САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ УСТЬЕВОЙ САЛЬНИК Российский патент 2000 года по МПК E21B33/03 

Область техники, к которой относится изобретение.

Описываемое предлагаемое изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к конструкции устройств для герметизации устья скважин, и может быть использовано для добычи нефти штанговыми насосами.

Уровень техники.

Известны устьевые сальники, включающие сальниковую головку и тройник, присоединяемые резьбой к устьевому оборудованию скважины соосно верхней насосно-компрессорной трубе (далее НКТ).

Известен устьевой сальник [1], содержащий сальниковую головку, имеющую резьбу внизу, и тройник, имеющий резьбу НКТ на нижнем и выкидном патрубке и резьбу на верхнем патрубке. Сальниковая головка неподвижно закреплена резьбовым соединением на тройнике.

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает самоустановку сальниковой головки по сальниковому штоку, при стремлении его к радиальному перемещению в устье скважины вследствие горизонтального смещения станка-качалки от номинального положения. Это приводит к интенсивному износу уплотнительных элементов и направляющих втулок в сальниковой головке, к износу сальникового штока, внутренней поверхности верхней НКТ и верхней муфты штанговой колонны в месте их касания.

Наиболее близким к заявленному устройству аналогом (прототипом) является самоустанавливающийся устьевой сальник СУС2А-73-31 [2, 3, 4 и 5], содержащий сальниковую головку, имеющую внизу опору со сферической головкой, и тройник, имеющий верхний патрубок с осевой сферической расточкой и буртиком с наружной резьбой, внизу - патрубок с резьбой НКТ и боковой выкидной патрубок.

Сальниковая головка опорой закреплена в сферической расточке верхнего патрубка тройника при помощи накидной гайки со сферической расточкой, которая застопорена контргайкой. Сальниковая головка имеет возможность наклоняться в сферическом соединении и самоустанавливаться по сальниковому штоку.

При горизонтальном смещении станка-качалки от номинального положения, сальниковый шток стремится к перемещению в радиальном направлении в верхней НКТ, но происходит наклон сальникового штока совместно с сальниковой головкой в сферическом соединении. При большем, чем допустимо, горизонтальном смещении станка-качалки от номинального положения, верхняя муфта штанговой колонны касается внутренней стенки верхней НКТ. Появляется радиальная сила, которая действует со стороны сальникового штока на направляющие втулки и уплотнительные элементы сальниковой головки, увеличивающаяся при касании муфты и стенки НКТ.

Недостатком этого устройства является отсутствие самоустановки сальниковой головки по сальниковому штоку, при стремлении его к радиальному перемещению в верхней НКТ, что приводит к повышенному износу уплотнительных элементов и направляющих втулок сальниковой головки, износу сальникового штока, внутренней поверхности верхней НКТ и верхней муфты штанговой колонны в месте их касания.

Сущность изобретения.

Целью изобретения является повышение работоспособности уплотнительных элементов и направляющих втулок сальниковой головки самоустанавливающегося устьевого сальника, повышение надежности работы верхней части штанговой колонны и верхней НКТ скважины за счет самоустановки сальниковой головки по сальниковому штоку, при радиальном перемещении и наклоне его в пределах внутреннего диаметра верхней НКТ.

Поставленная цель достигается за счет того, что в самоустанавливающемся устьевом сальнике, содержащем тройник, имеющий расположенный вверху патрубок с осевой сферической расточкой и буртик с наружной резьбой, и сальниковую головку со сферической опорой, закрепленную на тройнике сферическим соединением, предусмотрены следующие конструктивные отличия:
- введен металлический корпус, имеющий расширяющееся вниз осевое отверстие, вверху - осевую сферическую расточку и буртик с наружной резьбой, а внизу - патрубок со сферической опорой;
- тройник соединен с сальниковой головкой корпусом посредством двух подвижных уплотненных сферических соединений.

В частных случаях выполнения самоустанавливающегося устьевого сальника предусмотрены следующие конструктивные отличия:
- корпус состоит из металлического перехода, имеющего расширяющееся вниз осевое отверстие, вверху - осевую сферическую расточку и буртик с наружной резьбой, внизу - патрубок с наружной резьбой, и металлической сферической опоры, имеющей сквозное отверстие с внутренней резьбой, при этом переход соединен со сферической опорой герметичным резьбовым соединением;
- сферические соединения имеют металлические самоустанавливающиеся антифрикционные кольца со сферическими расточками.

Перечень фигур чертежей. (Один чертеж).

Техническая сущность и принцип действия предложенного самоустанавливающегося устьевого сальника поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства с учетом частных случаев выполнения.

Предложенный самоустанавливающийся устьевой сальник состоит из: 1 - сальниковой головки, 2 - перехода, 3 - сферической опоры, 4 - тройника, 5 - гаек накидных, 6 - контргаек, 7 - уплотнительных деталей, 8 - антифрикционных колец, 9 - втулок.

Обозначения: СШ - сальниковый шток, Ц1 - центр нижней сферической опоры, Ц2 - центр верхней сферической опоры.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Самоустанавливающийся устьевой сальник содержит сальниковую головку 1, имеющую внизу сферическую опору, переход 2, имеющий расширяющееся вниз осевое отверстие, вверху - осевую сферическую расточку и буртик с наружной резьбой, внизу - патрубок с наружной резьбой НКТ, сферическую опору 3, имеющую сквозное отверстие с внутренней резьбой НКТ, и тройник 4, имеющий внизу патрубок с резьбой НКТ, боковое отверстие для выхода продукта скважины, вверху - патрубок с осевой сферической расточкой и буртик с наружной резьбой. Переход 2 соединен со сферической опорой 3 герметичным резьбовым соединением.

