 набивки, если она поднимется по полированному штоку 60 так высоко. Жидкость затем может накапливаться в сборном устройстве 100. Изначально эта жидкость может накапливаться во внутреннем канале 124 конструктивного элемента 120, пока жидкость не достигнет достаточно высокого уровня внутри внутреннего канала 124, что достигнет одного из проемов 126, проходящих через конструктивный элемент 120. Как только жидкость во внутреннем канале 124 сборного устройства 100 достигнет высоты одного из проемов 126, она сможет пройти через проем 126 во внутреннее пространство 110 сборного устройства 100, где она затем будет собираться в сборном устройстве 100. Затем пользователь может периодически проверять внутреннее пространство 110 сборного устройства 100, сняв крышку 102 и заглянув внутрь, чтобы проверить, собралась ли жидкость в сборном устройстве 100 и сколько ее. Альтернативно, если жидкость достигает переключателя 150 сигнализации высокого уровня, оператор может реагировать на сигнализацию, которая включается. Накопленная жидкость может быть удалена из сборного устройства 100 через слив 140.
Если работа должна быть выполнена на насосной колонне, устьевом оборудовании или станке-качалке, насосная колонна может висеть на верхней части сборного устройства 100 вместо того, чтобы снимать сборное устройство 100 и оставлять насосную колонну висеть на верхней части сальника 10, и за счет этого они находятся сверху устьевого оборудования 50. Поскольку сборное устройство 100 представляет собой цельную деталь с крышкой 102, его нельзя удалить с верхней части сальника 10 без извлечения всей насосной колонны из скважины. Однако сборное устройство 100 рассчитано на удержание всего веса насосной колонны. Когда насосная колонна подвешена на верхней части сборного устройства 100 конструктивный элемент 120 может выдерживать вес насосной колонны и передавать вес насосной колонны через конструктивный элемент 120 на верхнюю часть сальника 10 и устьевое оборудование 50. Таким образом, вес насосной колонны будет помещен на устьевое оборудование 50, так же, как если бы там не было сборного устройства 100, и конструктивный элемент 120 будет предотвращать раздавливание сборного устройства 100 весом подвешенной насосной колонны.
В дополнительном аспекте, нефть или другая смазочная жидкость может быть специально сохранена во внутреннем пространстве 110 сборного устройства 100 на достаточно высоком уровне, при котором эта нефть или другая смазочная жидкость может пройти через один из проемов 126 внутрь конструктивного элемента 120, чтобы смазать полированный шток 60 нефтью или другим смазочным маслом внутри конструктивного элемента 120. Таким образом, благодаря нефти или другому смазочному маслу, верхний слой 130 набивки и нижний слой 132 набивки и даже набивка 30 в сальнике 10 могут оставаться смазанными, что предотвращает их повреждение и не требует прекращения добычи нефти на какой-то период времени.
На фиг. 5 и 6 изображено сборное устройство 300 в другом аспекте. Сборное устройство 300 по аналогии со сборным устройством 100 может содержать корпус 301 и крышку 302. Конструктивный элемент 320 может быть размещен вертикально во внутреннем пространстве 310, образованном корпусом 301. Конструктивный элемент 320 может образовывать внутренний канал 324, через который полированный шток может проходить через сборное устройство 300 и выходить через отверстие в нижнем конце 322 корпуса 301.
Сборное устройство 300 может содержать первое окошко 330 и второе окошко 332, позволяющие пользователю заглянуть внутрь внутреннего пространства 310, не снимая крышку 302. Первое окошко 330 может быть предусмотрено на крышке 302 и второе окошко 332 может быть предусмотрено на боковой стороне корпуса 301.
Конструктивный элемент 320 может содержать проемы 326, предусмотренные рядом с верхней частью нижнего участка 323 конструктивного элемента 320. Один из этих проемов 326 может быть использован для прохождения нефти или других жидкостей, которые вытекли во внутренний канал 324, во внутреннее пространство 319, образованное корпусом 301.
Верхний участок 321 конструктивного элемента 320 может быть предусмотрен прикрепленным к крышке 302 сборного устройства 300. Этот верхний участок 321 конструктивного элемента 320 может опираться на верхнюю часть нижнего участка 323 конструктивного элемента 320, который, в свою очередь, будет опираться на верхнюю часть сальника 10, когда сборное устройство 300 установлено на верхнюю часть сальника 10.
На фиг. 7-9 изображен фитиль 350, который может быть использован для смазывания полированного штока. Фитиль 350 может быть изготовлен из войлока или другого материала, который позволяет осуществление капиллярного действия.
