УСТЬЕВАЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ ГОЛОВКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, в частности, к устройствам для герметизации устья скважины при производстве спуско-подъемных операций с насосно-компрессорными трубами (НКТ) в процессе освоения скважины, а также в процессе текущих и капитальных ремонтов.
Известен устьевой герметизатор (Патент РФ №2217574, кл. Е 21 В 33/03, от 2001 г.), содержащий цилиндрический корпус с присоединительными фланцами и осевым каналом, внутри которого с опорой на кольцевой выступ в осевом канале корпуса концентрично установлена кольцевая самоуплотняющаяся эластичная манжета, нажимную крышку, поджимающую манжету, при этом манжета в верхней части снабжена верхним и нижним кольцевым воротником, между которыми установлен металлический каркас, а в нижней части манжета содержит ласт, охватывающий выступ корпуса, и втулку. В крышке, верхнем и нижнем кольцевых воротниках уплотнителя, разрезном кольце и кольцевом выступе выполнены отверстия, через которые пропущены шпильки с резьбовой верхней и нижней частями.
Однако, данный известный устьевой герметизатор является довольно сложным в изготовлении, для него требуются нетрадиционные детали.
Кроме того, этот герметизатор не исключает образование задиров при спуско-подъемных операциях насосно-компрессорных труб (НКТ), особенно, в области муфтового соединения, что может привести к повреждению манжеты, а значит - к разгерметизации устройства.
Еще одним недостатком известного герметизатора является отсутствие универсальности по его использованию на различных по типоразмеру арматурах.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности является устьевая герметизирующая головка (Авт. свид. СССР №1564323, кл. Е 21 В 33/03, от 1987 г.), состоящая из цилиндрического корпуса с присоединительными фланцами и с осевым каналом, внутри которого с опорой на посадочный элемент размещена распорная втулка. Внутри корпуса в осевом канале концентрично установлена кольцевая самоуплотняющаяся эластичная манжета, выполненная в виде конусной воронки, внутренняя поверхность которой имеет форму цилиндра с коническими раструбами. Головка также содержит нажимную гайку, установленную в одном из фланцев корпуса, и упорную гайку, установленную в другом фланце корпуса. По всей внутренней поверхности манжеты равномерно размещены предохранительные элементы, выполненные в виде изогнутых по концам стержней, повторяющих форму образующей этой поверхности в ее свободном состоянии, а именно Т-образной формы. Причем стержни на своих изогнутых концах со стороны осевого канала корпуса имеют жестко связанные с ними секторы, а в средней части между секторами стержни выполнены с радиальными пазами для размещения в них материала эластичной манжеты.
Указанная известная устьевая герметизирующая головка предназначена для использования при спуско-подъемных операциях на скважине под давлением.
Однако и она не лишена недостатков, а именно:
- при проведении спуско-подъемных операций возможен задир манжеты при прохождении вверх муфтового соединения НКТ или ее разрыв в области опоры на опорный элемент при прохождении данного муфтового
соединения вниз, т.к. наиболее слабым местом у самоуплотняющейся манжеты известной герметизирующей головки является именно область опоры на опорный элемент, т.к. в этом месте манжета испытывает наиболее сильное и неравномерное напряжение, а дополнительная ее защита у известной головки отсутствует;
- кроме того, известная герметизирующая головка не обеспечивает ее использование на арматурах различных видов, т.к. ее присоединительные фланцы выполнены одного типоразмера.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении долговечности и надежности работы устьевой герметизирующей головки за счет устойчивости и исключения задиров самоуплотняющейся манжеты при многократных спуско-подъемных операциях НКТ и их муфтовых соединений, при одновременном придании головке универсальности за счет возможности использования на арматуре двух типоразмеров.
Указанный технический результат достигается по первому варианту предлагаемой устьевой герметизирующей головкой, содержащей цилиндрический корпус с присоединительными фланцами и осевым каналом, внутри которого, с опорой на посадочный элемент, выполненный в осевом канале корпуса, концентрично установлена кольцевая самоуплотняющаяся эластичная манжета, нажимную гайку, поджимающую манжету и установленную в одном из фланцев корпуса, и упорную гайку, установленную в другом фланце корпуса, при этом устройство дополнительно содержит уплотнительное кольцо, установленное между нажимной гайкой и манжетой, а также -ограничительное кольцо, размещенное в опорном гнезде упорной гайки, причем в качестве посадочного элемента для манжеты на внутренней поверхности корпуса в осевом канале выполнен кольцевой выступ, на
котором установлено посадочное кольцо, при этом манжета выполнена в виде конусной воронки, причем блок устьевой герметизирующей головки, состоящий из нажимной гайки, уплотнительного кольца, манжеты и посадочного кольца, и блок устьевой герметизирующей головки, состоящий из упорной гайки и ограничительного кольца, выполнены с возможностью осуществления технологической перестановки их местоположения в осевом канале корпуса по отношению друг к другу, а по второму варианту предлагаемой устьевой герметизирующей головкой, содержащей цилиндрический корпус с присоединительными фланцами и осевым каналом, внутри которого, с опорой на посадочный элемент, выполненный в осевом канале корпуса, концентрично установлена кольцевая самоуплотняющаяся эластичная манжета в виде конусной воронки, цилиндрическая часть которой заканчивается коническими раструбами, нажимную гайку, поджимающую манжету и установленную в одном из фланцев корпуса, и упорную гайку, установленную в другом фланце корпуса, при этом устройство дополнительно содержит уплотнительное кольцо, установленное между нажимной гайкой и манжетой, причем в качестве посадочного элемента для манжеты на внутренней поверхности корпуса в осевом канале выполнен кольцевой выступ, на котором установлено посадочное кольцо, при этом цилиндрическая часть манжеты выполнена с утолщением на внешней поверхности и с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, причем блок устьевой герметизирующей головки, состоящий из нажимной гайки, уплотнительного кольца, манжеты и посадочного кольца, и блок устьевой герметизирующей головки, состоящий из упорной гайки, выполнены с возможностью осуществления технологической перестановки их местоположения в осевом канале корпуса по отношению друг к другу.
