ПРОТИВОВЫБРОСОВЫЙ КЛАПАН УСТЬЕВОГО САЛЬНИКА Российский патент 2001 года по МПК E21B33/03 E21B34/02 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, в частности к конструкции клапанов для устройств герметизации устья скважин при добыче нефти штанговыми насосными установками.

Известны противовыбросовые клапаны устьевых сальников, перекрывающие отверстие, ведущее к сальниковой головке, после аварийного выхода сальникового штока из устьевого сальника, предотвращающие загрязнение нефтью окружающей среды и потери нефти.

Известно автоматическое устройство [1], перекрывающее скважину в случае обрыва сальникового штока. Устройство содержит металлическую коническую пробку, к меньшему торцу которой прикреплена полимерная накладка, контактирующая с сальниковым штоком, металлическую пружину сжатия, имеющую возможность воздействия на пробку в сторону перекрытия отверстия, и металлический корпус, имеющий коническое отверстие, пересекающее отверстие, ведущее к сальниковой головке. Диаметр конического отверстия больше пересекаемого отверстия. Пробка большим торцом закреплена на стержне, который имеет возможность перемещения в отверстиях корпуса соосно оси конического отверстия.

Описание работы устройства. При аварийном выходе сальникового штока из устьевого сальника накладка сходит с сальникового штока, под усилием пружины пробка входит в коническое отверстие корпуса и перекрывает отверстие, ведущее к сальниковой головке.

Недостатки этого устройства:
- большая площадь контактирующих поверхностей конической пробки и конического отверстия требует значительного усилия пружины для обеспечения герметичности при наличии на них отложений минеральных примесей и парафина;
- необходим большой ход конической пробки для перевода ее в открытое положение, что увеличивает усилие пружины.

Большое усилие пружины, действующее на открытую коническую пробку, приводит к интенсивному износу накладки на пробке, уплотнений и направляющих втулок в устьевом сальнике, износу сальникового штока.

Наиболее близким к заявляемому устройству, принятым за прототип, является обратный клапан системы предупреждения загрязнения [2], содержащий металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси, металлическую пружину кручения, расположенную на той же оси, имеющую возможность воздействия на затвор в сторону перекрытия отверстия, ведущего к сальниковой головке, и полимерную накладку, прикрепленную к затвору и контактирующую с сальниковым штоком.

Признаки аналога, которые совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения, следующие:
- металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси;
- металлическая пружина кручения, расположенная на той же оси, имеющая возможность воздействия на затвор в сторону закрытия отверстия.

Описание работы обратного клапана. При аварийном выходе сальникового штока из устьевого сальника накладка сходит с сальникового штока, а затвор под действием пружины поворачивается на оси и закрывает отверстие, ведущее к сальниковой головке. При этом накладка входит внутрь перекрываемого отверстия. Давление жидкости в устьевом сальнике прижимает закрытый затвор к уплотняемой поверхности и содействует герметизации.

Для удержания затвора в закрытом положении необходим начальный (установочный) крутящий момент пружины, который должен быть больше крутящего момента веса затвора относительно оси его поворота. Поворот затвора в открытое положение увеличивает крутящий момент пружины.

Недостатком этого обратного клапана является то, что усилие пружины непосредственно передается от затвора через накладку на сальниковый шток. Это приводит к повышенному износу накладки, уплотнений и направляющих втулок устьевого сальника и сальникового штока.

Целью изобретения является увеличение срока службы и надежности работы устьевого сальника с противовыбросовым клапаном.

Техническим результатом изобретения является снижение износа опорного элемента противовыбросового клапана, уплотнений и направляющих втулок устьевого сальника и сальникового штока путем уменьшения радиального усилия, передаваемого опорным элементом противовыбросового клапана на сальниковый шток. В случае применения ролика в качестве опорного элемента, трение скольжения заменяется трением качения, что уменьшает износ сальникового штока.

Поставленная цель достигается за счет того, что в противовыбросовом клапане устьевого сальника, включающем металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси, и металлическую пружину кручения, расположенную на той же оси, имеющую возможность воздействия на затвор в сторону закрытия отверстия, ведущего к сальниковой головке, предусмотрены следующие конструктивные отличия:
- введен металлический рычажный фиксатор, имеющий возможность фиксации открытого затвора, установленный с возможностью поворота на металлической оси;
- введен полимерный опорный элемент, установленный на фиксаторе и контактирующий с сальниковым штоком;
- ось фиксатора установлена под открытым затвором;
- опорный элемент расположен между затвором и сальниковым штоком, выше оси фиксатора.

В частных случаях выполнения противовыбросового клапана устьевого сальника предусмотрены следующие конструктивные отличия:
- фиксатор имеет H образную форму и состоит из двух стержней, соединенных в нижней части поперечным стержнем, имеющим возможность фиксации открытого затвора, при этом два стержня имеют на концах поперечные параллельные отверстия;
- опорный элемент выполнен в виде ролика, установленного с возможностью вращения на металлической оси;
- опорный элемент выполнен в виде стержня, имеющего возможность скольжения по сальниковому штоку;
- затвор выполнен с возможностью самоустановки по уплотняемой поверхности отверстия, ведущего к сальниковой головке.

Техническая сущность и принцип действия предложенного противовыбросового клапана устьевого сальника поясняется чертежом, выполненным с учетом пп. 1, 2 и 3 формулы изобретения.

На фиг. 1 изображен продольный разрез противовыбросового клапана устьевого сальника; на фиг. 2 - разрез А - А.

