RU2158863C2

RU2158863C2 - Sealing unit for rotary oil-well pumps and method of control of leakage of oil in them

Info

Publication number: RU2158863C2
Application number: RU95115968A
Authority: RU
Inventors: ГРЕНКЕ Эдвард
Original assignee: ГРЕНКЕ Эдвард
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 2000-11-10

Abstract

FIELD: oil producing industry. SUBSTANCE: sealing unit includes fixed and revolving members. Revolving member is secured to revolving rod and is sealed relative to this rod by means of standard compressed packing material. Revolving member has cylindrical part rotating inside cylindrical part of fixed member; circular cavity is formed in between them. This cavity is used for placing two or more circular sealing sleeves laid one after other in circular space. Sleeves are so constructed that they exclude penetration of oil and leakage may occur through separate sleeves. Fixed member s provided with leakage passages which are communicated with each of sleeves. When oil appears in any passage, it is indicative of oil penetration through protective members of sleeve. EFFECT: enhanced reliability of sealing. 19 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится в целом к нефтедобывающей промышленности, и в частности имеет целью повышение эффективности работы уплотнений, используемых для уплотнения вращающейся штанги прогрессивного кавитационного скважинного нефтяного насоса для предотвращения утечки нефти. The invention relates generally to the oil industry, and in particular, aims to increase the efficiency of seals used to seal a rotating rod of a progressive cavitation well pump to prevent oil leakage.

Многие обычные нефтяные скважины работают с погружным насосом, расположенным на дне скважины или близко от него, причем насос представляет собой обычный насос возвратно-поступательного типа, приводимый в действие колонной штанг, которая, в свою очередь, приводится в возвратно-поступательное движение в вертикальном направлении с помощью качалки насосной установки. За последнее время многие обычные поршневые насосы были заменены роторными прогрессивными кавитационными насосами. Роторные (центробежные) насосы особенно пригодны для получения сырой нефти, загрязненной песком и водой. Many conventional oil wells operate with a submersible pump located at or near the bottom of the well, the pump being a conventional reciprocating pump driven by a rod string, which in turn is driven in a vertical reciprocating motion using the pumping unit. Recently, many conventional piston pumps have been replaced by rotary progressive cavitation pumps. Rotary (centrifugal) pumps are particularly suitable for the production of crude oil contaminated with sand and water.

В обычных вертикальных поршневых насосах устройство, как правило, сконструировано таким образом, что только один сальник обеспечивает контроль за утечками и потерями нефти. Этот обычный сальник является неподвижным и крепится к неподвижному корпусу. Часть верхнего участка штанги, которая фактически контактирует с сальником, обычно очень хорошо отполирована, обеспечивая, таким образом, минимальные утечки и минимальное повреждение набивочного материала. При внедрении роторных насосов, как правило, обнаруживалось следующее: если для роторных насосов применялся обычный сальник (разработанный для вертикальных насосов), то через сравнительно короткое время возникали утечки нефти, что требовало часто обслуживания и частой замены набивочного материала (см. US N 3891031, опубл. 24.06.1975; US N 4087211, опубл. 02.05.1978; US N 4089624, опубл. 16.05.1978; US N 4314611, опубл. 09.02.1982)
В соответствии с настоящим изобретением разработан усовершенствованный узел для ограничения утечек нефти из роторных скважинных нефтяных насосов за счет того, что предусмотрена специальная втулка для схватывания штанги набивочным материалом, причем эта втулка вращается вместе со штангой, и, следовательно, между ними не требуется наличия уплотнения подвижного соединения. Втулка, в свою очередь, установлена с возможностью вращения внутри полости, ограниченной неподвижным элементом, и предусмотрено множество кольцевых уплотняющих гильз, занимающих пространство между втулкой и неподвижным элементом. Уплотняющие гильзы сконструированы таким образом, что они последовательно препятствуют утечкам нефти. Таким образом, нефть должна сначала пройти через начальную уплотняющую гильзу до того, как оно достигнет второй гильзы в ряду, а вторая гильза должна выйти из строя прежде, чем нефть получит доступ к третьей гильзе. Каналы утечки, соответствующие множеству уплотняющих гильз, обозначены появлением нефти на самой удаленной по ходу течения гильзе, к которой нефть получила доступ.In conventional vertical piston pumps, the device is typically designed so that only one oil seal provides control of oil leaks and losses. This ordinary stuffing box is fixed and attached to a fixed housing. The part of the upper portion of the rod that actually contacts the seal is usually very well polished, thus ensuring minimal leakage and minimal damage to the packing material. When introducing rotary pumps, as a rule, the following was discovered: if a conventional oil seal (designed for vertical pumps) was used for rotary pumps, then oil leaks occurred after a relatively short time, which often required maintenance and frequent replacement of packing material (see US N 3891031, publ. 24.06.1975; US N 4087211, publ. 05/02/1978; US N 4089624, publ. 05.16.1978; US N 4314611, publ. 09/02/1982)
In accordance with the present invention, an improved assembly has been developed for limiting oil leaks from rotary borehole oil pumps due to the fact that a special sleeve is provided for gripping the rod with stuffing material, and this sleeve rotates together with the rod, and therefore there is no need for a movable seal between them connections. The sleeve, in turn, is mounted for rotation inside a cavity bounded by a fixed element, and a plurality of annular sealing sleeves are provided, occupying the space between the sleeve and the fixed element. The sealing sleeves are designed in such a way that they consistently prevent oil leaks. Thus, the oil must first pass through the initial seal sleeve before it reaches the second sleeve in the row, and the second sleeve must fail before the oil gets access to the third sleeve. Leakage channels corresponding to a plurality of sealing sleeves are indicated by the appearance of oil at the sleeve most distant along the course of the flow, to which the oil has gained access.

