RU158204U1 - Рабочая камера устьевого сальника - Google Patents

Abstract

Рабочая камера устьевого сальника, содержащая корпус, нажимную гайку, грундбуксу, пакет шевронных манжет, опорную нажимную втулку, радиальный фланцевый компенсатор, резьбовую втулку для присоединения к аварийной камере действующего устьевого сальника, отличающаяся тем, что грундбукса и опорная нажимная втулка залиты по внутренней поверхности слоем твердого полиуретана, выполняющим функцию направляющих втулок для полированного штока, опорная нажимная втулка имеет прямоугольный выступ с возможностью эффективного прижатия шевронных манжет к поверхности полированного штока и кольцевую полость в верхней части для заполнения незамерзающей жидкостью, в нижней части опорной нажимной втулки эластичный элемент из полиуретана, выполняющий функцию направляющей втулки для полированного штока, выполнен с возможностью запаса энергии при его осевом сжатии для поджима шевронных манжет с возможностью автоматической компенсации износа уплотняющих кромок шевронных манжет, шевронные манжеты установлены с возможностью контакта с кольцевыми полостями для заполнения жидкой смазкой, радиальный фланцевый компенсатор выполнен непосредственно в рабочей камере устьевого сальника.

Description

Изобретение «Рабочая камера устьевого сальника» относится к сальниковым устройствам для уплотнения полированных штоков на нефтяных скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами и может быть использовано для уплотнения полированного штока при добыче нефти механизированным способом при помощи штанговых глубинных насосов.

Основная цель разработки данного устройства это модернизация действующих устьевых сальников устаревшей конструкции, с минимальными затратами, для многократного увеличения ресурса работы сменных эластичных уплотнений в рабочей камере (верхней сальниковой головке) устьевого сальника, так как главной причиной остановки добычи нефти является преждевременный выход из строя уплотнений из-за несоосности устьевого сальника и полированного штока, отсутствия смазки на поверхности штока в период пуска станка-качалки (период сухого трения), недостаточной стабилизации штока от радиальных колебаний при движении, отсутствия надежного автоматического механизма компенсации износа уплотняющих кромок сменных уплотнительных элементов.

Известна конструкция устьевого сальника (1) (см. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, обслуживание, ремонт нефтепромыслового оборудования», г. Москва, издательство «Недра», 1985 г., стр.42-45), имеющего угловой компенсатор отклонения полированного штока от оси скважины, выполненный в виде сальниковой головки с нижней сферической опорой, которая может наклоняться при несовпадении оси скважины, наклоненной под определенным углом и оси натянутого под весом подвески штанг полированным штоком и самоустанавливаться по штоку.

Недостатками данной конструкции являются: 1. Невозможность компенсации радиального, а не углового смещения оси штока, в результате происходит ускоренный односторонний износ сменных уплотнений при радиальном отклонении оси полированного штока от оси рабочей камеры устьевого сальника; 2. Использование направляющих втулок из древесины, что приводит к быстрому износу направляющих втулок и потере стабилизации штока от колебаний при движении; 3. Отсутствие механизма автоматической компенсации износа уплотнений.

Известна конструкция устьевого сальника (2) (патент РФ №2473778), в которой технический результат компенсации радиального отклонения штока достигается введением второй сферической опоры. Нижняя и верхняя сферические опоры, взаимодействуя, позволяют сальниковой головке смещаться в горизонтальной плоскости и самоустанавливаться по оси штока.

Недостатками данной конструкции являются: 1. Сложность, наличие множества деталей и как следствие ненадежность; 2. Отсутствие механизма автоматической компенсации износа уплотнений;

Известна конструкция сальникового узла (3) (патент РФ №2364776), выбранного в качестве прототипа, в котором имеется механизм автоматической компенсации износа уплотнений за счет поджима уплотнений снизу нажимной втулкой давлением рабочей среды скважины. Недостатками данной конструкции являются: 1. Невозможность компенсации радиального отклонения штока непосредственно в сальниковом узле; 2. Отсутствие направляющих втулок для стабилизации штока от радиальных колебаний при движении; 3 Ненадежность работы механизма автоматической компенсации износа уплотнений при минусовых температурах из-за примерзания нажимной втулки (поз.3) к поверхности корпуса (поз.1) в связи с тем, что большая часть скважин в России и в странах СНГ сильно обводнены, содержание воды в скважинной жидкости достигает 98% и при минусовых температурах в полости под нажимной втулкой (поз.3) и в зазоре между нажимной втулкой (поз.3) и корпусом (поз.1) образуется лед, препятствующий осевому смещению нажимной втулки (поз.3) для поджима набивки; 4. Отсутствие внутри корпуса (поз.1) жидкой смазки для смазывания поверхности штока в период пуска станка-качалки (период сухого трения) до момента притока скважинной жидкости в устьевой сальник, поэтому возможен преждевременный выход уплотнений из строя. 5. Конфигурация нижней части грундбуксы, контактирующей с манжетами сверху и конфигурация верхней части нажимной втулки (поз.3) повторяют конфигурацию верхней и нижней части манжет, что не позволяет эффективно прижимать рабочие кромки манжет к поверхности штока длительное время.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание универсальной рабочей камеры устьевого сальника для всех типов действующих, морально устаревших устьевых сальников, применяемых в настоящее время на месторождениях России и СНГ с целью их недорогой модернизации, так как сам устьевой сальник не демонтируется со скважины, а заменяется только рабочая камера (верхняя сальниковая головка) работающего сальника (Фиг.4) с получением следующих свойств: 1. Возможность компенсации радиальных отклонений штока простым и надежным радиальным компенсатором непосредственно в самой рабочей камере; 2. Надежная стабилизация радиальных колебаний штока при его движении длительное время; 3. Надежное смазывание поверхности штока в период пуска станка-качалки до притока скважинной жидкости в устьевой сальник жидкой смазкой, находящейся внутри корпуса рабочей камеры: 4. Эффективный прижим уплотняющих кромок шевронных манжет к поверхности штока длительное время: 5. Надежная работа механизма автоматической компенсации износа уплотняющих кромок шевронных манжет/не зависящая от степени обводненности скважины и времени года (низких температур).

