САЛЬНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ЛУБРИКАТОРА Российский патент 2013 года по МПК E21B33/72 F16J15/48 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для герметизации устья нефтяной скважины, на которой проводятся операции депарафинизации насосно-компрессорной трубы с помощью скребка на лебедочной скребковой проволоке.

Наиболее близким к предлагаемому является сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнение скребковой проволоки (далее - уплотнение), которое состоит из металлических направляющих колец и установленных между ними друг на друга по общей продольной осевой линии уплотнительных колец с центральными отверстиями для проволоки, выполненных из полиуретана и фторопласта, емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, размещенное над емкостью для смазки, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, а нижним концом упирается в уплотнитель, формируя заданную величину осевого поджатая колец уплотнителя (патент РФ №2388898, Е21В 33/072, Е21В 33/03, 10.05.2010).

Недостаток известного сальникового устройства состоит в следующем. В известном сальниковом устройстве уплотнитель имеет заданную, строго определенную величину осевого поджатая содержащихся в нем колец, которую формирует нажимной штуцер, упираясь нижним концом в уплотнитель. Однако известно, что давление на уплотнитель со стороны скважины не является величиной постоянной. Поэтому заданная величина осевого поджатая колец уплотнителя является величиной усредненной, что ухудшает герметизацию лубрикатора и может быть причиной аварийной ситуации.

Кроме того, в известном сальниковом устройстве улучшение герметизации обеспечивают использованием колец из полиуретана и фторопласта, которые обладают упругими свойствами. Однако, как было показано выше, в уплотнителе кольца находятся в сжатом состоянии под действием фиксированного усилия, формируемого нажимным штуцером. Вследствие этого степень сжатия колец, т.е. степень использования упругих свойств материала колец, фиксирована, а следовательно, и плотность охвата уплотнителем скребковой проволоки для данного уплотнителя неизменна и не зависит от давления со стороны скважины и направления движения скребковой проволоки, что ухудшает герметизацию лубрикатора и может явиться причиной создания аварийной ситуации, особенно для лебедок работающих в автоматическом режиме.

Постоянное сильное механическое сжатие колец уплотнителя быстро приводит в негодность материал колец, снижая срок службы уплотнителя сальника. Кроме того, в известном сальнике отсутствуют средства, стабилизирующие вертикальное положение сребковой проволоки строго по оси уплотнителя. В результате все более увеличивающегося отклонения от оси уплотнителя сребковая проволока срезает в соответствующую сторону материал колец и приводит уплотнение к негодности, снижая срок его службы, приводит к образованию аварийных ситуаций.

При этом замена уплотнения сальника является трудоемким процессом, так как требует остановки работ по очистке насосно-компрессорной трубы, подъема скребка в лубрикатор и его перевязывания. Все это ухудшает условия эксплуатации сальникового устройства.

Размещение кольца маслосъемного снаружи емкости со смазкой приводит к тому, что при движении сребковой проволоки вниз на ее поверхности остаются излишки смазки, которые попадают в уплотнителе в канал для прохождения скребковой проволоки и ухудшают ее скольжение, что может создать аварийную ситуацию, особенно для лебедок, работающих в автоматическом режиме. При этом замена кольца маслосъемного требует остановки работ по очистке насосно-компрессорной трубы, подъема скребка в лубрикатор и его перевязывания, ухудшает условия эксплуатации известного сальникового устройства.

Таким образом, выявленное в результате патентного поиска сальниковое устройство лубрикатора, наиболее близкое к предлагаемому, при осуществлении не позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

Предлагаемое сальниковое устройство для лубрикатора решает задачу создания соответствующего устройства, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

Сущность изобретения состоит в том, что в сальниковом устройстве лубрикатора, включающем пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из коррозионностойкого металла, и уплотнительных колец; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, новым является то, что уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус с возможностью замены колец, который вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен, при этом маслосъемное кольцо имеет радиальный разрез и размещено внутри емкости со смазкой, кроме того, в устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что, скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, при этом уплотнитель содержит два установленных друг на друга по общей продольной осевой линии уплотнительных кольца, выполненных из полиуретана, из них верхнее установлено под направляющим кольцом уплотнителя, а нижнее - со стороны насосно-компрессорной трубы, при этом твердость уплотнительного кольца из полиуретана, установленного со стороны насосно-компрессорной трубы, выше твердости уплотнительного кольца из полиуретана, расположенного над ним.

Технический результат достигается следующим образом.