Более точно, в соответствии с изобретением разработан узел, предназначенный для использования с роторным насосом для нефтяных скважин, в которых удаленная штанга служит опорой ротору погружного насоса и вращает его, а также предназначенный для ограничения утечек нефти и содержащий:
- неподвижный первый элемент, в котором выполнено сквозное отверстие для штанги и в основном цилиндрическая полость, коаксиальная с отверстием, причем цилиндрическая полость ограничена цилиндрической стенкой, а первый элемент имеет наружную стенку;
- вращающийся второй элемент, в котором также выполнено сквозное отверстие, причем штанга проходит через сквозное отверстие второго элемента и вращается вместе с ним, второй элемент имеет в основном цилиндрическую часть, входящую коаксиально в полость, причем цилиндрическая часть ограничена наружной цилиндрической поверхностью, которая имеет меньший диаметр по сравнению с полостью с тем, чтобы между ними осталось кольцевое пространство, причем это кольцевое пространство имеет расположенный выше по ходу течения нефти конец, через который нефть под давлением стремится войти в это пространство, и расположенный ниже по ходу течения конец, противоположный концу, расположенному выше по течению;
- множество кольцевых уплотняющих гильз, уложенных друг на друга внутри кольцевого пространства, причем каждая гильза имеет в осевом сечении:
a) угловую часть с ножеобразным краем, контактирующую с цилиндрической частью с возможностью скольжения;
b) первое открытое пространство, которое находится по ходу течения за угловой частью с ножеобразным краем и примыкает к цилиндрической части, и второе открытое пространство рядом с цилиндрической стенкой; и
c) средство для прохода, через которое сообщаются два пространства;
- канал для утечек через первый элемент для каждой уплотняющей гильзы, причем этот канал для утечек связывает соответствующие открытые пространства с наружной стенкой; и
- заглушку для закрытия, по меньшей мере, одного из каналов.More precisely, in accordance with the invention, an assembly is designed for use with a rotary pump for oil wells, in which a remote rod supports and rotates the submersible pump rotor, and is also designed to limit oil leaks and containing:
- a stationary first element in which there is a through hole for the rod and a generally cylindrical cavity coaxial with the hole, the cylindrical cavity being defined by a cylindrical wall and the first element having an outer wall;
- a rotating second element, in which a through hole is also made, and the rod passes through the through hole of the second element and rotates with it, the second element has a generally cylindrical part that coaxially enters the cavity, and the cylindrical part is bounded by an outer cylindrical surface that has a smaller diameter compared with the cavity so that an annular space remains between them, and this annular space has an end located upstream of the oil through which the oil under pressure tends to enter this space, and the end located downstream is opposite to the end located upstream;
- many annular sealing sleeves stacked on top of each other inside the annular space, and each sleeve has an axial section:
a) a corner part with a knife-shaped edge in contact with the cylindrical part with the possibility of sliding;
b) the first open space, which is located along the flow behind the corner part with a knife-shaped edge and adjacent to the cylindrical part, and the second open space next to the cylindrical wall; and
c) means for passage through which two spaces communicate;
- a channel for leaks through the first element for each sealing sleeve, and this channel for leaks connects the corresponding open spaces with the outer wall; and
- a plug for closing at least one of the channels.

