УСТРОЙСТВО УСТЬЕВОГО ГЕРМЕТИЗАТОРА Российский патент 2002 года по МПК F16J15/18 F16J15/56 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при новом проектировании устьевого оборудования в качестве герметизирующего устройства уплотняемых поверхностей полированного штока при работе станка-качалки штангового насоса.

Известны устройства устьевого герметизатора, содержащие канатную подвеску станка-качалки, полированный шток, корпус, в котором размещены уплотнительные элементы.

Известные устройства не надежны в процессе эксплуатации, требуют постоянного наблюдения, дополнительных трудозатрат на обслуживание и замену уплотнительных элементов.

Известно устройство сальника устьевого (RU 2097632 C1, 27.11.1997), содержащее распорные кольца, выполненные в виде разрезных тарельчатых колец, и разрезные уплотнительные манжеты клинообразного сечения с дугообразными поверхностями.

Известное устройство изгибает полированный шток при смещении балансира станка-качалки относительно оси скважин и в процессе эксплуатации происходит односторонний износ уплотнительных элементов при возвратно-поступательном движении полированного штока.

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы уплотнительных элементов, в уменьшении воздействий изгибающих моментов на полированный шток при смещении балансира станка-качалки относительно оси скважины в процессе возвратно-поступательных движений штока.

Технический результат достигается тем, что в устройстве устьевого герметизатора канатная подвеска снабжена элементами коленчатого шарнира для соединения с полированным штоком с возможностью их разворота по трем осям, причем корпус шагового привода на торце имеет храповые зубья, ответные храповые зубья выполнены на торце втулки, жестко закрепленной на переходнике устьевого оборудования, который снабжен резервным уплотнительным блоком с нажимным кольцом и резьбовой крышкой, эксплуатационный уплотнительный блок расположен в упомянутом нажимном кольце, а резьбовая крышка в виде втулки на противоположном конце имеет наружную резьбу под крышку эксплуатационного блока.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображены элементы уплотнительных блоков,
на фиг.2 - шаговый привод поворота подвески шарнирного насоса и элементы коленчатого шарнира,
на фиг.3 - канатная подвеска,
на фиг.4 - вид А на фиг.2.

Устройство устьевого герметизатора содержит полированный шток 1, эксплуатационный уплотнительный блок с распорными кольцами 2, резервный уплотнительный блок с распорными кольцами 3, рабочую струну 4, опорное кольцо 5, переходник устьевого оборудования 6, уплотнение 7, нажимное кольцо 8, резьбовую крышку в виде втулки резервного уплотнительного блока 9, резьбовую крышку эксплуатационного уплотнительного блока 10, кольцо 11, грязесъемник 12, втулку 13, торец втулки с храповыми зубьями 14, корпус шагового привода 15, (фиг.2), храповые зубья 16, втулку 17, предохранительные винты 18, шары 19, (фиг. 2, фиг.4), пазы 20, переходник полированного штока 21, нижний коленчатый шарнир 22 (фиг.2), прокладки 23, предохранительные винты 24, шары 25, верхний коленчатый шарнир 26, защитное кольцо 27, ось канатной подвески 28 (фиг.2, фиг.3), канатную подвеску 29 (фиг.3).

В статическом положении элементы устройства устьевого герметизатора взаимодействуют следующим образом.

Ось 28 канатной подвески 29 через шары 25 соединена с верхним коленчатым шарниром 26. Верхний коленчатый шарнир 26 через шары 25 соединен с нижним коленчатым шарниром 22. В свою очередь нижний коленчатый шарнир 22 через шары соединен с переходником полированного штока 21. Предохранительные винты 24 исключают выпадение шаров из беговых дорожек и через отверстия под предохранительные винты обеспечивают смазку шаров 25. Прокладки 23 предотвращают вытекание смазки из соединения коленчатых шарниров 22, 26. Защитное кольцо 27 предохраняет соединение от воздействия внешней среды. Переходник полированного штока 21 через шары 19, пазы 20 соединен с втулкой 17, которая в свою очередь соединена с корпусом шагового привода 15, на торце которого имеются храповые зубья 16.

Предохранительные винты 18 исключают выпадение шаров 19 из пазов 20. Полированный шток 1 проходит через отверстия эксплуатационного уплотнительного блока 2 и резервного уплотнительного блока 3. Эксплуатационный уплотнительный блок 2 с распорными кольцами расположен в нажимном кольце 8 и взаимодействует с резьбовой крышкой эксплуатационного блока 10 через кольцо 11.

Резервный уплотнительный блок 3 с распорными кольцами установлен в переходнике устьевого оборудования 6 на опорное кольцо 5 и взаимодействует с резьбовой крышкой резервного блока 9 через нажимное кольцо 8. Уплотнение 7 обеспечивает герметичность между нажимным кольцом 8 и переходником устьевого оборудования 6. Грязесъемник 12 защищает полированный шток 1 от воздействия внешней среды. Втулка 13 жестко закреплена на переходнике устьевого оборудования 6 и имеет на торце храповые зубья 14 для зацепления с храповыми зубьями 16, расположенными на торце корпуса шагового привода 15. Откачиваемая жидкость поступает в нефтесбор через рабочую струну 4.

Устройство устьевого герметизатора работает следующим образом.

При возвратно-поступательных движениях полированного штока 1 элементы коленчатого шарнира благодаря возможности их разворота по трем осям (относительно оси полированного штока, оси канатной подвески балансира станка-качалки и между верхним 26 и нижним 22 коленчатыми шарнирами) разгружают полированный шток от изгибающих моментов при отклонении оси 28 канатной подвески 29 от оси полированного штока согласно кинематической схеме.

Кинематическая схема представлена на фиг.5.

