УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА В ЛУБРИКАТОР ТЯГОВОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2012 года по МПК E21B33/72 

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и может быть использовано для спуска/подъема приборов и различных устройств в скважины, находящиеся под избыточным давлением газа или жидкости.

Известно устройство для спуска и подъема длинномерных изделий в скважине, включающее цилиндрический корпус, установленные в корпусе верхние и нижние кольцевые поршень и шток, закрепленный на штоке верхний захватный узел, гидромагистраль, нижний захватный узел и механизм управления захватами, дополнительные кольцевые плунжеры с продольными канавками на образующей поверхности и радиальными каналами и разделительные втулки с уплотнителями (см. а.с. SU 1684473, Е21В 19/22, 15.10.1991).

Указанное выше техническое решение имеет следующие недостатки:

- низкая надежность уплотнения спускаемых или поднимаемых длинномерных изделий;

- большие габариты устройства по высоте;

- большое сопротивление при избыточном давлении газа или жидкости перемещению длинномерного устройства;

- сложность замены изношенных уплотнителей.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для ввода в лубрикатор кабеля (тягового элемента), содержащее полый корпус, верхний уплотнитель (основную уплотнительную секцию) и нижний уплотнитель (дополнительную уплотнительную секцию), а также расположенную между уплотнителями (уплотнительными секциями) полость для уплотнительной консистентной смазки (камеру для текучей среды), поршень и узел крепления к трубе лубрикатора (основание, имеющее средства для соединения с лубрикатором) (см. полезная модель RU 30384, 27.06.2003, Е21В 33/03).

Упомянутое выше техническое решение имеет следующие недостатки:

- низкая надежность уплотнения кабеля (тягового элемента);

- большое сопротивление перемещению кабеля (тягового элемента) при избыточном давлении газа или жидкости;

- большие габариты устройства по высоте;

- сложность замены изношенных уплотнителей;

- радиальное биение кабеля перед вводом его во входное отверстие устройства;

- необходимость подвески утяжелителей на кабель, что увеличивает высоту лубрикатора и напряжение растяжения в кабеле, причем, чем выше устьевое давление в скважине, тем больше необходимый для спуска вес груза и тем на большую величину возрастают напряжения в кабеле и, следовательно, снижается запас прочности кабеля, повышается опасность его разрушения.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание устройства для ввода в лубрикатор тягового элемента без указанных выше недостатков.

Заявленное изобретение позволяет обеспечить достижение следующих технических результатов:

- повышение надежности герметизации тягового элемента;

- повышение надежности и долговечности эксплуатации устройства для ввода в лубрикатор тягового элемента;

- упрощение замены уплотнительных колец при их износе;

- снижение габаритов по высоте устройства для ввода в лубрикатор тягового элемента.

Поставленная задача решается посредством того, что устройство для ввода в лубрикатор тягового элемента содержит основную уплотнительную секцию и расположенную ниже, по крайней мере, одну дополнительную уплотнительную секцию, а также поршень, основание, имеющее средство для соединения с лубрикатором, по крайней мере, одну камеру для текучей среды, расположенную перед дополнительной уплотнительной секцией, опорный фланец, сопряженный с основной уплотнительной секцией, пару верхних направляющих роликов для ввода тягового элемента и, по крайней мере, три уплотнительных кольца. В нижней части основной уплотнительной секции выполнено осевое углубление для размещения упомянутого поршня, кроме того, первое уплотнительное кольцо расположено в верхней части упомянутого углубления, второе уплотнительное кольцо расположено в окружной канавке, выполненной на боковой поверхности нижней части поршня, третье уплотнительное кольцо расположено в осевом углублении, выполненном на верхней поверхности дополнительной уплотнительной секции, при этом опорный фланец, уплотнительные секции, камера для текучей среды и основание стянуты между собой посредством стяжных элементов, камера для текучей среды снабжена штуцерами для подвода или отвода текучей среды, а на нижней поверхности основания закреплены подвижная заслонка и ограничитель хода для тягового элемента.

Уплотнительные кольца могут быть изготовлены из фторированного эластичного материала, а с их верхней и нижней сторон установлены защитные кольца из фторопласта.

В заявленном изобретении повышается надежность герметизации тягового элемента за счет того, что уплотнительные кольца в уплотнительных секциях расположены равномерно по всей высоте устройства и обеспечивают равномерное давление на тяговый элемент.