Кроме того, в соответствии с данным изобретением разработан способ ограничения утечек нефти в насосе для нефтяных скважин, в которых удлиненная штанга служит опорой ротору погружного насоса и вращает его, причем при данном способе используют узел, включающий неподвижный первый элемент, в котором выполнено сквозное отверстие для штанги и в основном цилиндрическая полость, коаксиальная с отверстием, причем цилиндрическая полость ограничена цилиндрической стенкой; вращающийся второй элемент, в котором также выполнено сквозное отверстие, причем штанга проходит через сквозное отверстие второго элемента и вращается вместе с ним, причем второй элемент имеет в основном цилиндрическую часть, входящую коаксиально в полость, цилиндрическая часть ограничена наружной цилиндрической поверхностью с меньшим диаметром по сравнению с диаметром полости с тем, чтобы между ними осталось кольцевое пространство, причем кольцевое пространство имеет расположенный выше по ходу течения нефти конец, через который нефть под давлением стремится войти в это пространство, и расположенный ниже по ходу течения конец, противоположный концу, расположенному выше по течению;
причем указанный способ содержит следующие операции:
a) установку множества уложенных друг на друга кольцевых уплотняющих гильз внутри кольцевого пространства, причем каждая гильза имеет в осевом сечении: угловую часть с ножеобразным краем, находящуюся в скользящем контакте с цилиндрической частью, первое открытое пространство, расположенное за угловой частью по ходу течения и примыкающее к цилиндрической части, второе открытое пространство рядом с цилиндрической стенкой и средство для прохода, через которое сообщаются два пространства;
b) выполнение для каждой уплотняющей гильзы канала для утечек через первый элемент, причем каждый канал для утечек связывает соответствующие открытые пространства с наружной стенкой;
c) ввод смазочного материала под давлением через канал для утечек самой дальней, расположенной выше по течению уплотняющей гильзы и затем закрытие этого канала для утечек заглушкой при оставлении открытым канала для утечек уплотняющей гильзы, расположенной ниже по течению по отношению к самой дальней, находящейся выше по течению гильзе;
d) текущий контроль за оставшимся открытым каналом для обнаружения утечек нефти; и
e) при обнаружении таких утечек нефти выполнение отключения насоса и замену, по меньшей мере, тех уплотняющих гильз, через которые протекала нефть.In addition, in accordance with this invention, a method for limiting oil leaks in a pump for oil wells, in which an elongated rod serves to support the rotor of the submersible pump and rotates it, and this method uses a node that includes a stationary first element in which a through hole for rods and a generally cylindrical cavity coaxial with the hole, wherein the cylindrical cavity is bounded by a cylindrical wall; a rotating second element, in which a through hole is also made, and the rod passes through the through hole of the second element and rotates with it, the second element having a substantially cylindrical part that coaxially enters the cavity, the cylindrical part is bounded by an outer cylindrical surface with a smaller diameter compared to with a cavity diameter so that an annular space remains between them, and the annular space has an end located upstream of the oil through which s under pressure tends to enter into this space, and is located downstream flow end opposite end, positioned upstream;
wherein said method comprises the following operations:
a) installation of a plurality of annular sealing sleeves stacked on top of each other inside the annular space, each sleeve having an axial section: a corner part with a knife-shaped edge in sliding contact with the cylindrical part, a first open space located behind the corner part along the course of the flow and adjacent to the cylindrical part, a second open space next to the cylindrical wall and means for passing through which two spaces communicate;
b) providing for each sealing sleeve a leak channel through the first element, wherein each leak channel connects corresponding open spaces to the outer wall;
c) introducing pressurized lubricant through the leakage channel of the farthest upstream sealing sleeve and then closing this leakage channel with a plug while keeping the leakage channel of the sealing sleeve lower downstream of the farthest upstream seal the flow of the sleeve;
d) monitoring the remaining open channel for detecting oil leaks; and
e) if such oil leaks are detected, shut down the pump and replace at least the sealing sleeves through which the oil was flowing.

Один вариант исполнения данного изобретения показан в графических материалах, в которых аналогичные детали обозначены одинаковыми номерами позиций на нескольких видах и в которых:
фиг. 1 представляет собой осевое сечение устройства, используемого в зоне устья скважины при погружном роторном насосе для обеспечения опоры штанги и ее вращения и для ограничения утечек нефти на скважины в окружающую среду;
фиг. 2 представляет собой изображение, аналогичное фиг. 1, но показывающее упрощенный вариант;
фиг. 3 представляет собой осевое сечение части устройства, с вращающимися уплотнениями для подвижного соединения;
фиг. 4 представляет собой показанное в большем масштабе осевое сечение уплотняющей гильзы, предназначенной для использования в данном изобретении; и
фиг. 5 представляет собой частичное осевое сечение с пространственным разделением элементов части устройства, в которой находится набивочный материал.One embodiment of the invention is shown in graphic materials in which similar parts are denoted by the same reference numbers in several views and in which:
FIG. 1 is an axial section of a device used in a wellhead area with a submersible rotary pump to provide support for the rod and its rotation and to limit oil leakage into wells into the environment;
FIG. 2 is an image similar to FIG. 1, but showing a simplified version;
FIG. 3 is an axial section of a portion of a device with rotating seals for a movable joint;
FIG. 4 is a larger axial sectional view of a sealing sleeve for use in the present invention; and
FIG. 5 is a partial axial section with a spatial separation of the elements of the part of the device in which the packing material is located.

