УСТЬЕВОЙ ГЕРМЕТИЗАТОР ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2020 года по МПК E21B33/03 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устьевому герметизатору штанговой насосной установки и, в частности, относится к гибкому соединительному элементу устьевого герметизатора штанговой насосной установки.

Уровень техники

Штанговые насосные установки применяют в большинстве мировых нефтепромыслов. Посредством насосной штанги в скважинном насосе в насосно-компрессорной трубе обеспечивают возвратно-поступательное движение вверх и вниз для подъема нефти на поверхность и ее последующей перекачки по трубопроводу в систему первой ступени. На нефтепроводе в области устья устанавливают устьевой герметизатор. Обычно устьевой герметизатор содержит элемент для предотвращения фонтанирования, элемент для остановки скважины, элемент для корректировки отклонения и сальниковую камеру, при этом сальниковая камера является самой важной частью в его работе, в которой за счет сжатия сальниковой набивки в сальниковой камере обеспечивается уплотнение устья скважины со штанговой насосной установкой в рабочем режиме. Основные функции устьевого герметизатора заключаются в обеспечении рабочего состояния штанговой насосной установки, возможности замены сальниковой набивки и закрытия устья скважины в случае обрыва штока.

Механизм герметизации посредством устьевого герметизатора штанговой насосной установки следующий: сальниковой набивкой заполняют кольцевое пространство, образованное полированным штоком и сальниковой камерой; сальниковой крышкой в направлении вниз сдавливают сальниковую набивку для ее деформирования, при этом увеличивается давление между полированным штоком, внутренней стенкой сальниковой камеры и сальниковой набивкой, и обеспечивается герметизация устьевой скважины.

Устьевой герметизатор штанговой насосной установки в основном содержит следующие элементы:

Элемент для предотвращения фонтанирования: обычно не влияет на нормальную работу штанговой насосной установки; при обрыве полированного штока штанговой насосной установки подвижные части элемента для предотвращения фонтанирования при ударе жидкости сами быстро закрывают устье скважины.

Элемент для остановки скважины: обычно не влияет на нормальную работу штанговой насосной установки; при прекращении работы штанговой насосной установки с целью замены сальниковой набивки в сальниковой камере вручную задействуют элемент для остановки скважины, чтобы его внутренний диск сдавливал сальниковую набивку для ее деформирования и герметизации устья скважины.

Элемент для корректировки отклонения: этот элемент при остановке скважины задействуют, чтобы обеспечить статическую соосность сальниковой набивки и полированного штока и откорректировать отклонение сальниковой камеры.

Сальниковая камера: определенное количество сальниковой набивки размещают в сальниковой камере; сальниковую набивку сдавливают по направлению вниз, чтобы деформировать ее для обеспечения герметизации устья скважины во время работы штанговой насосной установки. В идеале необходимо поддерживать динамическую соосность сальниковой камеры и полированного штока (в этом документе под динамической соосностью подразумевается постоянное поддержание сальниковой камеры, или узла сальника, и полированного штока параллельными и концентричными относительно друг друга) и в то же время обеспечивать достаточное смазывание сальниковой набивки и полированного штока, чтобы избежать неровного износа и сухого износа сальниковой набивки.

В производственной практике, поскольку глубина нефтяной скважины составляет от одного километра до нескольких километров, невозможно обеспечить динамическую соосность между устьем нефтяной скважины и полированным штоком, и этому есть две причины: первая заключается в статических отклонениях, то есть в отклонениях, возникающих из-за отсутствия соосности между устьем скважины и полированным штоком при остановке штанговой насосной установки. К ним относятся отклонения при строительстве, вызванные подземными и наземными строительными работами, а также совокупность отклонений, вызванных геологическими изменениями, климатическими изменениями, изменениями окружающей среды и т. п. в определенный период времени. Вторая причина заключается в динамических отклонениях, то есть в отклонениях, возникающих из-за отсутствия соосности между устьем скважины и полированным штоком во время работы штанговой насосной установки. К ним относятся отклонения, вызываемые вибрациями, искривлением и т.п. полированного штока во время работы штанговой насосной установки; и отклонения, возникшие в процессе геологических и климатических изменений, изменений окружающей среды и т. п.

Поскольку элемент для остановки скважины при запуске и остановке вызывает изменение положения полированного штока, то посредством существующих элементов для корректировки отклонения невозможно обеспечить статическую соосность между сальниковой набивкой и полированным штоком; существующие устьевые герметизаторы не обладают функцией динамического выравнивания, и при работе существующих штанговых насосных установок сальниковая набивка всегда подвергается неровному износу, вызванному отсутствием соосности с полированным штоком (неровным износом называется неравномерный износ сальниковой набивки, вызванный полированным штоком).