Повышение надежности и долговечности эксплуатации заявленного изобретения достигается тем, что сокращается тормозящее усилие и износ тягового элемента от трения посредством того, что уплотнение тягового элемента происходит только в местах установки уплотнительных колец, а по остальной поверхности отверстий уплотнительных секций упомянутый элемент движется свободно (без сопротивления).

Также в заявленном изобретении обеспечивается равномерная подача смазочной жидкости за счет того, что каждая из камер для текучей среды расположена между двумя уплотнительными секциями, что обеспечивает повышение надежности и долговечности эксплуатации устройства за счет минимизации возможности заклинивания тягового элемента и предотвращения его износа.

Уменьшение износа от трения и, следовательно, повышение надежности и долговечности эксплуатации заявленного устройства обеспечивается минимизацией изгибающих усилий тягового элемента за счет наличия пары верхних направляющих роликов, которые устраняют биение (компенсируют колебания) тягового элемента, перед вводом его в устройство.

Также надежность эксплуатации заявленного устройства обеспечивается за счет наличия заслонки, которая перекрывает отверстие для тягового элемента в случае его отсутствия. Ограничитель предохраняет заслонку от механического разрушения головкой спускаемого оборудования.

Кроме того, надежность эксплуатации обеспечивается за счет того, что обеспечивается возможность отвода утечки скважинного флюида через штуцеры.

Стягивание элементов заявленного устройства стяжными элементами упрощает процесс замены изношенных уплотнительных колец и позволяет своевременно принять меры к их замене, не допуская неожиданной разгерметизации устья скважины.

Снижение габаритов по высоте заявленного изобретения достигается за счет того, что площадь участков контакта тягового элемента с уплотнительными кольцами является небольшой, и, следовательно, уплотнительные секции имеют малые габариты.

Кроме того, в заявленном изобретении для повышения антифрикционных свойств уплотнительных колец они могут быть изготовлены из фторированного эластичного материала. При фторировании эластичного материала уменьшается его коэффициент трения, понижается температура в зоне трения и уменьшается усилие сдвига.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На Фиг.1 показано устройство для ввода в лубрикатор тягового элемента (вариант выполнения с двумя дополнительными секциями).

На Фиг.2 показана пара верхних направляющих роликов, через которые в основную уплотнительную секцию вводится тяговый элемент.

На Фиг.3 показано расположение уплотнительного кольца в первой дополнительной секции.

Устройство для ввода в лубрикатор тягового элемента, например проволоки, может быть выполнено с одной или несколькими дополнительными секциями. При использовании устройства в скважинах с высоким внутрискважинным давлением или в местах, где требуется соблюдение высоких экологических требований, количество дополнительных уплотнительных секций может быть увеличено до пяти.

В варианте выполнения с двумя дополнительными секциями выше упомянутое устройство содержит следующие элементы: основную уплотнительную секцию 1, первую дополнительную уплотнительную секцию 2, вторую дополнительную уплотнительную секцию 3, верхнюю камеру 4 для текучей среды, нижнюю камеру 5 для текучей среды, поршень 6, опорный фланец 7, основание 8, пару верхних направляющих роликов 9 с опорой 27, первое уплотнительное кольцо 10, второе уплотнительное кольцо 11, третье уплотнительное кольцо 12 и четвертое уплотнительное кольцо 13.

С верхней и нижней сторон первого уплотнительного кольца 10, второго уплотнительного кольца 11, третьего уплотнительного кольца 12 и четвертого уплотнительного кольца 13 установлены защитные кольца 14 из фторопласта (см. фиг.3).

Без защитных колец 14 из фторопласта не обеспечивается требуемая жесткость конструкции заявленного устройства, т.к. под влиянием повышенной температуры, возникающей при трении тягового элемента 22, уплотнительные кольца могут потерять эластичность и подвергнуться деформации.

Верхняя камера 4 для текучей среды и нижняя камера 5 для текучей среды снабжены штуцерами 15 для подвода или отвода текучей среды.

В нижней части основной уплотнительной секции 1 выполнено осевое углубление для размещения поршня 6. Диаметр нижней части поршня 6 больше, чем диаметр его верхней части. Верхняя торцевая поверхность поршня 6 сопряжена с защитным кольцом 14, расположенным с нижней стороны первого уплотнительного кольца 10.