На фиг. 1 показана в осевом сечении удлиненная штанга 10, которая служит опорой ротору погружного насоса (не показанного) и вращает его. На фиг. 1 верхний конец находится справа, а нижний конец - слева. In FIG. 1 shows an axial section of an elongated rod 10, which serves as a support for the rotor of a submersible pump (not shown) and rotates it. In FIG. 1, the upper end is on the right, and the lower end is on the left.

На своем верхнем конце (справа на фиг. 1) штанга 10 имеет наружную резьбу 12, которая входит в контакт с гайкой 14 с одного конца резьбового отверстия 16 в гайке 14, причем другой конец отверстия 16 соединен с резьбовым концом подъемной штанги 18. At its upper end (to the right in FIG. 1), the rod 10 has an external thread 12 that contacts the nut 14 from one end of the threaded hole 16 in the nut 14, the other end of the hole 16 being connected to the threaded end of the lifting rod 18.

На своем нижнем (левом) конце гайка 14 имеет некруглый выступ 20, который входит в контакт с некруглой, полой хвостовой штангой 22, другой конец которой входит в контакт с аналогичным выступом 24 на расположенной далее гайке 26. At its lower (left) end, the nut 14 has a non-circular protrusion 20 that comes into contact with a non-circular, hollow tail rod 22, the other end of which comes into contact with a similar protrusion 24 on the next nut 26.

В гайке 26 выполнено несквозное отверстие 28 с внутренней резьбой, которое предназначено для крепления к верхнему резьбовому концу 30 уплотняющего элемента 32. Следует отметить, что уплотняющий элемент 32 и гайка 26 совместно ограничивают сквозное отверстие 34, через которое проходит штанга 10. У верхнего конца (справа на фиг. 1) уплотняющего элемента 32 выполнена кольцевая полость 36 для набивки, содержащая обычный набивочный материал 38. Кольцевой закрывающий элемент 40 сжимает набивочный материал 38 и поджимается вниз путем затягивания гайки 28. Могут быть выбраны различные размеры закрывающего элемента 40 в осевом направлении с тем, чтобы обеспечить соответствующую степень сжатия набивочного материала 38, когда гайка 26 навинчена как можно дальше вниз на уплотняющий элемент 32. A non-through hole 28 with an internal thread is made in the nut 26, which is intended for fastening to the upper threaded end 30 of the sealing element 32. It should be noted that the sealing element 32 and the nut 26 together define a through hole 34 through which the rod 10 passes. At the upper end ( on the right in Fig. 1) of the sealing element 32, an annular packing cavity 36 is made containing conventional packing material 38. An annular closing element 40 compresses the packing material 38 and is pressed down by tightening the nut 28. Could t be selected different sizes of the closing element in axial direction 40 so as to ensure an appropriate degree of compression of the packing material 38 when the nut 26 is screwed down as far as possible on the sealing member 32.

Уплотняющий элемент 32 имеет участок 42 меньшего диаметра, который окружает штангу 10 и который имеет наружную резьбу, предназначенную для свинчивания с внутренней резьбой цилиндрической выточки 44, выполненной в верхней части (на первом конце) втулки 46, причем втулка 46 имеет сквозное отверстие 48 для штаги 10. The sealing element 32 has a portion 42 of a smaller diameter, which surrounds the rod 10 and which has an external thread for screwing with the internal thread of the cylindrical recess 44, made in the upper part (at the first end) of the sleeve 46, and the sleeve 46 has a through hole 48 for the rod ten.

Конструкция втулки 46 такова, что на ней можно установить радиальный подшипник 50 и упорный подшипник 52, которые служат опорой втулке 46 при ее вращении относительно базового элемента 54, который прочно соединен с кожухом устья скважины средствами, которые не показаны и которые не играют никакой роли в настоящем изобретении. The design of the sleeve 46 is such that it can be installed on the radial bearing 50 and the thrust bearing 52, which serve as a support for the sleeve 46 when it rotates relative to the base element 54, which is firmly connected to the casing of the wellhead by means that are not shown and which do not play any role in the present invention.