В сферической расточке тройника 4 установлена сферическая опора 3 с переходом 2, а в сферической расточке перехода 2 установлена сферической опорой сальниковая головка 1. Тройник 4 соединен с сальниковой головкой 1 сферической опорой 3 и переходом 2 посредством двух сферических соединений. Крепление сферических соединений выполнено накидными гайками 5, которые застопорены контргайками 6. В накидных гайках 5 расположены антифрикционные кольца 8. Сферические соединения герметизированы уплотнительными деталями 7.

Переход 2, сферическая опора 3, тройник 4, накидные гайки 5, контргайки 6 и антифрикционные кольца 8 - металлические, уплотнительные детали 7 - из эластомера.

Вращение накидных гаек 5 и контргаек 6 осуществляется за втулки 9, а перехода 2 и сальниковой головки 1 - за шестигранники.

Переход 2 со сферической опорой 3 и сальниковая головка 1 могут наклоняться в сферических соединениях вокруг центров Ц1 и Ц2. В результате этого сальниковая головка 1 самоустанавливается по сальниковому штоку СШ при его радиальном перемещении и наклоне относительно вертикальной оси тройника 4. Величина наклона перехода 2 и сальниковой головки 1 ограничена наружными диаметрами их шеек и внутренними диаметрами осевых отверстий в накидных гайках 5. Это предотвращает касание верхней муфты штанговой колонны и внутренней стенки верхней НКТ. Ось сальниковой головки 1 и сальникового штока СШ может проходить через любую точку круга, описываемого центром верхней сферической опоры Ц2. При этом радиальные усилия от сальникового штока СШ на направляющие втулки и уплотнительные элементы сальниковой головки 1 минимальны, а износ их незначителен.

После ограничения наклона перехода 2 и при дальнейшем смещении сальникового штока СШ от оси верхней НКТ самоустановка сальниковой головки 1 по сальниковому штоку СШ происходит только за счет наклона ее в верхней сферической опоре Ц2. При этом увеличиваются радиальные усилия от сальникового штока СШ на направляющие втулки и уплотнительные элементы сальниковой головки 1, увеличивается их износ. Касание верхней муфты штанговой колонны и внутренней противоположной стенки верхней НКТ может произойти после преодоления расстояния между ними, равного диаметру круга, описываемого центром верхней сферической опоры Ц2.

Антифрикционное кольцо 8 имеет возможность перемещаться в радиальном направлении и самоустанавливаться по сферической опоре.

Источники информации
1. Сулейманов А.Б., Карапетов К.А., Яшин А.С. Техника и технология капитального ремонта скважин. Стр. 74 и 76. Москва. Недра, 1987 г.

2. Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации, приборов и спецматериалов. Книга 2, стр. 22. Москва. ВНИИОЭНГ, 1994 г.

3. Добыча нефти штанговыми насосами. Стр. 239 - 241. Москва. Недра. 1993 г.

4. Бухаленко Е.И. Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. Стр. 42 - 45. Москва. Недра, 1985 г.

5. Бухаленко Е.И. Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. Стр. 39 - 42. Москва. Недра, 1974 г.

Предназначен для герметизации устья нефтяных скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками. Самоустанавливающийся устьевой сальник включает сальниковую головку со сферической опорой, переход, имеющий осевое отверстие, вверху - осевую сферическую расточку и буртик с наружной резьбой. Внизу переход имеет патрубок с резьбой под насосно-компрессорные трубы (НКТ), сферическую опору, имеющую отверстие с резьбой НКТ. Тройник имеет вверху патрубок с осевой сферической расточкой и буртик с наружной резьбой, внизу - патрубок с резьбой под НКТ и боковое выкидное отверстие. Тройник соединен с сальниковой головкой сферической опорой и переходом двумя сферическими соединениями, закрепленными накидными гайками с контргайками и имеющими уплотнительные детали и антифрикционные кольца. Вращение резьбовых деталей осуществляется за втулки, а сальниковой головки и перехода - за шестигранники. Переход с опорой и сальниковая головка могут наклоняться в сферических соединениях вокруг их центров, что позволяет сальниковой головке самоустанавливаться по сальниковому штоку при радиальных перемещениях и наклонах его в пределах внутреннего диаметра верхней НКТ скважины. Это повышает надежность работы верхней части штанговой колонны скважины, снижает износ уплотнительных элементов и направляющих втулок сальниковой головки, верхней муфты штанговой колонны и внутренней поверхности верхней НКТ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Самоустанавливающийся устьевой сальник, включающий тройник, имеющий вверху патрубок с осевой сферической расточкой и буртик с наружной резьбой, и расположенную на нем сальниковую головку со сферической опорой, прикрепленную к тройнику уплотненным сферическим соединением, отличающийся тем, что тройник и сальниковая головка соединены между собой посредством двух подвижных уплотненных сферических соединений, позволяющих сальниковой головке самоустанавливаться по сальниковому штоку при радиальных перемещениях и наклонах его в пределах внутреннего диаметра верхней насосно-компрессорной трубы скважины, при этом тройник и сальниковая головка соединены между собой металлическим корпусом, имеющим расширяющееся вниз осевое отверстие, вверху - осевую сферическую расточку и буртик с наружной резьбой, а внизу - патрубок, соединенный со сферической опорой. 2. Сальник по п.1, отличающийся тем, что патрубок соединен со сферической опорой герметичным резьбовым соединением. 3. Сальник по п.1, отличающийся тем, что сферические соединения имеют металлические самоустанавливающиеся антифрикционные кольца со сферическими расточками.