В патенте Китая на полезную модель № CN201024953Y раскрыто многофункциональное герметизирующее устройство с автоматическим регулированием положения полированного штока, содержащее герметизатор и устройство автоматического регулирования положения, при этом его герметизатор состоит из сальниковой набивки, нажимного кольца, нажимного колпака сальниковой набивки и ручки, а устройство для автоматического регулирования положения состоит из регулирующего шарового элемента, регулирующего нажимного колпака, центрирующей втулки, кольцевого уплотнения и основной части. В этой полезной модели улучшено оригинальное уплотнение; в устройстве для автоматического регулирования положения регулирующий шаровой элемент, регулирующий нажимной колпак, центрирующая втулка и кольцевое уплотнение образуют одно целое; внутренняя поверхность верхней части основной части имеет сферическую форму, средняя часть имеет коническую форму, а нижняя часть – цилиндрическую форму; место соединения верхней части со средней частью и место соединения средней части с нижней частью соединены с полированным штоком посадкой с зазором, при этом коническая средняя часть снабжена уплотнительным поплавком; в нижней части основной части установлен резиновый клапан для герметизации скважины. Герметизатор после улучшения может решить проблемы, связанные с неровным износом уплотнительных шайб и утечкой сырой нефти, вызванными отклонением оси полированного штока от оси основной части герметизатора, поскольку может автоматически регулировать угол между ними; при обрыве полированного штока остановка скважины происходит автоматически; менять сальниковую набивку удобно.

Элемент для остановки скважины при остановке скважины должен обеспечивать соосность сальниковой набивки и полированного штока, чтобы было удобно производить замену сальниковой набивки и уменьшить риск повреждения сальниковой набивки и полированного штока и травмирования операторов. Элемент для остановки скважины с резиновым клапаном в указанном патенте и существующие навинчиваемые элементы для остановки скважины не могут обеспечить этого. При остановке скважины регулирующий элемент для корректировки отклонения должен обеспечивать соосность сальниковой камеры и полированного штока. А в случае существующих элементов для корректировки отклонения с фланцевым шаровым клапаном и эксцентриковым шаровым клапаном трудно добиться идеальной работы из-за препятствий, встречаемых элементом для остановки скважины.

В патенте Китая на полезную модель № CN200985764Y раскрыто устьевое противовыбросовое устройство для добычи нефти штанговым глубинным насосом, которое состоит из установленных сверху вниз масляной крышки, пылезащитного кольца, нажимного колпака, центрирующей системы зубчатых колес, соединительной втулки, пружины, конусообразной винтовой сальниковой набивки, уплотнительной шаровой опоры и нижнего соединителя и отличается тем, что центрирующая система зубчатых колес состоит из верхней системы и нижней системы зубчатых колес; верхняя центрирующая система зубчатых колес посредством масляной крышки, пылезащитного кольца и нажимного колпака прижата к верхней части соединительной втулки; нижняя центрирующая система зубчатых колес расположена в нижней части уплотнительной шаровой опоры; соединительная втулка и уплотнительная шаровая опора соединены посредством резьбы; нажимной колпак шаровой опоры установлен в верхней части шаровой опоры для соединения с нижним соединителем посредством резьбы; конусообразная винтовая сальниковая набивка состоит из верхнего и нижнего блоков; верхний блок конусообразной винтовой сальниковой набивки установлен в конической части соединительной втулки; нижний блок конусообразной винтовой сальниковой набивки установлен в верхней части приемного элемента для нижней винтовой сальниковой набивки внутренней полости уплотнительной шаровой опоры; верхний и нижний блоки винтовой набивки поджимаются пружиной за счет верхней и нижней пружинных втулок.

Поскольку при нормальной работе штанговой насосной установки уплотнительные шаровые элементы, раскрытые в указанном патенте, и заслонки, применяемые в существующих противовыбросовых устройствах, например, с заслонками, подвергаются износу разной степени, то при обрыве полированного штока большинство элементов для предотвращения фонтанирования не предотвращают фонтанирование.

Поскольку существующие устьевые герметизаторы не могут окончательно решить проблемы, связанные с неровным износом и подачей смазки между сальниковой набивкой и полированным штоком штанговой насосной установки, то у существующих устьевых герметизаторов есть следующие недостатки. Во-первых, срок эксплуатации сальниковой набивки и полированного штока короткий, и в отношении сальниковой набивки трудно осуществлять установку и удаление. Во-вторых, вероятность случайной утечки является высокой, и происходит загрязнение окружающей среды, поэтому необходимо ежедневно проводить проверки, что увеличивает затраты на эксплуатацию. В-третьих, площадь поверхности сальниковой набивки относительно давления и трения со стороны полированного штока в большинстве случаев слишком большая, поэтому потребление энергии штанговой насосной установкой слишком высокое.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать устьевой герметизатор штанговой насосной установки, который может обеспечить динамическое выравнивание полированного штока (7) относительно сальниковой набивки (9) и окончательно решить проблему неровного износа сальниковой набивки (9), вызываемого полированным штоком (7). Этот герметизатор также может решить проблему, связанную со статической соосностью между полированным штоком (7) и сальниковой набивкой (9), а также с их смазыванием. Кроме того, настоящее изобретение также может решить проблему предотвращения фонтанирования при обрыве полированного штока (7).

Устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению содержит гибкий соединительный элемент; указанный гибкий соединительный элемент установлен между устьем скважины и сальниковой камерой; гибкий соединительный элемент верхней частью постоянно совершает колебание вместе с полированным штоком (7), и, таким образом, осуществляется динамическое выравнивание сальниковой набивки (9) и полированного штока (7), и окончательно решается проблема неровного износа сальниковой набивки (9).

Кроме того, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит гибкий соединительный элемент, при этом гибкий соединительный элемент содержит нижнюю гибкую уплотнительную втулку (37), кожух (12) нижней гибкой уплотнительной втулки, уплотнительное стальное кольцо (11) и верхнюю гибкую уплотнительную втулку (10).