В узел на фиг. 1 шестерня 56 зафиксирована для вращения вместе с втулкой 46 с помощью шпонки 58. Предусмотрены непоказанные средства для приведения шестерни 56 во вращательное движение вместе с втулкой 46. To the assembly of FIG. 1, the gear 56 is fixed for rotation together with the sleeve 46 with the help of a key 58. Means are not shown for driving the gear 56 in rotational motion together with the sleeve 46.

К нижней стороне (к левой стороне на чертеже) базового элемента 54 прикреплен болтами неподвижный первый элемент 60, в котором выполнено сквозное отверстие 62 для штанги 10 и который, в свою очередь, прикреплен болтами или каким-либо иным образом к Т-образному элементу 64, который не образует никакой части настоящего изобретения. The fixed first element 60 is bolted to the bottom side (to the left side in the drawing) of the base element 54, in which a through hole 62 for the rod 10 is formed and which, in turn, is bolted or otherwise attached to the T-shaped element 64 which does not form any part of the present invention.

Как можно видеть на фиг. 1, в неподвижном первом элемент 60 выполнена еще в основном цилиндрическая полость 66, которая коаксиальна со сквозным отверстием 62 и которая главным образом ограничена цилиндрической стенкой 68. Кроме того, первый элемент 60 имеет нагружную стенку 70, диаметр которой уменьшается на переходном участке 72 в виде усеченного конуса до суженной части 74. Далее первый элемент 60 имеет нижний фланец 76 для крепления к Т-образному элементу 64 и верхний фланец 78 для крепления к базовому элементу 54. As can be seen in FIG. 1, in the stationary first element 60, a still generally cylindrical cavity 66 is made, which is coaxial with the through hole 62 and which is mainly limited by the cylindrical wall 68. In addition, the first element 60 has a load wall 70, the diameter of which decreases in the transition section 72 in the form truncated cone to the narrowed part 74. Next, the first element 60 has a lower flange 76 for attachment to the T-shaped element 64 and an upper flange 78 for attachment to the base element 54.

Далее рассматриваются фиг. 3 и 4 для более подробного описания элементов, находящихся в цилиндрической полости 66. Next, FIG. 3 and 4 for a more detailed description of the elements located in the cylindrical cavity 66.

Как видно в особенности на фиг. 3, втулка 46 имеет выполненную заодно с ней хвостовую часть 80, далее называемую цилиндрической частью, и цилиндрическая часть 80 входит коаксиально в полость 68. Цилиндрическая часть 80 имеет наружную цилиндрическую поверхность, диаметр которой меньше диаметра цилиндрической полости 66 с тем, чтобы между ними осталось кольцевое пространство 84. Кольцевое пространство 84 имеет конец 86, расположенный выше по ходу течения нефти, через который нефть под давлением (поступающая через сквозное отверстие 62) стремится войти в кольцевое пространство 84, и расположенный ниже по ходу течения конец 88, противоположный расположенному выше по течению концу 86. As can be seen in particular in FIG. 3, the sleeve 46 has a tail portion 80 integral with it, hereinafter referred to as the cylindrical portion, and the cylindrical portion 80 coaxially enters the cavity 68. The cylindrical portion 80 has an outer cylindrical surface whose diameter is smaller than the diameter of the cylindrical cavity 66 so that there remains between them the annular space 84. The annular space 84 has an end 86 located upstream of the oil, through which oil under pressure (flowing through the through hole 62) tends to enter the annular space 84, and aspolozhenny flow downstream end 88 opposite the upstream end 86.

Внутри цилиндрической полости 66 (в кольцевом пространстве 84) установлены три кольцевые уплотняющие гильзы 90, которые уложены одна за другой в кольцевом пространстве 84. Inside the cylindrical cavity 66 (in the annular space 84), three annular sealing sleeves 90 are installed, which are stacked one after the other in the annular space 84.