В преимущественном варианте выполнения обоих вариантов устьевой герметизирующей головки присоединительные фланцы
выполнены по отношению друг к другу с различными наружными диаметрами.
Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего.
Благодаря дополнительному введению в конструкцию предложенной герметизирующей головки по обоим вариантам уплотнительного кольца, установленного между нажимной гайкой и манжетой, обеспечивается создание более жесткой и прочной системы в верхней части манжеты, подвергающейся наиболее сильной нагрузке. Этой же цели служит и посадочное кольцо, установленное между манжетой и опорным элементом. Благодаря этому посадочному кольцу и за счет жесткости всех элементов гасятся разрушительные растягивающие напряжения манжеты при прохождении через нее муфтового соединения. Все это обеспечивает повышение долговечности и надежности работы заявляемой герметизирующей головки.
Выполнение по второму варианту цилиндрической части самоуплотняющейся манжеты особой конструкции, а именно, с утолщением на внешней поверхности и с кольцевой канавкой на внутренней поверхности, позволяет обеспечить максимальное снятие напряжения в теле манжеты при прохождении через нее муфты НКТ.
А благодаря тому, что присоединительные фланцы выполнены по отношению друг к другу с различными наружными диаметрами, появилась возможность использовать предлагаемую головку на аппаратуре различных типоразмеров путем переворота самой головки и одновременно путем технологической перестановки местоположения блоков элементов в осевом канале корпуса по отношению друг к другу. Это делает предлагаемую устьевую герметизирующую головку универсальной.
Сущность вариантов предлагаемой полезной модели иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устьевой
герметизирующей головки по первому варианту; на фиг.2 - общий вид устьевой герметизирующей головки по второму варианту.
Предлагаемая устьевая герметизирующая головка состоит из цилиндрического корпуса 1 с осевым каналом 2 и присоединительными фланцами 3 и 4 на концах. Внутри корпуса 1 концентрично установлена кольцевая самоуплотняющаяся эластичная манжета 5, выполненная в виде конусной воронки (по первому варианту), и выполненная в виде конусной воронки, цилиндрическая часть которой выполнена с утолщением 6 на внешней поверхности и с кольцевой канавкой 7 на внутренней поверхности и заканчивается коническими раструбами 8 (по второму варианту). Манжета 5 опирается на опорный посадочный элемент, выполненный в виде кольцевого выступа 9 в осевом канале 2 корпуса 1, на котором установлено посадочное кольцо 10. Внутри корпуса 1 со стороны присоединительного фланца 3 установлены нажимная гайка 11 для поджатия манжеты 5 и уплотнительное кольцо 12, размещенное между нажимной гайкой 11 и манжетой 5.
Также внутри корпуса 1 со стороны присоединительного фланца 4 размещается упорная гайка 13, в опорном гнезде которой установлено ограничительное кольцо 14 (по первому варианту). При этом присоединительные фланцы 3 и 4 выполнены по отношению друг к другу с различными наружными диаметрами. А блок герметизирующей головки, по первому варианту, состоящий из нажимной гайки 11, уплотнительного кольца 12, манжеты 5 и посадочного кольца 10, и блок герметизирующей головки, состоящий из упорной гайки 13 и ограничительного кольца 14, выполнены с возможностью технологической перестановки их местоположения в осевом канале 2 корпуса 1 по отношению друг к другу (в этом случае верх и низ герметизирующей головки меняется местами).
Аналогичная техническая перестановка предусмотрена и для головки по второму варианту.
Устьевая герметизирующая головка работает следующим образом.
Устьевую герметизирующую головку в сборе с нижним присоединительным фланцем 3 (выбор в качестве нижнего фланца фланца 3 или 4 зависит от типоразмера присоединяемой арматуры) устанавливают и закрепляют на устье скважины. На верхний фланец 4 устанавливают превентор или другое оборудование.
После монтажа головки на устье скважины в последнюю очередь осуществляют спуск лифтовой колонны НКТ. При подходе муфты последняя свободно проходит в конусную часть манжеты 5 и вводится в цилиндрическую часть манжеты 5, при этом, благодаря тому, что блок, состоящий из уплотнительного кольца 12, манжеты 5 и посадочного кольца 10, образует единую систему, обеспечивающую равномерное распределение в ней нагрузочного напряжения, исключается запредельная нагрузка на манжету 5 и ее разрыв. Это также обеспечивается и влиянием упорной гайки 13 и ограничительного кольца 14 (по первому варианту), которые снимают излишние напряжения с манжеты 5 при прохождении через нее муфты НКТ при спуске. При подъеме лифтовых труб также вышеуказанный блок обеспечивает исключение задира манжеты 5 и ее повреждение. Такое же равномерное распределение нагрузочного напряжения обеспечивает и герметезирующая головка по второму варианту за счет выполнения цилиндрической части манжеты 5 с утолщением 6 при одновременном присутствии кольцевой канавки 7 на внутренней поверхности цилиндрической части манжеты 5.
Использование предлагаемой устьевой герметизирующей головки позволит в несколько раз увеличить общую длину лифтовых труб с муфтовыми соединениями, которые можно пропустить через эластичную манжету до ее выхода из строя. Все это доказывает долговечность и надежность работы предлагаемой герметизирующей головки.