О₁ - ось полированного штока 1 (скважины);
О₂ - ось коленчатых шарниров 22, 26;
О₃ - ось канатной подвески 28, 29 (балансира станка-качалки);
Δ - величина эксцентриситетов осей элементов коленчатого шарнира;
S - площадь круга, равна πR² = π(2Δ) с центром О вероятного расположения оси канатной подвески (балансира станка-качалки) в процессе возвратно-поступательных движений полированного штока 1, в которой изгибающие моменты, действующие на полированный шток при смещении станка-качалки снижается до минимума.

Шаговый привод поворота подвески штангового насоса при зацеплении через храповые зубья 14, 16, расположенные на торцах втулки 13 и корпуса шагового привода 15, через пазы 20, выполненые под углом α (фиг.4), шары 19, расположенные во втулке 17, обеспечивает вращение штанговой подвески в процессе возвратно-поступательных движений полированного штока, исключает развинчивание муфтовых соединений штанговой подвески и их аварийное, неконтролируемое рассоединение, обеспечивает равномерность износа штанг и муфт при трении о стенки внутреннего канала насосно-компрессорных труб, создает благоприятное условие для удаления парафина со стенок канала труб.

Регулировка шагового привода поворота штанговой подвески на определенный угол достигается смещением корпуса шагового привода 15 относительно втулки 17 в направлении возвратно-поступательного движения полированного штока 1.

Эксплуатационный уплотнительный блок 2 поджимается к полированному штоку 1 резьбовой крышкой 10 через кольцо 11.

Резервный уплотнительный блок 3 поджимается к полированному штоку 1 резьбовой крышкой 9 через нажимное кольцо 8.

Как в эксплуатационном уплотнительном блоке, так и в резервном уплотнительном блоке уплотнительные элементы выполнены в виде синусоид по поверхностям, которые взаимодействуют с распорными кольцами.

При сжатии уплотнительных блоков синусоидные поверхности выпрямляются и уплотнительный материал перетекает в сторону внутреннего отверстия, к полированному штоку.

Анализируя технико-экономические характеристики устройства устьевого герметизатора, можно сделать следующие выводы:
1. Наличие элементов коленчатого шарнира, соединяющего полированный шток и канатную подвеску, изгибающие моменты при отклонении балансира станка-качалки уменьшаются до минимума при возвратно-поступательных движениях полированного штока.

2. Наличие шагового привода поворота подвески штангового насоса на определенный угол исключает аварийные, неконтролируемые рассоединения штанговых подвесок.

3. Наличие в устройстве устьевого герметизатора эксплуатационного уплотнительного блока и резервного уплотнительного блока и их возможность в процессе эксплуатации использовать в отдельности исключает остановку станка-качалки для замены уплотнительных блоков.

Замену при необходимости можно произвести при капитальном ремонте скважины по графику.

4. Предложенное устройство устьевого герметизатора обеспечивает надежную герметизацию полированного штока, исключает утечки нефти и газа через уплотнительные блоки, повышает требования промышленной экологии и пожаробезопасности.

5. Новое техническое решение устройства устьевого герметизатора обеспечивает снижение непроизводительного времени на обслуживание скважин, оборудованных штанговыми насосами.

Предложенное устройство устьевого герметизатора по своим технико-экономическим характеристикам превосходит как отечественные, так и зарубежные аналоги, конкурентоспособно и найдет широкое применение на нефтепромыслах Российской Федерации и за рубежом.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при новом проектировании устьевого оборудования в качестве герметизирующего устройства уплотняемых поверхностей полированного штока при работе станка-качалки штангового насоса. В устройстве устьевого герметизатора канатная подвеска снабжена элементами коленчатого шарнира для соединения с полированным штоком с возможностью их разворота по трем осям, причем корпус шагового привода на торце имеет храповые зубья, ответные храповые зубья выполнены на торце втулки, жестко закрепленной на переходнике устьевого оборудования, который снабжен резервным уплотнительным блоком с нажимным кольцом и резьбовой крышкой, эксплуатационный уплотнительный блок расположен в упомянутом нажимном кольце, а резьбовая крышка в виде втулки на противоположном конце имеет наружную резьбу под крышку эксплуатационного блока. Наличие в предложенном устройстве устьевого герметизатора резервного уплотнительного блока обеспечивает долговечность эксплуатации устройства. Наличие храповых зубьев обеспечивает вращение штанговой подвески в процессе возвратно-поступательного движения полированного штока, исключает развинчивание муфтовых соединений штанговых подвесок и их аварийное, неконтролируемое рассоединение, обеспечивает равномерный износ штанг и соединительных муфт. Использование устройства устьевого герметизатора на нефтяных скважинах, оборудованных станками-качалками, позволит увеличить долговечность уплотнительных элементов за счет их равномерного поджатия к поверхности полированного штока, обеспечит повышение показателей надежности, пожаробезопасности и промышленной экологии. 5 ил.

Устройство устьевого герметизатора, содержащее канатную подвеску станка-качалки, полированный шток, переходник устьевого оборудования, в котором размещен эксплуатационный уплотнительный блок с нажимным кольцом и резьбовой крышкой, отличающееся тем, что канатная подвеска снабжена элементами коленчатого шарнира для соединения с полированным штоком с возможностью их разворота по трем осям, причем корпус шагового привода на конце имеет храповые зубья, ответные храповые зубья выполнены на торце втулки, жестко закрепленной на переходнике устьевого оборудования, который снабжен резервным уплотнительным блоком с нажимным кольцом и резьбовой крышкой, эксплуатационный уплотнительный блок расположен в упомянутом нажимном кольце, а резьбовая крышка, в виде втулки, на противоположном конце имеет наружную резьбу под крышку эксплуатационного блока.