Как можно видеть путем сопоставления фиг. 3 и 4, каждая гильза в осевом сечении имеет:
(a) угловую часть 92 с ножеобразным краем, которая контактирует с цилиндрической частью 80 с возможностью скольжения;
(b) первое открытое пространство 94, находящееся ниже по ходу течения (справа) относительно угловой части 92 с ножеобразным краем и примыкающее к цилиндрической части 80, и второе открытое пространство 96, примыкающее к цилиндрической стенке 68. Средства 97 для прохода (предпочтительно в виде расположенных на некотором расстоянии друг от друга каналов, просверленных радиально в каждой гильзе) обеспечивают связь между первым открытым пространством 94 и вторым открытым пространством 96.As can be seen by comparing FIG. 3 and 4, each sleeve in axial section has:
(a) a corner portion 92 with a knife-shaped edge that slides in contact with the cylindrical portion 80;
(b) a first open space 94, located downstream (to the right) with respect to the corner portion 92 with a knife-like edge and adjacent to the cylindrical part 80, and a second open space 96, adjacent to the cylindrical wall 68. Means 97 for passage (preferably in the form located at some distance from each other channels drilled radially in each sleeve) provide a connection between the first open space 94 and the second open space 96.

Кроме того, в каждой уплотняющей гильзе 90 выполнена открытая внутрь канала 98, расположенная ниже по ходу течения по отношению к первому открытому пространству 94, с упругим кольцом 100 в канавке 98. Упругое кольцо приспособлено для сжатия его за счет замораживания и расширения любой воды внутри открытых пространств 94 и 96. In addition, in each sealing sleeve 90, an inward opening of the channel 98 is made, located downstream of the first open space 94, with an elastic ring 100 in the groove 98. The elastic ring is adapted to compress it by freezing and expanding any water inside the open spaces 94 and 96.

Кроме того, каждая уплотняющая гильза 90 включает опорную поверхность 102, в основном параллельную наружной цилиндрической поверхности 82 и расположенную ниже по ходу течения относительно канавки 98. Также предусмотрено кольцевое уплотнение 108, которое в радиальном сечении имеет в основном U-образную форму и которое включает два плеча 106 и 108, из которых плечо 106 приспособлено для прилегания к наружной цилиндрической поверхности 82, а плечо 108 приспособлено для прилегания к опорной поверхности 102 таким образом, что внутренняя часть U-образной формы открыта вниз (влево) к первому открытому пространству 94. Это ясно на фиг. 4. In addition, each sealing sleeve 90 includes a supporting surface 102 substantially parallel to the outer cylindrical surface 82 and located downstream of the groove 98. An annular seal 108 is also provided, which in radial section is substantially U-shaped and includes two the shoulder 106 and 108, of which the shoulder 106 is adapted to fit to the outer cylindrical surface 82, and the shoulder 108 is adapted to fit to the supporting surface 102 so that the inner part of the U-shaped we are open down (to the left) to the first open space 94. This is clear in FIG. 4.

Кроме того, кольцевое уплотнение 104 имеет выступающий наружу, выполненный заодно с ним фланец 110, который находится внутри выточки 112 под фланец, выполненный в уплотняющей гильзе 90 и расположенной так, что фланец 110 сжимается и захватывается между соответствующей гильзой и следующей примыкающей гильзой. Это лучше всего видно на фиг. 3. In addition, the O-ring 104 has an outwardly protruding flange 110 integral with it, which is located inside the flange undercut 112, made in the sealing sleeve 90 and positioned so that the flange 110 is compressed and gripped between the corresponding sleeve and the next adjacent sleeve. This is best seen in FIG. 3.

Также следует отметить, что в первом элементе 60 для каждой уплотняющей гильзы 90 предусмотрен канал 114 для утечек, причем каждый канал 114 для утечек связывает открытые пространства (соответствующей уплотняющей гильзы 90) с наружной стенкой 70. Предусмотрена заглушка 116 с наружной резьбой для закрывания, по меньшей мере одного из каналов. It should also be noted that in the first element 60, a leakage channel 114 is provided for each sealing sleeve 90, with each leakage channel 114 connecting open spaces (corresponding to the sealing sleeve 90) with the outer wall 70. A plug 116 is provided with an external thread for closing, according to at least one of the channels.

Следует отметить, что кольцевое пространство 84, ограниченное между цилиндрической стенкой 68 и цилиндрической поверхностью 82, закрыто со своего расположенного выше по течению (слева) конца кольцевой стенкой 120, и что самая нижняя (самая крайняя слева) уплотняющая гильза 90 упирается в стенку 120. It should be noted that the annular space 84 defined between the cylindrical wall 68 and the cylindrical surface 82 is closed from its upstream (left) end by the annular wall 120, and that the lowermost (leftmost) sealing sleeve 90 abuts the wall 120.

Каждая уплотняющая гильза 90 имеет наружную периферийную выточку 122 (см. фиг. 4) рядом с цилиндрической стенкой 68 элемента 60 и кольцевое уплотнение 124 внутри периферийной выточки 122. Each sealing sleeve 90 has an outer peripheral groove 122 (see FIG. 4) adjacent to the cylindrical wall 68 of the element 60 and an O-ring 124 inside the peripheral groove 122.