Признаки формулы изобретения: «Сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из коррозионностойкого металла, и уплотнительных колец; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой…» являются существенными признаками, обеспечивающими работоспособность заявленного устройства, а следовательно, признаками, обеспечивающими достижение заявленного технического результата: улучшение эксплуатационных свойств и снижение вероятности аварийных ситуаций.

К сальниковым устройствам предъявляют два основных диаметрально противоположных требования: первое - плотно обжимать скребковую проволоку, не давая возможности вырваться из скважины газу, нефти, жидкости; второе - обеспечить возможность свободного, равномерного скольжения скребковой проволоки, так как резание асфальтопарафиновых отложений выполняют под дейстием груза при движении скребка вниз.

В заявленном сальниковом устройстве нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен. В результате в исходном состоянии, до открытия задвижки в скважине, уплотнительные кольца внутри корпуса уплотнителя находятся под действием собственной тяжести, без дополнительного механического осевого поджатая. Это обеспечивает возможность управления упругими свойствами полиуретана путем их сжатия давлением из скважины после открытия задвижки.

В заявленном сальниковом устройстве уплотнитель содержит два установленных друг на друга уплотнительных кольца, выполненных из полиуретана, из них верхнее установлено под направляющим кольцом уплотнителя, а нижнее - со стороны насосно-компрессорной трубы, при этом твердость уплотнительного кольца из полиуретана, установленного со стороны насосно-компрессорной трубы, выше твердости уплотнительного кольца из полиуретана, расположенного над ним. При этом уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус, а нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана имеет твердость, превышающую твердость кольца из полиуретана, установленного над ним. В результате обеспечивается возможность реализации сжатия уплотнительных колец из полиуретана по принципу действия поршня, что позволяет максимально эффективно использовать давление из скважины для регулирования плотности охвата проволоки уплотнительными кольцами и одновременного обеспечения ее равномерного скольжения. Установка верхнего уплотняющего кольца из полиуретана непосредственно за направляющим кольцом, выполненным из металла, обеспечивает возможность использования направляющего кольца в качестве упора при сжатии уплотнительных колец под действием давления из скважины. При этом, поскольку корпус уплотнителя вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана имеет более высокую твердость, обеспечивается равномерное распределение давления снизу из скважины, что также улучшает герметичность и равномерность скольжение скребковой проволоки. Кроме того, это исключает необходимость использования металлического уплотнительного кольца, что повышает срок службы уплотнителя сальникового устройства.

После открытия задвижки под давлением содержимого скважины кольцо из твердого полиуретана, практически сохраняя свою форму, сдвигается вверх по осевой линии уплотнителя и, действуя как поршень, прижимает снизу верхнее уплотнительное кольцо к поверхности направляющего кольца и далее - к поверхности штуцера нажимного, который препятствует дальнейшему осевому перемещению колец уплотнителя. Полиуретан имеет свойство упругой деформации и памяти. В результате кольцо из полиуретана с меньшей твердостью поджимается и за счет упругости материала заполняет свободное пространство между стенками корпуса уплотнителя и одновременно продавливается в свободное пространство вокруг проволоки. Более высокая твердость нижнего уплотнительного кольца увеличивает эффект сжатия, распределяя давление снизу равномерно по всей поверхности полиуретана верхнего уплотнительного кольца. Последнее обеспечивает равномерное распределение полиуретана внутри корпуса уплотнителя и вокруг проволоки, что улучшает герметизацию. При этом при намотке скребковой проволоки на уплотнительные кольца действует сумма двух сил: сила, обусловленная давлением из скважины и сила трения при скольжении проволоки вверх. При разматывании скребковой проволоки эти силы противоположны и на уплотнительные кольца действует разность двух сил: силы, обусловленной давлением из скважины и силой трения при скольжении проволоки вниз. В результате в первом случае деформация более упругого кольца будет выше и свободное пространство вокруг проволоки будет минимизировано. Во втором случае упругая деформация будет ниже, что улучшит скольжение проволоки. В результате в заявленном сальниковом устройстве регулировка свободного пространства вокруг проволоки выполняется в автоматическом режиме и в соответствии с техническими характеристиками скважины. Это очень важно для лебедок, работающих в автоматическом режиме.

Из вышеизложенного следует, что в заявленном сальниковом устройстве лубрикатора конструкция уплотнителя позволяет использовать для улучшения герметичности скважины и оптимизации условий равномерного скольжения скребковой проволоки то, с чем оно призвано бороться: давление внутри насосно-компрессорной трубы. Кроме того, позволяет формировать адекватную реакцию уплотнителя на направление движения скребковой проволоки, изменяя соответственно движению плотность охвата проволоки и обеспечивая при этом оптимальную герметизацию скважины.