Предложенный противовыбросовый клапан устьевого сальника состоит из следующих элементов: затвор 1, пружина 2, фиксатор 3, ролик 4, оси 5, 6 и 7, пластина 8, корпус 9. Обозначение: СШ - сальниковый шток.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения (с учетом пп. 1, 2 и 3 формулы)
Противовыбросовый клапан устьевого сальника содержит затвор 1, пружину кручения 2, фиксатор 3, на стержнях которого установлен цилиндрический ролик 4 на оси 5. Затвор 1 и пружина 2 расположены на оси 6 с обеспечением возможности перекрытия затвором 1 отверстия, ведущего к сальниковой головке.

Фиксатор 3 расположен на оси 7, установленной под открытым затвором 1, с обеспечением возможности его фиксации. Оси 6 и 7 закреплены в пластинах 8. Противовыбросовый клапан расположен в полости корпуса 9 устьевого сальника. Фиксатор 3 имеет H образную форму и состоит из двух стержней, имеющих на концах поперечные параллельные отверстия. Стержни фиксатора в нижней части соединены между собой поперечным стержнем. Фиксатор 3 имеет возможность поворота на оси 7.

Открытый затвор 1 зафиксирован поперечным стержнем фиксатора 3, а ролик 4 расположен выше оси 7, между затвором 1 и сальниковым штоком, и контактирует с сальниковым штоком. Затвор 1 имеет возможность поворота на оси 6. Привод затвора 1 осуществляется пружиной 2.

Получение технического результата изобретения осуществляется за счет того, что усилие от крутящего момента пружины 2 передается затвором 1 на поперечный стержень фиксатора 3 и дальше на ролик 4. Эта рычажная передача уменьшает усилие контакта ролика 4 и сальникового штока по сравнению с усилием от пружины на затворе 1. В результате этого снижается износ ролика 4 и оси 5, направляющих втулок и уплотнений устьевого сальника, сальникового штока.

Затвор 1, пружина 2, фиксатор 3, оси 5, 6 и 7, пластины 8 - металлические, ролик 4 - полимерный.

Противовыбросовый клапан устьевого сальника работает следующим образом. После аварийного выхода сальникового штока из корпуса 9 устьевого сальника ролик 4 перестает контактировать с сальниковым штоком. Затвор 1 под действием крутящего момента пружины 2 за поперечный стержень поворачивает фиксатор 3 на оси 7 и освобождается. Освободившийся затвор 1 поворачивается на оси 6 и закрывает отверстие в корпусе 9, ведущее к сальниковой головке, предотвращая разлив нефти. Закрытый затвор 1 удерживается начальным крутящим моментом пружины 2 и давлением жидкости в полости устьевого сальника.

Библиографические данные
1. Арматура штангонасосная АШ - 65х21 - 4Ф малогабаритная, проспект ОАО "КОРВЕТ", г. Курган.

2. "Композит - каталог нефтегазового оборудования и услуг". 1-е издание. М.: Топливо иэнергетика, 1993-1994 г., т. 3, ч.1, с. 1405.

Используется в нефтедобывающей промышленности, предназначен для предотвращения загрязнения нефтью окружающей среды и потерь нефти после аварийного выхода сальникового штока из устьевого сальника. Противовыбросовый клапан устьевого сальника включает затвор и пружину кручения, расположенные на оси. Фиксатор установлен на оси и выполнен из двух стержней, соединенных в нижней части поперечным стержнем. Два стержня имеют на концах поперечные параллельные отверстия. На фиксаторе закреплен ролик на оси. Открытый затвор зафиксирован поперечным стержнем фиксатора. Ролик контактирует с сальниковым штоком. Ось фиксатора установлена под открытым затвором. Ролик расположен между затвором и сальниковым штоком выше оси. Оси затвора и фиксатора закреплены в пластинах. Противовыбросовый клапан расположен в полости корпуса устьевого сальника. Ролик, закрепленный на фиксаторе, выполнен из полимера. После выхода сальникового штока из корпуса фиксатор поворачивается на оси и освобождает затвор, который закрывает открывшееся отверстие, ведущее к сальниковой головке. Рычажная передача от затвора на фиксатор уменьшает усилие контакта ролика и сальникового штока, что увеличивает работоспособность устьевого сальника с противовыбросовым клапаном и сальникового штока. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Противовыбросовый клапан устьевого сальника, включающий металлический затвор, установленный с возможностью поворота на металлической оси, и металлическую пружину кручения, расположенную на той же оси, имеющую возможность воздействия на затвор в сторону его закрытия, отличающийся тем, что нагруженный пружиной открытый затвор зафиксирован металлическим рычажным фиксатором, который оснащен полимерным опорным элементом, контактирующим с сальниковым штоком, при этом фиксатор установлен с возможностью поворота на металлической оси, расположенной под открытым затвором, а опорный элемент помещен между затвором и сальниковым штоком выше оси фиксатора. 2. Противовыбросовый клапан устьевого сальника по п.1, отличающийся тем, что фиксатор имеет Н-образную форму и состоит из двух стержней, соединенных в нижней части поперечным стержнем, имеющим возможность фиксации открытого затвора, при этом два стержня имеют на концах поперечные параллельные отверстия. 3. Противовыбросовый клапан устьевого сальника по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент выполнен в виде ролика, установленного с возможностью вращения на металлической оси. 4. Противовыбросовый клапан устьевого сальника по п.1, отличающийся тем, что опорный элемент выполнен в виде стержня, имеющего возможность скольжения по сальниковому штоку. 5. Противовыбросовый клапан устьевого сальника по п.1, отличающийся тем, что затвор выполнен с возможностью самоустановки по уплотняемой поверхности.