Кроме того, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит сальниковую камеру, при этом сальниковая камера содержит сальниковую набивку (9), кожух (8) с сальниковой набивкой, нажимное кольцо (5) сальниковой набивки, верхний шарнирный подшипник (3), нижний шарнирный подшипник (4), нажимной подшипник (2) и нажимной колпак (1) сальниковой камеры.

Кроме того, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит элемент для корректировки отклонения и элемент для остановки скважины, при этом элемент для корректировки отклонения содержит основание (25) для корректировки отклонения, уплотнительную шайбу (42) основания для корректировки отклонения, направляющее уплотнительное кольцо (23), верхнюю уплотнительную шайбу (45) направляющего уплотнительного кольца, нижнюю уплотнительную шайбу (46) направляющего уплотнительного кольца, гибкую соединительную втулку (22), центратор (20) с двумя полусферами, горизонтальное нажимное кольцо (21), верхнюю уплотнительную шайбу (41) горизонтального нажимного кольца, нижнюю уплотнительную шайбу (43) горизонтального нажимного кольца, нажимной колпак (44) для корректировки отклонения и штифт (24) нажимного колпака для корректировки отклонения; при этом элемент для остановки скважины содержит: основание (18) элемента для остановки скважины, сальниковую набивку (19) элемента для остановки скважины, нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины, верхнюю уплотнительную шайбу (38) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, нижнюю уплотнительную шайбу (40) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, штифт (39) для поднятия нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, полуконический элемент (16) для фиксации положения полированного штока, обратное маслосборное кольцо (14), нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины, штифт (17) нажимного колпака устройства для остановки скважины.

Кроме того, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит смазочный элемент, при этом между сальниковой набивкой (9) и верхней частью устьевого герметизатора установлено устройство подачи твердой смазки, предназначенное для постоянной и нормированной подачи твердой смазки (35); при этом устройство подачи твердой смазки содержит U-образный соединительный элемент (31), водонепроницаемую уплотнительную шайбу (36), кожух (32) с твердой смазкой, твердую смазку (35), нажимную пружину (34) и винтовую заглушку (33); при этом между сальниковой камерой и устьем скважины установлено обратное маслосборное кольцо (14) для постоянной подачи нефти в качестве жидкой смазки, при этом обратное маслосборное кольцо (14) представляет собой кольцевой эластичный сетчатый элемент определенной толщины, у которого внутренний диаметр соответствует диаметру полированного штока (7), при этом смесь воды и нефти может беспрепятственно проходить через сетчатый элемент и поступать в полость над ним, но легко покинуть полость через сетчатый элемент не может.

Кроме того, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит элемент для предотвращения фонтанирования, при этом элемент для предотвращения фонтанирования содержит устьевой крепежный элемент (26), уплотнительную шайбу (47) устьевого крепежного элемента, опорную пружину (30), нижнее опорное кольцо (29), верхний держатель (28), противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48), противовес (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, основание (25) для корректировки отклонения и штифт (27) основания для корректировки отклонения.

Настоящее изобретение обеспечивает динамическую соосность между полированным штоком (7) и сальниковой набивкой (9) и коренным образом решает проблему неровного износа сальниковой набивки (9), вызываемого полированным штоком (7); то, что оно обеспечивает автоматическую и в то же время непрерывную и нормированную подачу твердой смазки (35), решает проблему сухого износа сальниковой набивки (9) и полированного штока (7); таким образом, увеличивается срок службы полированного штока (7) и сальниковой набивки (9), и обеспечиваются невероятно высокие показатели безопасности, защиты окружающей среды, энергосбережения и высокой эффективности.

1. Безопасность и высокая эффективность: прежде всего, намного увеличивается срок службы полированного штока (7) и сальниковой набивки (9), при этом срок службы сальниковой набивки (9) увеличивается в десятки раз; уменьшается частота замены сальниковой набивки (9), и сальниковую набивку (9) не требуется для безопасности менять от десяти до нескольких десятков раз, при этом благодаря герметизатору согласно настоящему изобретению периодичность замены сальниковой набивки (9) составляет один раз в год; кроме того, при остановке скважины обеспечивается статическая соосность между блоком сальниковой набивки (9) и полированным штоком (7), что делает замену сальниковой набивки (9) более легкой; таким образом, при одновременном снижении трудоемкости и повышении эффективности производства объективно обеспечивается безопасность производства.

2. Энергосбережение и защита окружающей среды: настоящее изобретение обеспечивает динамическую соосность между полированным штоком (7) и сальниковой набивкой (9) и обеспечивает автоматическую и в то же время непрерывную и нормированную подачу твердой смазки (35), и эти два аспекта при нормальной работе штанговой насосной установки обеспечивают минимальное трение между сальниковой набивкой (9) и полированным штоком (7), при этом значительно снижается потребление энергии штанговой насосной установкой, и эффективность в отношении энергосбережения становится очевидной, при этом по теоретическим расчетам научно-исследовательских учреждений минимальный показатель энергосбережения составляет приблизительно 5%; элемент для предотвращения фонтанирования согласно настоящему изобретению отличается простой конструкцией и надежностью работы, надлежащим образом предотвращает фонтанирование и обеспечивает безопасность окружающей среды; настоящее изобретение абсолютно исключает возможность возникновения утечки жидкости и газа из устья скважины и загрязнение окружающей среды в районе устья скважины при монтаже, эксплуатации, техобслуживании и неисправностях вследствие обрыва штока.