Технический результат достигается в рабочей камере устьевого сальника, содержащей корпус с нажимной гайкой, грундбуксу, выполняющую также функцию верхней направляющей втулки для полированного штока, пакет шевронных уплотнений особой формы, имеющий по всей высоте кольцевые полости, заполненные жидкой смазкой, опорную нажимную втулку, имеющую в верхней части прямоугольный выступ, контактирующий с угловыми поверхностями нижней шевронной манжеты для более эффективного прижатия рабочей кромки манжеты к поверхности штока, выполняющую также функции нижней направляющей втулки и упругого элемента, при сжатии которого запасается энергия для поджатия шевронных манжет и компенсации величины износа уплотняющих кромок манжет, контактирующую сверху с кольцевой полостью, заполненной незамерзающей жидкостью, радиальный фланцевый компенсатор отклонения оси штока от оси рабочей камеры и резьбовую втулку для соединения с модернизируемым устьевым сальником.

Изобретение поясняется фигурами:

Фиг.1 - рабочая камера устьевого сальника с радиальным фланцевым компенсатором

Фиг.2 - схема действующих сил от прямоугольного выступа опорной нажимной втулки на угловые поверхности нижней'шевр6нной манжеты

Фиг.3 - схема сжатия упругого элемента опорной нажимной втулки

Фиг.4 - фотография смонтированной рабочей камеры на аварийную камеру старого устьевого сальника модели СУС-1 (1998 года выпуска) с целью модернизации

Рабочая камера устьевого сальника, содержит корпус (поз.7), нажимную гайку (поз.6), грундбуксу (поз.4), имеющую в нижней части плоскую поверхность, контактирующую с поверхностью верхней щевронной манжеты и залитую по поверхности, контактирующей с полированным штоком слоем твердого полиуретана (твердостью 95 ед. по Шору А) (поз.5) и выполняющую функцию верхней направляющей втулки для полированного штока, пакетом шевронных манжет особой конструкции, контактирующих с кольцевыми полостями Б, заполняемыми при сборке жидкой смазкой (например - масло Индустриальное И-20), опорную нажимную втулку (поз.3), контактирующую с кольцевой полостью А, заполненной при сборке незамерзающей жидкостью (например-глицерином) и залитую по поверхности, контактирующей с полированным штоком слоем твердого полиуретана (твердостью 95 ед. по Шору А) (поз.8), выполняющим функцию нижней направляющей втулки для полированного штока, при работе опорная нажимная втулка (поз.3) контактирует прямоугольным выступом с поверхностями нижней шевронной манжеты, расположенных под углом, возникает результирующая сила R (фиг.2), отталкивающая поверхность манжеты, что позволяет более эффективно поджимать рабочую кромку шевронной манжеты к штоку длительное время, нижней частью полиуретановый слой (поз.8) опирается на дно корпуса (поз.7) при этом упруго деформируется и запасает энергию для осевого смещения опорной нажимной втулки (поз.3) и автоматической компенсации износа уплотняющих кромок шевронных манжет,

фланцевый радиальный компенсатор К, имеющий на верхнем фланце прямоугольный выступ (поз.2), контактирующий со слоем твердого полиуретана (твердостью 95 ед. по Шору А) (поз.1), залитого в кольцевую канавку нижнего фланца, резьбовую втулку Р для соединения с модернизируемым устьевым сальником.

Рабочая камера устьевого сальника работает следующим образом:

На заводе-изготовителе при сборке рабочей камеры кольцевая полость А заполняется глицерином, имеющим температуру кристаллизации минус 80 градусов Цельсия, который проникает в зазор между опорной нажимной втулкой (поз.3) и корпусом (поз.7) и в дальнейшем при работе рабочей камеры на скважине препятствует примерзанию поверхности опорной нажимной втулки (поз.3) кловерхуости корпуса (поз.7). В кольцевые полости Б между шевронными манжетами заливается жидкая смазка, которая выполняет функцию смазывания поверхности полированного штока в период «сухого трения». Жидкая смазка долгое время находится внутри корпуса (поз.7) из-за отсутствия зазоров между верхней (поз.5) и нижней (поз.8) направляющими втулками и поверхностью штока.