На нижней поверхности основания 8 закреплены подвижная заслонка 16 и ограничитель хода 17 для тягового элемента 22. Верхняя поверхность основания 8 сопряжена с нижней поверхностью второй дополнительной уплотнительной секции 3. На нижней поверхности второй дополнительной уплотнительной секции 3 имеются кольцевые канавки 25, в которых расположено резиновое кольцо.

Основание 8 имеет средство для соединения с лубрикатором, которое может быть выполнено в виде резьбы или фланца для крепления к верхней части корпуса лубрикатора.

Уплотнительные секции центрируются относительно тягового элемента 22 с помощью накладных колец 18, или фиксирующих штифтов, или проточек.

На нижней поверхности основания 8, сопряженной с фланцем для крепления ограничителя хода 17, имеется кольцевая канавка, в которой расположен кольцевой уплотнительный элемент 19.

Опора 27 (см. фиг.2) верхних направляющих роликов 9 закреплена на верхней части основной уплотнительной секции 1. Между основной уплотнительной секцией 1 и опорой 27 верхних направляющих роликов 9 размещена уплотнительная прокладка 20.

Для уплотнения зазоров между уплотнительными секциями и камерами для текучей среды на поверхностях основной уплотнительной секции 1, первой дополнительной уплотнительной секции 2 и второй дополнительной уплотнительной секции 3, сопряженных с поверхностями верхней камеры 4 для текучей среды и нижней камеры 5 для текучей среды, имеются кольцевые канавки, в которых расположены резиновые кольца.

Опорный фланец 7, основная уплотнительная секция 1, верхняя камера 4 для текучей среды, первая дополнительная уплотнительная секция 2, нижняя камера 5 для текучей среды, вторая дополнительная уплотнительная секция 3 и основание 8 стянуты между собой стяжными элементами 21. Стяжные элементы 21 могут быть выполнены, например, в виде шпилек с гайками.

В уплотнительных секциях и в камерах для текучей среды выполнены сквозные отверстия 23, расположенные по оси заявленного устройства.

Первое уплотнительное кольцо 10 расположено в верхней части осевого углубления для размещения поршня.

Второе уплотнительное кольцо 11 расположено в окружной канавке 24, выполненной на боковой поверхности нижней части поршня 6.

Третье уплотнительное кольцо 12 расположено в осевом углублении, выполненном на верхней поверхности первой дополнительной уплотнительной секции 2.

Четвертое уплотнительное кольцо 13 расположено в осевом углублении, выполненном на верхней поверхности второй дополнительной уплотнительной секции 3.

Уплотнительные кольца могут быть выполнены разрезными и могут быть изготовлены из фторированного эластичного материала.

Устройство для ввода в лубрикатор тягового элемента работает следующим образом.

В исходном положении располагают сверху вниз опорный фланец 7, основную уплотнительную секцию 1 с установленным в ней поршнем 6, верхнюю камеру 4 для текучей среды, первую дополнительную уплотнительную секцию 2, нижнюю камеру 5 для текучей среды, вторую дополнительную уплотнительную секцию 3 и основание 8.

Упомянутые выше элементы стягивают между собой стяжными элементами 21.

Опору 27 верхних направляющих роликов 9 закрепляют на верхней части основной уплотнительной секции 1. Конец тягового элемента 22 заправляют между парой верхних направляющих роликов 9 и вводят в калиброванное отверстие 26 уплотнительной прокладки 20. Верхние направляющие ролики 9 имеют горизонтальную ось вращения.

Тяговый элемент 22 последовательно пропускают через сквозные отверстия 23 в основной уплотнительной секции 1, верхней камере 4 для текучей среды, первой дополнительной уплотнительной секции 2, нижней камере для текучей среды 5 и второй дополнительной уплотнительной секции 3. К тяговому элементу 22 присоединяют необходимое оборудование (например, приборы) и вводят его в лубрикатор.

Внутренние полости верхней камеры 4 для текучей среды и нижней камеры 5 для текучей среды заполняют через штуцеры 15 текучей средой.

Текучей средой, подаваемой в камеры для текучей среды, является смазочная жидкость, которая попадает в зону трения скольжения тягового элемента и смазывает эту зону. Смазочная жидкость одновременно может служить дополнительным уплотнителем.