Описание прилагаемых графических материалов

Фиг. 1 — вид спереди устьевого герметизатора штанговой насосной установки;

Фиг. 2 — вид спереди гибкого соединительного элемента устьевого герметизатора штанговой насосной установки;

фиг. 2-1 — верхняя гибкая уплотнительная втулка гибкого соединительного элемента;

фиг. 2-2 — нижняя гибкая уплотнительная втулка гибкого соединительного элемента;

фиг. 3 — вид спереди устьевого герметизатора штанговой насосной установки, содержащего сальниковую камеру, гибкий соединительный элемент и смазочный элемент;

фиг. 4 — вид спереди элемента для остановки скважины и элемента для корректировки отклонения устьевого герметизатора штанговой насосной установки;

фиг. 5 — вид спереди элемента для предотвращения фонтанирования в режиме предотвращения фонтанирования;

фиг. 6 — вид спереди устройства подачи смазки.

Конкретный способ осуществления

Вариант осуществления 1

Элемент для корректировки отклонения (для обеспечения статического выравнивания). Чтобы решить проблему, связанную с тем, что посредством существующей технологии корректировки отклонения трудно выполнять операции и диагностирование, в настоящем изобретении предусмотрен элемент для корректировки отклонения, взаимодействующий с элементом для остановки скважины.

При этом показанное на фиг. 4 основание (25) для корректировки отклонения элемента для корректировки отклонения посредством резьбового соединения соединено с устьевым крепежным элементом (26) элемента для предотвращения фонтанирования, при этом уплотнение обеспечено посредством уплотнительной шайбы (47) устьевого крепежного элемента; горизонтальное нажимное кольцо (21) и нажимной колпак (44) для корректировки отклонения окружают центратор (20) с двумя полусферами; центратор (20) с двумя полусферами и основание (18) элемента для остановки скважины соосно соединены сваркой; верхняя уплотнительная шайба (45) направляющего уплотнительного кольца и нижняя уплотнительная шайба (46) направляющего уплотнительного кольца вставлены в направляющее уплотнительное кольцо (23); верхняя уплотнительная шайба (41) горизонтального нажимного кольца и нижняя уплотнительная шайба (43) горизонтального нажимного кольца вставлены в горизонтальное нажимное кольцо (21); снизу вверх последовательно направляющее уплотнительное кольцо (23), центратор (20) с двумя полусферами и горизонтальное нажимное кольцо (21) свободно установлены на основании (25) для корректировки отклонения с пространством для движения; гибкая соединительная втулка (22) надета на горизонтальное нажимное кольцо (21) и направляющее уплотнительное кольцо (23); нажимной колпак (44) для корректировки отклонения соединен с основанием (25) для корректировки отклонения посредством резьбы и закреплен штифтом (24) нажимного колпака для корректировки отклонения; гибкая соединительная втулка (22) соединяет направляющее уплотнительное кольцо (23), центратор (20) с двумя полусферами и горизонтальное нажимное кольцо (21) в одно целое, а также обеспечивает совместное движение направляющего уплотнительного кольца (23), центратора (20) с двумя полусферами и горизонтального нажимного кольца (21), при этом отсутствует влияние на осуществление функции корректировки отклонения.

При этом в элементе для остановки скважины, как показано на фиг. 4, сальниковая набивка (19) элемента для остановки скважины, полуконические элементы (16) для фиксации положения полированного штока, нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины, снабженное верхней уплотнительной шайбой (38) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины и нижней уплотнительной шайбой (40) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, и обратное маслосборное кольцо (14) снизу вверх последовательно вставлены в основание (18) элемента для остановки скважины; когда два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока соединены, их форма полностью совпадает с нижней полостью нажимного кольца (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины; между двумя полуконическими элементами (16) для фиксации положения полированного штока образовано круглое отверстие, у которого внутренний диаметр равен диаметру полированного штока (7); нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины и основание (18) элемента для остановки скважины соединены резьбой и закреплены посредством штифта (17) нажимного колпака устройства для остановки скважины; уплотнение между нажимным колпаком (13) устройства для остановки скважины и нажимным кольцом (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины обеспечено посредством верхней уплотнительной шайбы (38) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, а уплотнение между нажимным кольцом (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины и основанием (18) элемента для остановки скважины обеспечено посредством нижней уплотнительной шайбы (40) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины; при остановке скважины нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины двигается вниз, и два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока сами входят в коническое пространство нажимного кольца (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины, при этом полированный шток (7) при остановке скважины переведен в центральное положение и заблокирован; этой простой операцией решается проблема, связанная с тем, что посредством существующей технологии корректировки отклонения трудно определить, было ли достигнуто необходимое положение или нет; при пуске скважины нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины поднимается штифтом (39) для поднятия нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины; два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока сами выходят из конического пространства нажимного кольца (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины; полуконические элементы (16) для фиксации положения полированного штока свободно двигаются между сальниковой набивкой (19) элемента для остановки скважины и нажимным кольцом (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины; при нормальной работе два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока, установленные в элементе для остановки скважины, не изнашиваются и при остановке скважины одновременно с прижатием сальниковой набивки (19) элемента для остановки скважины переводят полированный шток (7) в центральное положение и блокируют его.