При монтаже рабочей камеры устьевого сальника (в сборе) на скважине (Фиг.4) на аварийную камеру (нижнюю сальниковую головку) модернизируемого устьевого сальника вместо верхней сальниковой головки ослабляются гайки (поз.9) фланцевого радиального компенсатора, верхний фланец компенсатора, выполненный совместно с корпусом (поз.7), получает свободу перемещения в пределах 10 мм в горизонтальной плоскости относительно нижнего фланца компенсатора, выполненного совместно с резьбовой втулкой Р, наворачиваемой на аварийную камеру (нижнюю сальниковую головку) модернизируемого устьевого сальника, установленного на скважине. После присоединения верхнего конца полированного штока к балансиру станка-качалки производится пуск станка-качалки и 3-4 рабочих хода полированного штока. Корпус (поз.1) с пакетом шевронных уплотнений за счет свободы перемещения в горизонтальной плоскости встает строго по оси штока, после этого гайки (поз.9) затягиваются. Так как слой полиуретана (поз.1) обладает высокой твердостью, то внедрение в него при затягивании гаек (поз.9) прямоугольного выступа (поз.2) происходит не более 0,5 мм, достаточных для герметичности фланцевого соединения при расчетном давлении 14 МПа, то при смещении оси штока во время работы станка-качалки верхний фланец компенсатора вместе с корпусом (поз.7) за счет давления штока на направляющие втулки (поз.5 и поз.8) легко сдвигается в горизонтальной плоскости вслед за штоком и нарушения соосности штока и пакета шевронных уплотнений не происходит, одностороннего бокового давления поверхности штока на пакет шевронных манжет не возникает. После пуска станка-качалки нажимная гайка (поз.6) отворачивается на три оборота, незажатые манжеты начинают силой трения двигаться вслед за штоком и происходит попадание жидкой смазки на поверхность штока из кольцевых камер Б. Количества смазки вполне хватает до момента подачи скважинной жидкости в устьевой сальник и периода «сухого трения» не возникает. После появления давления скважинной жидкости в устьевом сальнике, нажимная гайка (поз.6) затягивается до достижения герметичности в плоскости контакта поверхности штока и рабочих кромок шевронных манжет, полиуретановый слой (поз.8) опорной нажимной втулки (поз.3), опирающийся на дно корпуса (поз.1) упруго деформируется, запасая энергию упруго сжатого эластичного элемента, которая впоследствии расходуется на осевое смещение и поджим опорной втулки (поз.3) к поверхности нижней шевронной манжеты, которая воздействует на остальные манжеты и происходит автоматическая компенсация износа уплотняющих кромок шевронных манжет, контактирующих с поверхностью движущегося полированного штока.

Опытно-промышленные испытания предлагаемой конструкции рабочей камеры устьевого сальника (Фиг.4) в ОАО «Татнефть», ООО «Лукойлпермнефть» в течение 100 суток непрерывной работы без участия обслуживающего персонала доказали эффективность предложенных технических решений, реализованных в конструкции рабочей камеры устьевого сальника, так как позволяют решить технические задачи компенсации радиального отклонения штока, надежной стабилизации радиальных колебаний штока при его движении, смазывание поверхности штока в период «сухого трения», эффективного прижатия уплотняющих кромок шевронных манжет к поверхности штока, надежной работы механизма автоматической компенсации износа уплотняющих кромок шевронных манжет, не зависящей от степени обводненности скважины и времени года (низких температур).

Источники информации:

1. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, обслуживание, ремонт нефтепромыслового оборудования», издательство «Недра», г. Москва, 1985 г.

2. Патент РФ №2473778

3. Патент РФ №2364776

Claims (1)

1. Рабочая камера устьевого сальника, содержащая корпус, нажимную гайку, грундбуксу, пакет шевронных манжет, опорную нажимную втулку, радиальный фланцевый компенсатор, резьбовую втулку для присоединения к аварийной камере действующего устьевого сальника, отличающаяся тем, что грундбукса и опорная нажимная втулка залиты по внутренней поверхности слоем твердого полиуретана, выполняющим функцию направляющих втулок для полированного штока, опорная нажимная втулка имеет прямоугольный выступ с возможностью эффективного прижатия шевронных манжет к поверхности полированного штока и кольцевую полость в верхней части для заполнения незамерзающей жидкостью, в нижней части опорной нажимной втулки эластичный элемент из полиуретана, выполняющий функцию направляющей втулки для полированного штока, выполнен с возможностью запаса энергии при его осевом сжатии для поджима шевронных манжет с возможностью автоматической компенсации износа уплотняющих кромок шевронных манжет, шевронные манжеты установлены с возможностью контакта с кольцевыми полостями для заполнения жидкой смазкой, радиальный фланцевый компенсатор выполнен непосредственно в рабочей камере устьевого сальника.

   

Images