Благодаря тому что в заявленное сальниковое устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, при размотке и смотке на барабан скребковая проволока остается строго по оси уплотнения - увеличивает срок службы уплотнения, а также обеспечивается равномерное скольжение скребковой проволоки.

Кроме того, благодаря тому, что корпус уплотнителя вкручен в пробку лубрикатора, а нижний конец штуцера вкручен в его корпус, это позволяет снять корпус уплотнителя со скребковой проволоки и выполнять замену уплотнительных колец и направляющего кольца выталкиванием из корпуса, обеспечивая тем самым размещение колец в корпусе уплотнителя с возможностью замены, что улучшает эксплуатационные свойства заявленного устройства.

Поскольку кольцо маслосъемное размещено внутри емкости со смазкой и охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, то при размотке скребковой проволоки кольцо маслосъемное прижимается ко дну емкости и снимает с проволоки лишнюю смазку, сохраняя, тем самым, канал для прохода проволоки в уплотнении, что улучшает условия для равномерного скольжения проволоки. При движении проволоки вверх кольцо фиксируется вверху емкости у выхода проволоки и также снимает с нее лишнюю смазку, что способствует равномерной намотке на барабан.

Наличие радиального разреза на маслосъемном кольце обеспечивает возможность его замены без отвязывания скребка. Для этого достаточно открыть крышку емкости для смазки, снять кольцо через радиальную прорезь и заменить его на другое, также воспользовавшись радиальной прорезью.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемое сальниковое устройство для лубрикатора при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

На фиг.1 изображено заявленное сальниковое устройство для лубрикатора.

Сальниковое устройство лубрикатора содержит пробку лубрикатора 1, корпус уплотнителя 2, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель) 3, штуцер нажимной 4, контргайку 5 штуцера 4, емкость для смазки 6 со сливным патрубком 7 и крышкой 8 с откидным винтом 9; крышка 8 снабжена уплотнительной прокладкой 10; ролики направляющие 11, кольцо маслосъемное 12, проволока скребковая 13.

Кольцо маслосъемное 12 имеет радиальный разрез, размещено внутри емкости 6 со смазкой и охватывает скребковую проволоку 13 плотно, но с возможностью ее свободного скольжения.

Штуцер нажимной 4 верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой 6, а нижним концом вкручен в корпус 2 уплотнителя 3 по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо 14 и уплотнительные кольца 15, 16 друг к другу, и законтрен контргайкой 5.

Уплотнитель 3 состоит из установленных друг на друга по общей осевой линии направляющего кольца 14, выполненного из коррозионностойкого металла, и уплотнительных колец 15, 16 с центральными отверстиями для проволоки 13, которые выполнены из полиуретана. Из них верхнее 15 установлено под направляющим кольцом 14 уплотнителя 3, а нижнее 16 - со стороны насосно-компрессорной трубы. При этом твердость уплотнительного кольца 16 из полиуретана, установленного со стороны насосно-компрессорной трубы, выше твердости уплотнительного кольца 15 из полиуретана, расположенного над ним. Оптимальным является вариант, когда разница твердости по Шору составляет от 15 до 25 Н. При этом в опытном варианте толщина направляющего кольца 14 составила 2 мм, верхнего уплотнительного кольца 15-4 мм, нижнего 16-8 мм, при диаметре колец 13 мм. Центральное отверстие в направляющем кольце 14 из металла и уплотнительном кольце 16 с высокой твердостью выполняли максимально приближенным к диаметру проволоки.

Корпус 2 уплотнителя 3 вкручен в пробку 1 лубрикатора по общей продольной осевой линии. Уплотнитель 3 скребковой проволоки 13 помещен в корпус 2 с возможностью замены колец 14, 15, 16.

Направляющие ролики 11 установлены снаружи на емкости со смазкой 6 в месте выхода скребковой проволоки 13 таким образом, что скребковая проволока 13 при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами 11 строго по продольной оси уплотнителя 3.

Заявленное сальниковое устройство лубрикатора работает следующим образом.