При возвратно-поступательном движении тягового элемента он своей неровной поверхностью изнашивает прижатые к нему уплотнительные кольца. По мере износа уплотнительных колец появляется утечка скважинного флюида.

При этом, по крайней мере, через один из штуцеров 15 может производиться отвод утечки скважинного флюида в продувочный трубопровод (не показан).

При необходимости стяжные элементы 21 ослабляют, демонтируют уплотнительную секцию, в которой расположено изношенное уплотнительное кольцо, и производят замену уплотнительного кольца. Уплотнительные кольца могут быть выполнены разрезными для облегчения их замены при износе.

В основной уплотнительной секции 1 размещен поршень 6, который создает дополнительное сжимающее усилие на первое уплотнительное кольцо 10 по мере его износа. Под давлением рабочей жидкости из верхней камеры 5 для текучей среды поршень 6, перемещаясь вверх, деформирует изношенное уплотнительное кольцо 10 и плотно прижимает его внутренней поверхностью к тяговому элементу 22. Между верхней поверхностью нижней части поршня 6 и основной дополнительной секцией 1 предусмотрен небольшой зазор (не показан). Зазор обеспечивает возможность перемещения поршня 6.

В случае отсутствия тягового элемента 22 заслонка 16 перекрывает выходное отверстие устройства. Ограничитель хода 17 предохраняет заслонку от механического разрушения головкой спускаемого оборудования. В ограничителе выполнено отверстие для прохода тягового элемента.

Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает повышение надежности герметизации в устройстве тягового элемента, снижение габаритов по высоте, а также повышение надежности и долговечности эксплуатации заявленного устройства.

Изобретение предназначено для спуска/подъема различных устройств в скважины и может быть использовано в области нефтегазодобычи. Устройство содержит основную уплотнительную секцию и расположенную ниже дополнительную уплотнительную секцию, поршень, основание, камеру для текучей среды, опорный фланец, пару верхних направляющих роликов и уплотнительные кольца. В нижней части основной уплотнительной секции выполнено осевое углубление для размещения упомянутого поршня. Первое уплотнительное кольцо расположено в верхней части упомянутого углубления, второе уплотнительное кольцо расположено в окружной канавке, выполненной на боковой поверхности нижней части поршня, третье уплотнительное кольцо расположено в кольцевом осевом углублении, выполненном на верхней поверхности дополнительной уплотнительной секции. Опорный фланец, уплотнительные секции, камера для текучей среды и основание стянуты между собой. Камера для текучей среды снабжена штуцерами для подвода или отвода текучей среды. На нижней поверхности основания закреплены подвижная заслонка и ограничитель хода для тягового элемента. Изобретение обеспечивает повышение надежности герметизации тягового элемента, повышение надежности и долговечности эксплуатации устройства, упрощение замены уплотнительных колец и снижение габаритов устройства по высоте. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для ввода в лубрикатор тягового элемента, содержащее основную уплотнительную секцию и расположенную ниже, по крайней мере, одну дополнительную уплотнительную секцию, а также поршень, основание, имеющее средство для соединения с лубрикатором, и, по крайней мере, одну камеру для текучей среды, расположенную перед дополнительной уплотнительной секцией, отличающееся тем, что оно содержит опорный фланец, сопряженный с основной уплотнительной секцией, пару верхних направляющих роликов для ввода тягового элемента и, по крайней мере, три уплотнительных кольца, при этом в нижней части основной уплотнительной секции выполнено осевое углубление для размещения упомянутого поршня, кроме того, первое уплотнительное кольцо расположено в верхней части упомянутого углубления, второе уплотнительное кольцо расположено в окружной канавке, выполненной на боковой поверхности нижней части поршня, третье уплотнительное кольцо расположено в осевом углублении, выполненном на верхней поверхности дополнительной уплотнительной секции, при этом опорный фланец, уплотнительные секции, камера для текучей среды и основание стянуты между собой посредством стяжных элементов, камера для текучей среды снабжена штуцерами для подвода или отвода текучей среды, а на нижней поверхности основания закреплены подвижная заслонка и ограничитель хода для тягового элемента.

2. Устройство по.1, отличающееся тем, что уплотнительные кольца изготовлены из фторированного эластичного материала.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что с верхней и нижней сторон уплотнительных колец установлены защитные кольца из фторопласта.