На фиг. 3 показано предусмотренное фиксирующее средство, прижимающее кольцевые уплотняющие гильзы 90 вниз (влево) к кольцевой стенке 120. In FIG. 3 shows the provided fixing means, pressing the annular sealing sleeves 90 down (to the left) to the annular wall 120.

Более точно, фиксирующее средство включает два кольцевых элемента 126 и 128, размещенные вместе со стопорным пружинным кольцом в соответствующей канавке в цилиндрической стенке 68. More specifically, the locking means includes two annular elements 126 and 128, placed together with the retaining spring ring in the corresponding groove in the cylindrical wall 68.

Далее кратко рассматривается фиг. 5, на которой показан вариант конструкции уплотняющего элемента 32, имеющего размерные характеристики, отличающиеся от размерных характеристик уплотняющего элемента 32, изображенного на фиг. 1. Тем не менее все основные компоненты имеются на фиг.5, и, кроме того, на нем показано кольцевое уплотнение 130, установленное в соответствующую канавку, причем кольцевое уплотнение 130 прижато к угловой части 132 втулки 46. Это обеспечивает отсутствие каких-либо утечек в соединении между уплотняющим элементом 32 и втулкой 46. Next, FIG. 5, which shows an embodiment of the sealing element 32 having dimensional characteristics different from the dimensional characteristics of the sealing element 32 shown in FIG. 1. Nevertheless, all the main components are shown in FIG. 5, and furthermore, it shows an O-ring 130 mounted in the corresponding groove, the O-ring 130 being pressed against the corner portion 132 of the sleeve 46. This ensures that there are no leaks in the connection between the sealing element 32 and the sleeve 46.

На фиг. 2 изображен вариант узла, показанного на фиг. 1. In FIG. 2 shows a variant of the assembly shown in FIG. 1.

На фиг. 2 отсутствует как базовый элемент 54, так и шестерня 56 и опорные подшипники. В конструкции на фиг. 2 потребуется другое (не показанное) средство для вращения втулки 46. In FIG. 2, both the base element 54 and the gear 56 and the thrust bearings are missing. In the construction of FIG. 2, other (not shown) means will be required to rotate the sleeve 46.

Другое отличие конструкции на фиг. 2 заключается в том, что вместо гайки 14 по фиг. 1 предусмотрено подъемное кольцо 132. Подъемное кольцо 132 имеет резьбовое отверстие 134, с которым может входить в контакт верхний конец штанги 10 с наружной резьбой. Another design difference in FIG. 2 is that instead of the nut 14 of FIG. 1, a lifting ring 132 is provided. The lifting ring 132 has a threaded hole 134 with which the upper end of the rod 10 may be in contact with an external thread.

За исключением упомянутых различий, все остальные детали конструкций на фиг. 1 и 2 идентичны. Ниже описывается способ использования описанного выше устройства для ограничения утечек нефти в насосе для нефтяных скважин, в которых удлиненная штанга служит опорой ротору погружного насоса и вращает его. Except for the differences mentioned, all other structural details in FIG. 1 and 2 are identical. The following describes how to use the device described above to limit oil leakage in an oil well pump, in which an elongated rod supports and rotates the submersible pump rotor.

Во-первых, способ включает выполнение всех элементов, изображенных в графических материалах и описанных выше, включая установку множества уложенных друг на друга, кольцевых уплотняющих гильз 90 с описанной конфигурацией, и выполнение для каждой уплотняющей гильзы 90 канала 114 для утечек через первый элемент 60, причем каждый канал 114 для утечек связывает соответствующие открытые пространства (94, 96) с наружной стенкой 70. Firstly, the method includes performing all of the elements depicted in the graphic materials and described above, including installing a plurality of stacked, annular sealing sleeves 90 with the described configuration, and making for each sealing sleeve 90 a leak path 114 through the first element 60, moreover, each channel 114 for leaks connects the corresponding open spaces (94, 96) with the outer wall 70.