Статическая корректировка отклонения осуществляется взаимодействием элемента для остановки скважины и элемента для корректировки отклонения, при этом конкретные операции следующие: навинчивают нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины; нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины перемещают вниз, и два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока сами входят в коническое пространство нажимного кольца (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины, при этом полированный шток (7) при остановке скважины переводится в центральное положение и блокируется; поскольку полированный шток (7) отклонился от нормального положения, то нажимной колпак (44) для корректировки отклонения отвинчивают до определенной степени, отпускают ручной тормоз штанговой насосной установки, чтобы полированный шток (7) посредством элемента для остановки скважины переместил центратор (20) с двумя полусферами вверх, натягивают ручной тормоз, продолжают до определенной степени отвинчивать нажимной колпак (44) для корректировки отклонения, окончательно убирают все связи, ограничивающие действующие части элемента для корректировки отклонения, качают полированный шток (7) несколько раз, чтобы полированный шток (7) вернулся в нормальное положение и одновременно привести действующие части элемента для корректировки отклонения в соответствующее положение; осуществляют корректировку отклонения; потом быстро завинчивают нажимной колпак (44) для корректировки отклонения, одновременно с корректировкой отклонения выполняют фиксацию элемента для корректировки отклонения, затем включают устройство для остановки скважины; полированный шток находится в естественном состоянии, его положение не изменяется, статический элемент для корректировки отклонения обеспечивает автоматическое и точное регулирование необходимого положения без необходимости в определении достижения необходимого положения, а также обеспечивает статическое выравнивание сальниковой набивки и полированного штока.

Вариант осуществления 2

Поскольку в процессе работы штанговой насосной установки траектория движения полированного штока (7), разумеется, не является прямолинейной и его движение постоянно сопровождается вибрацией и колебаниями, то есть имеется составляющая поперечного движения, то возникает неровный износ сальниковой набивки (9). Существующие устьевые герметизаторы спроектированы без учета объективных требований динамической корректировки отклонения. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению содержит гибкий соединительный элемент; как показано на фиг. 2, нижняя гибкая уплотнительная втулка (37) вставлена в кожух (12) нижней гибкой уплотнительной втулки; уплотнительное стальное кольцо (11) в направлении вниз вставлено в нижнюю гибкую уплотнительную втулку (37); верхняя гибкая уплотнительная втулка (10) вставлена в нижнюю часть кожуха (8) с сальниковой набивкой и свободно установлена на уплотнительном стальном кольце (11); уплотнительное стальное кольцо (11) и нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины соединены с верхней гибкой уплотнительной втулкой (11) и нижней гибкой уплотнительной втулкой (37) посредством выступов, чтобы удовлетворять требования к герметизации; как показано на фиг. 3, между уплотнительным стальным кольцом (11), кожухом (12) нижней гибкой уплотнительной втулки и нажимным колпаком (13) устройства для остановки скважины остается достаточно пространства, чтобы удовлетворять требования к движению; при работе штанговой насосной установки гибкий соединительный элемент и сальниковая набивка (9) действуют совместно, и движение сальниковой набивки (9) создает колебания гибкого соединительного элемента с полированным штоком (7); гибкий соединительный элемент установлен между устьем и сальниковой камерой; часть выше гибкого соединительного элемента постоянно колеблется с полированным штоком (7), и таким образом, обеспечивается динамическое выравнивание сальниковой набивки (9) и полированного штока (7), и окончательно решается проблема, связанная с тем, что возникает неровный износ сальниковой набивки (9), вызываемый тем, что жесткое соединение между сальниковой камерой и устьем в аналогах, известных из уровня техники, не дает сальниковой набивке двигаться с полированным штоком. Верхняя гибкая уплотнительная втулка (10) отличается тем, что ее верхняя часть представляет собой перевернутый конический цилиндр, что способствует герметичности между ней и кожухом (8) с сальниковой набивкой, а ее нижняя часть является цилиндром с пазом, при этом посредством паза она закреплена в кожухе (8) с сальниковой набивкой; нижняя гибкая уплотнительная втулка (37) отличается тем, что в ее нижней части предусмотрен цилиндр переменного диаметра, что способствует ее соединению с кожухом (12) нижней гибкой уплотнительной втулки и предотвращает выход нижней гибкой уплотнительной втулки (37) из кожуха (12) нижней гибкой уплотнительной втулки при чрезмерно большом давлении; верхняя гибкая уплотнительная втулка (10) и нижняя гибкая уплотнительная втулка (37) сделаны из специального органического материала и могут обеспечивать динамическое уплотнение.

Устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно настоящему изобретению дополнительно содержит сальниковую камеру и другие элементы; как показано на фиг. 3, сальниковая набивка (9) расположена в кожухе (8) с сальниковой набивкой; нажимное кольцо (5) сальниковой набивки вставлено в кожух (8) с сальниковой набивкой; нижний шарнирный подшипник (4), верхний шарнирный подшипник (3), нажимной подшипник (2) и нажимной колпак (1) сальниковой камеры последовательно установлены на нажимном кольце (5) сальниковой набивки; нажимной колпак (1) сальниковой камеры соединен с нажимным колпаком (13) устройства для остановки скважины посредством резьбы; кожух (8) с сальниковой набивкой не соприкасается с нажимным колпаком (1) сальниковой камеры, и по бокам остается пространство для движения; при работе штанговой насосной установки полированный шток (7) приводит сальниковую набивку (9), гибкий соединительный элемент, нижний шарнирный подшипник (4), верхний шарнирный подшипник (3) и нажимной подшипник (2) в свободное движение, и тем самым обеспечивается динамическое выравнивание полированного штока (7) и сальниковой набивки (9).