После открытия задвижки в лубрикаторе скребковая проволока 13 начинает разматываться и скребок (не показан) движется вниз под действием собственной тяжести. Проволока 13 проходит между роликами 11 и далее - через кольцо маслосъемное 12 в емкости со смазкой 6 и через штуцер нажимной 4 - в уплотнитель 3. При этом на выходе емкости 6 с поверхности проволоки 13 кольцом маслосъемным 12 снимается лишняя смазка, что обеспечивает свободное скольжение проволоки 13 через осевое отверстие в уплотнителе 3, образованное центральными отверстиями в его направляющем 14 и уплотнительных кольцах 15, 16. При этом направляющие ролики 11 и направляющее кольцо 14 в уплотнителе 3 обеспечивают движение проволоки 13 в обе стороны внутри уплотнителя 3 строго по его продольной оси.

При движении проволоки 13 вверх (сматывание проволоки на барабан лебедки) на выходе емкости 6, перед прохождением через направляющие ролики 11, с поверхности проволоки 13 кольцом маслосъемным 12 также снимается лишняя смазка, что обеспечивает равномерное наматывание проволоки на барабан лебедки.

Уплотнитель 3 после открытия задвижки в лубрикаторе работает следующим образом. Уплотнитель 3 мгновенно оказывается под действием давления внутри насосно-компрессорной трубы (НКТ), которое может составить от 18-30 кг/см. Через более жесткое упругое уплотнительное кольцо 16 из полиуретана уплотнителя 3 давление передается на менее жесткое упругое уплотнительное кольцо 15 из полиуретана. При этом оба элемента 15, 16 деформируются и уплотняют зазоры в парах уплотнитель-проволока и уплотнитель-стенка корпуса 2 уплотнителя 3. При этом усилие обхвата скребковой проволоки 13 уплотнителем 3 определяется не только величиной давления в НКТ, но направлением ее движения. При движении проволоки вверх сила трения в паре проволока 13 - уплотнитель 3 совпадает с направлением силы давления в НКТ и плотность обхвата проволоки уплотнителем усиливается. Если проволока 13 движется вниз - то сила трения противоположна силе давления в НКТ и плотность обхвата проволоки 13 уплотнителем 3 уменьшается.

Таким образом, работа заявленного сальникового устройства обусловлена особенностями конструкции уплотнителя 3, которая позволяет использовать давление внутри насосно-компрессорной трубы для управления упругими свойствами полиуретана уплотнительных колец 15, 16. В результате это позволяет формировать адекватную реакцию уплотнителя 3 не только на давление внутри НКТ, но и на направление движения скребковой проволоки, изменяя соответственно движению плотность охвата проволоки и обеспечивая при этом оптимальную герметизацию скважины с учетом конкретного давления внутри НКТ. В результате улучшаются эксплуатационные свойства сальникового устройства и снижается вероятность создания аварийных ситуаций

Возможность выполнения этих условий работы очень важна для лебедок, работающих в автоматическом режиме.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для герметизации устья нефтяной скважины, на которой проводятся операции депарафинизации насосно-компрессорной трубы с помощью скребка на лебедочной скребковой проволоке. Содержит емкость для смазки 6 с кольцом маслосъемным 12 внутри. На емкости 6 установлены направляющие ролики 11. Уплотнитель 3 помещен в корпус 2, который вкручен в пробку 1 лубрикатора. Нажимной штуцер 4 верхним концом герметично соединен с емкостью 6, а нижним концом вкручен в корпус 2 уплотнителя 3. Уплотнитель 3 содержит направляющее кольцо 14 и два уплотнительных кольца 15, 16, из полиуретана. Верхнее кольцо 15 установлено под направляющим кольцом 14, а нижнее 16 - со стороны насосно-компрессорной трубы. Твердость полиуретана кольца 16 выше твердости полиуретана кольца 15. Конструкция уплотнителя 3 использует давление внутри насосно-компрессорной трубы для управления упругостью полиуретана. За счет обеспечения герметичности скважины и оптимизации условий равномерного скольжения скребковой проволоки в зависимости от давления в скважине и направления движения проволоки достигается улучшение эксплуатационных свойств, а также снижение вероятности аварийных ситуаций. 1 ил.

Сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из металла, и уплотнительных колец; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, отличающееся тем, что уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус с возможностью замены колец, который вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен, при этом маслосъемное кольцо имеет радиальный разрез и размещено внутри емкости со смазкой, кроме того, в устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, при этом уплотнитель содержит два установленных друг на друга по общей продольной осевой линии уплотнительных кольца, выполненных из полиуретана, из них верхнее установлено под направляющим кольцом уплотнителя, а нижнее - со стороны насосно-компрессорной трубы, при этом твердость уплотнительного кольца из полиуретана, установленного со стороны насосно-компрессорной трубы, выше твердости уплотнительного кольца из полиуретана, расположенного над ним.