Фитиль 350 может содержать охватывающую часть 352 и хвост 354. Охватывающая часть 352 фитиля 350 может быть обмотана вокруг полированного штока, проходящего через внутренний канал 324, проходящий через конструктивный элемент 320. Хвост 354 фитиля 350 затем может быть размещен для прохождения через один из проемов 326 так, чтобы конец хвоста 354 свисал в смазочный материал, находящийся в корпусе 301. За счет капиллярного действия фитиль 350 будет обеспечивать поднятие смазочного материала по хвосту 354 фитиля 350, находящегося в контакте с корпусом 301 сборного устройства 350, по хвосту 354 во внутренний канал 324 вокруг полированного штока. Таким образом смазочный материал может быть помещен в корпус 301 и фитиль 350 используется для поддержания полированного штока в смазанном состоянии, по мере его прохождения через внутренний канал 324 конструктивного элемента 320.
На фиг. 10 и 11 изображено сборное устройство 200 для сбора утечек из сальника 10 в дополнительном аспекте. Сборное устройство 200 может содержать неразъемный корпус 201, который содержит внутреннее пространство 210 для накопления нефти или другой жидкости, которая вытекла из верхней части сальника и крышки 202. В отличие от сборного устройства 100, показанного на фиг. 2-4, в сборном устройстве 200 отсутствует внутренний конструктивный элемент для поддержки насосной колонны, когда она висит на верхней части сборного устройства 200. Вместо этого внешние размеры сборного устройства 200 могут быть меньше, чем размеры сборного устройства 100, и стенки сборного устройства 200 могут быть сделаны толще и прочнее, так что стенки сборного устройства 200 могут выдерживать вес насосной колонны, висящей на верхней части сборного устройства 200.
Перед началом спуска насосной колонны в скважину сборное устройство 200 может быть прикреплено к упору сальника 10 путем снятия пылезащитного колпака 12 с верхней части сальника 10 и соединения болтами корпуса 201 сборного устройства 200 на месте, где пылезащитный колпак 12 был соединен болтами с верхней частью сальника 10. Нижний слой 232 набивки может быть предусмотрен между верхней частью сальника 10 и нижней частью корпуса 201 сборного устройства 200. Пылезащитный колпак 12 может затем быть соединен болтами с верхней частью крышки 202, и крышка 202 и пылезащитный колпак 12 размещены на корпусе 201. Верхний слой 230 набивки может быть предусмотрен между пылезащитным колпаком 12 и крышкой 202 сборного устройства 200. Когда корпус 201 и крышка 202 сборного устройства 200 находятся на верхней части сальника 10 насосную колонну можно опускать через пылезащитный колпак 12 и соответствующее отверстие 204 в крышке 202, через сборное устройство 200 и внутрь скважины через сальник 10 до тех пор, пока полированный шток 60 не пройдет через сборное устройство 200 и сальник 10.
Если нефть или другая жидкость вытекает из верхней части сальника 10 через набивку 30 в сальнике 10 и это происходит через нижний слой 232 набивки, она будет собираться во внутреннем пространстве 210 сборного устройства 200. Неразъемный корпус 201 может иметь бесшовную внутреннюю поверхность, поскольку он не образован из более чем одного элемента с последующим соединением элементов вокруг сальника 10, а установлен неразъемно на верхней части сальника 10 перед опусканием насосной колонны через сборное устройство 200 внутрь скважины через сальник 10.
По аналогии со сборным устройством 100 сборное устройство 200 может содержать слив 240 для удаления нефти или другой жидкости из внутреннего пространства 210 сборного устройства 200 и датчик 150 высокого уровня, который показывает, что нефть или другая жидкость достигла определенной высоты во внутреннем пространстве 210 сборного устройства 200.
Когда работа должна быть выполнена на насосной колонне, станке-качалке и т.д., насосная колонна может висеть на верхней части сборного устройства 200 и сборное устройство 200 с его толстыми боковыми стенками и меньшими наружными размерами может выдержать весь вес насосной колонны.
Вышеизложенное рассматривается лишь в качестве пояснения принципов изобретения. Также, поскольку многочисленные изменения и модификации будут очевидны специалистам в данной области техники, не является необходимым ограничение изобретения точными конструкцией и работой, показанными и описанными, и, соответственно, подразумевается, что все такие подходящие изменения или модификации в конструкции или работе могут считаться подпадающими под объем формулы данного изобретения.