Вариант осуществления 3

С целью устранения таких недостатков, как неправильное срабатывание и несрабатывание элемента для предотвращения фонтанирования в аналогах, известных из предшествующего уровня техники, в настоящем изобретении полностью применяется принц шарового клапана; как показано на фиг. 5, опорная пружина (30), нижнее опорное кольцо (29) и верхний держатель (28) снизу вверх последовательно вставлены в полость устьевого крепежного элемента (26); ось поворота противовыбросового шарового запирающего элемента (48) свободно установлена в пазу верхнего держателя; устьевой крепежный элемент (26) соединен с основанием (25) для корректировки отклонения посредством резьбы и закреплен посредством штифта (27) основания для корректировки отклонения; устьевой крепежный элемент (26) уплотняет основание (25) для корректировки отклонения посредством уплотнительной шайбы (47) устьевого крепежного элемента. Противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) имеет круглое отверстие, диаметр которого берется в качестве соответствующего размера центральной оси; противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) на одной стороне снабжен запирающей полусферой, вес которой относительно небольшой, а на другой, противоположной, стороне снабжен противовесом (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, вес которого относительно большой; при нормальной работе штанговой насосной установки полированный шток (7) проходит сквозь круглое отверстие, при этом запирающая полусфера противовыбросового шарового запирающего элемента (48) пребывает в состоянии готовности без какого-либо износа; внутренняя стенка в области нижнего края полусферы, со стороны которой установлен противовес (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, постоянно пребывает в легком контакте с полированным штоком (7); противовес (49) и запирающая полусфера противовыбросового шарового запирающего элемента пребывают в горизонтальном положении, которое почти перпендикулярно полированному штоку, подтверждают наличие полированного штока (7) и принимают сигнал обрыва полированного штока (7); при обрыве полированного штока (7) штанговой насосной установки противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) мгновенно поворачивается под действием противовеса (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, чтобы переместить запирающую полусферу к верхней трубе, при этом необходимо только давление жидкости, чтобы ее можно было эффективно запереть, тем самым можно избежать риска неправильного срабатывания и несрабатывания элемента для предотвращения фонтанирования.

Вариант осуществления 4

В ходе работы штанговой насосной установки, поскольку полированный шток (7) проникает в сальниковую камеру, оба конца сальниковой камеры открыты наружу; для преодоления таких проблем аналогов, известных из уровня техники, как невозможность хранения жидкой смазки в сальниковой камере в течение длительного периода времени и в больших объемах, при этом только время от времени осуществляется неконтролируемая подача определенного количества жидкой смазки, устьевой герметизатор штанговой насосной установки согласно изобретению снабжен смазочным элементом для непрерывной и нормированной подачи твердой смазки (35) и жидкой смазки между полированным штоком (7) и сальниковой набивкой (9); указанный элемент содержит устройство подачи твердой смазки и обратное маслосборное кольцо (14); как показано на фиг. 3, с нажимным кольцом (5) сальниковой набивки посредством резьбы соединена труба (6) для отведения дождевой воды; в круглом отверстии нажимного кольца (5) сальниковой набивки вставлен и зафиксирован штифтом U-образный соединительный элемент (31); как показано на фиг. 6, в U-образный соединительный элемент (31) вставлена водонепроницаемая уплотнительная шайба (36); U-образный соединительный элемент (31) посредством резьбы соединен с кожухом (32) с твердой смазкой; в кожухе (32) с твердой смазкой последовательно расположены твердая смазка (35), нажимная пружина (34) и винтовая заглушка (33); нажимная пружина (34) двигает твердую смазку (35) и слегка прижимает ее к полированному штоку (7); когда штанговая насосная установка работает, полированный шток (7) непрерывно контактирует с твердой смазкой (35), которая непрерывно накапливается на поверхности контакта сальниковой набивки (9) с полированным штоком (7), чтобы обеспечивалась непрерывная и нормированная подача твердой смазки (35) между сальниковой набивкой (9) и полированным штоком (7); как показано на фиг. 4, между нажимным колпаком (13) устройства для остановки скважины и нажимным кольцом (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины установлено обратное маслосборное кольцо (14); обратное маслосборное кольцо (14) представляет собой кольцевой эластичный сетчатый элемент определенной толщины, у которого внутренний диаметр соответствует диаметру полированного штока (7), а адсорбционная способность в отношении сырой нефти намного выше, чем у стали, резины и других материалов; во время движения вверх штанговой насосной установки смесь нефти и воды под давлением проходит через сетку и попадает в полость над обратным маслосборным кольцом (14); во время движения вниз штанговой насосной установки большая часть сырой нефти остается в полости, а меньшая часть вместе с водой вытекает из полости; этот процесс постоянно повторяется, и в полости накапливается достаточно сырой нефти, что решает проблему трения без смазки сальниковой набивки (9) в характеризующихся высоким содержанием воды скважинах со штанговыми насосными установками и насосных скважинах.

Вариант осуществления 5. Замена сальниковой набивки

После года эксплуатации с момента установки устьевого герметизатора штанговой насосной установки сальниковую набивку (9) обычно необходимо регулярно менять; при замене сальниковой набивки сначала останавливают работу, завинчивают нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины, чтобы остановить скважину, и снимают нажимной колпак (1) сальниковой камеры; нажимное кольцо (5) сальниковой набивки и верхние элементы закрепляют на канатной подвеске; кожух (8) с сальниковой набивкой поднимают вверх на подходящую высоту, затем кожух (8) с сальниковой набивкой возвращают на прежнее место, при этом сальниковая набивка (9) и верхняя гибкая соединительная уплотнительная втулка (10) сами выйдут наружу; верхняя гибкая соединительная уплотнительная втулка (10), нижняя гибкая соединительная уплотнительная втулка (37) и сальниковая набивка (9) могут быть заменены без использования каких-либо инструментов; навинчивают нажимной колпак (1) сальниковой камеры; каждый раз, когда выполняется замена сальниковой набивки, необходимо выполнять статическую корректировку отклонения, чтобы устранить статические отклонения, возникшие раньше; нажимной колпак (44) для корректировки отклонения отвинчивают до определенной степени; отпускают ручной тормоз штанговой насосной установки и позволяют полированному штоку (7) посредством элемента для остановки скважины переместить центратор (20) с двумя полусферами вверх; натягивают ручной тормоз; продолжают до определенной степени отвинчивать нажимной колпак (44) для корректировки отклонения; качают полированный шток (7) несколько раз, затем быстро завинчивают нажимной колпак (44) для корректировки отклонения и, наконец, отвинчивают нажимной колпак (13) устройства для остановки скважины и открывают скважину; включают штанговую насосную установку; степень завинчивания нажимного колпака (1) на сальниковой камере должна быть такой, чтобы при отсутствии подачи смазки не происходило повышения температуры штока (7).

Несмотря на то что были описаны определенные варианты осуществления, эти варианты осуществления представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема защиты настоящего изобретения. На самом деле варианты осуществления, представленные в этом описании, могут быть реализованы с разными модификациями, то есть на основании сущности настоящего изобретения в рассмотренных выше вариантах осуществления можно осуществлять удаление компонентов, замены, изменения и прочие модификации, при этом прилагаемая формула изобретения включает эти модификации или изменения, и они входят в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к устьевому оборудованию и предназначено для герметизации штока штанговой насосной установки. Техническим результатом является исключение неровного износа сальниковой набивки герметизатора за счет динамического выравнивания полированного штока относительно нее. Предложенный устьевой герметизатор штанговой насосной установки содержит гибкий соединительный элемент, установленный между устьем скважины и сальниковой камерой. При этом указанный гибкий соединительный элемент в процессе работы штанговой насосной установки соединен с сальниковой набивкой и выполнен с возможностью совместного качания с полированным штоком под действием сальниковой набивки для обеспечения их динамического выравнивания. Причем указанный гибкий соединительный элемент содержит нижнюю гибкую уплотнительную втулку (37), кожух (12) нижней гибкой уплотнительной втулки, уплотнительное стальное кольцо (11) и верхнюю гибкую уплотнительную втулку (10). 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки, содержащий соединительный элемент, установленный между устьем скважины и сальниковой камерой, отличающийся тем, что соединительный элемент представляет собой гибкий соединительный элемент, при этом в процессе работы штанговой насосной установки указанный гибкий соединительный элемент соединен с сальниковой набивкой (9), при этом указанный гибкий соединительный элемент и вышеуказанные части выполнены с возможностью совместного качания с полированным штоком (7) под действием сальниковой набивки (9) для обеспечения динамического выравнивания сальниковой набивки (9) и полированного штока (7).

2. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 1, отличающийся тем, что указанный гибкий соединительный элемент содержит нижнюю гибкую уплотнительную втулку (37), кожух (12) нижней гибкой уплотнительной втулки, уплотнительное стальное кольцо (11) и верхнюю гибкую уплотнительную втулку (10).

3. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 2, отличающийся тем, что верхняя часть верхней гибкой уплотнительной втулки (10) представляет собой перевернутый конический цилиндр, а ее нижняя часть представляет собой цилиндр с пазом, при этом посредством паза верхняя гибкая уплотнительная втулка (10) закреплена в кожухе (8) с сальниковой набивкой.

4. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 2, отличающийся тем, что в нижней части нижней гибкой уплотнительной втулки (37) предусмотрен цилиндр переменного диаметра.

5. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что герметизатор дополнительно содержит элемент для предотвращения фонтанирования, элемент для остановки скважины и элемент для корректировки отклонения.

6. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 5, отличающийся тем, что указанный элемент для предотвращения фонтанирования содержит противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48), при этом противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) имеет круглое отверстие, диаметр которого взят в качестве соответствующего размера центральной оси, и при нормальной работе штанговой насосной установки полированный шток (7) проходит сквозь указанное круглое отверстие.

7. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 6, отличающийся тем, что противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) на одной стороне снабжен запирающей полусферой, вес которой относительно небольшой, а на другой, противоположной, стороне снабжен противовесом (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, вес которого относительно большой, при нормальной работе штанговой насосной установки внутренняя стенка в области нижнего края полусферы, со стороны которой установлен противовес (49) противовыбросового шарового запирающего элемента, постоянно пребывает в легком контакте с полированным штоком (7), запирающая полусфера противовыбросового шарового запирающего элемента (48) готова к срабатыванию, и при обрыве полированного штока (7) штанговой насосной установки противовыбросовый шаровой запирающий элемент (48) за счет поворота под действием противовеса (49) противовыбросового шарового запирающего элемента перемещает запирающую полусферу к верхней трубе.

8. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 7, отличающийся тем, что в полость устьевого крепежного элемента (26) снизу вверх последовательно вставлены опорная пружина (30), нижнее опорное кольцо (29) и верхний держатель (28), ось поворота противовыбросового шарового запирающего элемента (48) свободно установлена в пазу верхнего держателя (28), устьевой крепежный элемент (26) посредством резьбы соединен с основанием (25) для корректировки отклонения и закреплен посредством штифта (27) основания для корректировки отклонения, устьевой крепежный элемент (26) уплотняет основание (25) для корректировки отклонения посредством уплотнительной шайбы (47) устьевого крепежного элемента.

9. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 5, отличающийся тем, что в указанном элементе для корректировки отклонения посредством гибкой соединительной втулки (22) соединены в одно целое направляющее уплотнительное кольцо (23), центратор (20) с двумя полусферами и горизонтальное нажимное кольцо (21).

10. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 9, отличающийся тем, что указанный элемент для корректировки отклонения содержит основание (25) для корректировки отклонения и штифт (24) нажимного колпака для корректировки отклонения.

11. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 10, отличающийся тем, что направляющее уплотнительное кольцо (23), снабженное верхней уплотнительной шайбой (45) направляющего уплотнительного кольца и нижней уплотнительной шайбой (46) направляющего уплотнительного кольца, центратор (20) с двумя полусферами и горизонтальное нажимное кольцо (21), снабженное верхней уплотнительной шайбой (41) горизонтального нажимного кольца и нижней уплотнительной шайбой (43) горизонтального нажимного кольца, последовательно свободно установлены снизу вверх на основании (25) для корректировки отклонения с пространством для движения, гибкая соединительная втулка (22) надета на горизонтальное нажимное кольцо (21) и направляющее уплотнительное кольцо (23), с основанием (25) для корректировки отклонения посредством резьбы соединен нажимной колпак (44) для корректировки отклонения, который закреплен штифтом (24) нажимного колпака для корректировки отклонения.

12. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 5, отличающийся тем, что указанный элемент для остановки скважины содержит устройство для фиксации положения.

13. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 12, отличающийся тем, что в указанном элементе для остановки скважины устройство для фиксации положения содержит полуконические элементы (16) для фиксации положения полированного штока.

14. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 13, отличающийся тем, что указанный элемент для остановки скважины содержит последовательно расположенные снизу вверх сальниковую набивку (19) элемента для остановки скважины, два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока, нажимное кольцо (15) сальниковой набивки элемента для остановки скважины, снабженное верхней уплотнительной шайбой (38) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины и нижней уплотнительной шайбой (40) нажимного кольца сальниковой набивки элемента для остановки скважины, обратное маслосборное кольцо (14) и основание (18) элемента для остановки скважины.

15. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 14, отличающийся тем, что при остановке скважины два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока переводят полированный шток (7) в центральное положение и блокируют его, при нормальной работе два полуконических элемента (16) для фиксации положения полированного штока сами отходят от полированного штока (7) для предотвращения износа.

16. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что герметизатор снабжен смазочным элементом для обеспечения подачи твердой смазки (35) и жидкой смазки между полированным штоком (7) и сальниковой набивкой (9).

17. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 16, отличающийся тем, что указанный смазочный элемент содержит устройство подачи твердой смазки, при этом указанное устройство подачи твердой смазки установлено между сальниковой набивкой (9) и верхней частью устьевого герметизатора и всегда слегка прижимает твердую смазку (35) к полированному штоку (7) посредством прижимающего элемента.

18. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 16, отличающийся тем, что указанный смазочный элемент содержит обратное маслосборное кольцо (14), выполненное с возможностью установки в любом месте между устьем скважины и сальниковой камерой.

19. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по п. 18, отличающийся тем, что указанное обратное маслосборное кольцо (14) выполнено с возможностью постоянного накапливания сырой нефти в расположенной над ним полости для осуществления функции смазывания.

20. Устьевой герметизатор штанговой насосной установки по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в указанной сальниковой камере сальниковая набивка (9) расположена в кожухе (8) с сальниковой набивкой, нажимное кольцо (5) сальниковой набивки вставлено в кожух (8) с сальниковой набивкой, на нажимном кольце (5) сальниковой набивки последовательно установлены нижний шарнирный подшипник (4), верхний шарнирный подшипник (3), нажимной подшипник (2) и нажимной колпак (1) сальниковой камеры, нажимной колпак (1) сальниковой камеры посредством резьбы соединен с нажимным колпаком (13) устройства для остановки скважины, кожух (8) с сальниковой набивкой не соприкасается с нажимным колпаком (1) сальниковой камеры, и по бокам обеспечено пространство для движения.