При одном способе использования перед началом откачивания насосом смазочный материал, такой как консистентная смазка или тяжелое масло, вводится под давлением через канал для утечек расположенной выше всех по течению (крайней левой на фиг. 1 и 2) уплотняющей гильзы 90, и затем этот канал для утечек закрывается заглушкой, при этом канал для утечек уплотняющей гильзы, находящейся ниже по течению следом за расположенной выше всех по течению уплотняющей гильзы, остается открытым. При использовании трех гильз, как показано на чертежах, можно говорить о находящейся выше по течению гильзе, находящейся ниже по течению гильзе и промежуточной гильзе. Таким образом, смазочный материал вводится под давлением в находящуюся выше по течению гильзы, и соответствующий канал для утечек закрывается заглушкой и герметизируется. Однако канал для утечек для промежуточной гильзы остается открытым. При данном конкретном режиме работы третий канал для утечек (предназначенный для находящейся ниже по течению гильзы) может быть закрыт заглушкой такого типа, как показанная поз.116 на фиг. 3. In one method of use, before starting pumping out the pump, a lubricant, such as grease or heavy oil, is injected under pressure through the leakage channel of the upstream seal sleeve (leftmost in FIGS. 1 and 2) 90, and then this channel for leakage is closed by a plug, while the channel for leakage of the sealing sleeve, located downstream after located above all the upstream sealing sleeve, remains open. When using three sleeves, as shown in the drawings, one can speak of an upstream sleeve, a downstream sleeve and an intermediate sleeve. Thus, the lubricant is injected under pressure into the upstream liner, and the corresponding leakage channel is sealed with a plug and sealed. However, the leakage channel for the intermediate sleeve remains open. In this particular mode of operation, the third leakage channel (intended for the downstream sleeve) may be closed by a plug of the type shown at 1116 in FIG. 3.

Затем начинается откачивание нефти насосом, и оператор следит за промежуточным каналом для утечек с целью обнаружения утечек нефти. Если обнаружена утечка нефти в канале для утечек промежуточной гильзы, это указывает на то, что нефть прошла через ножеобразный край 92 как находящейся выше по течению гильзы, так и промежуточной гильзы. В этот момент оператор может принять решение прекратить операцию откачивания нефти насосом и заменить, по крайней мере, находящуюся выше по течению и промежуточную гильзы (которые больше не могут выдерживать давление нефти). Альтернативно, оператор может вынуть заглушку из расположенного ниже по течению канала для утечек и использовать ее, чтобы закрыть канал для утечек для промежуточной гильзы. При этом внимание переключается на третью гильзу. Когда нефть появляется в открытом канале для утечек третьей гильзы, это является признаком того, что нефть уже прошла через уплотнение 92 с ножеобразным краем всех трех гильз. В этот момент работа должна быть прекращена и все три гильзы должны быть заменены. Then the pumping of oil begins, and the operator monitors the intermediate channel for leaks in order to detect oil leaks. If an oil leak is detected in the leakage channel of the intermediate sleeve, this indicates that the oil has passed through the knife-shaped edge 92 of both the upstream sleeve and the intermediate sleeve. At this point, the operator may decide to stop the pumping operation and replace at least the upstream and intermediate sleeves (which can no longer withstand oil pressure). Alternatively, the operator can remove the plug from the downstream leak channel and use it to close the leak channel for the intermediate sleeve. In this case, attention is switched to the third sleeve. When oil appears in the open channel for leaks of the third sleeve, this is a sign that the oil has already passed through the seal 92 with a knife-shaped edge of all three sleeves. At this point, work should be stopped and all three sleeves should be replaced.

Несмотря на то, что несколько вариантов данного изобретения показаны в сопровождающих графических материалах и описаны выше, для специалистов в данной области очевидно, что могут быть выполнены изменения и модификации конструкции, не отходя от сути изобретения, изложенной в приложенных пунктах формулы изобретения. Despite the fact that several variants of the present invention are shown in the accompanying graphic materials and described above, for specialists in this field it is obvious that changes and modifications to the design can be made, without departing from the essence of the invention set forth in the attached claims.

Claims

1. The seal assembly for rotary borehole oil pumps, comprising an elongated rod for supporting the rotor of the submersible pump and its rotation, characterized in that it contains a stationary first element in which there is a through hole for the rod and a substantially cylindrical cavity located coaxially with the hole, moreover, the cylindrical cavity is limited by a cylindrical wall, and the first element has an outer wall, a rotating second element, in which a through hole is made, and the rod passes through without the through hole of the second element and rotates with it, the second element has a substantially cylindrical part that coaxially enters the cavity, and the cylindrical part is bounded by an outer cylindrical surface whose diameter is smaller than the diameter of the cavity to form an annular space between them, and the upstream end through which oil under pressure passes into this space, and the downstream end opposite the end is located upstream, a plurality of annular sealing sleeves stacked on top of each other inside the annular space, each sleeve in axial section having a corner part with a knife-shaped edge, slidingly contacting the cylindrical part, the first open space located downstream relative to the corner part with a knife-shaped edge and adjacent to the cylindrical part, and a second open space located next to the cylindrical wall, and means for passing through which two spaces va communicated, channel leaks through the first sealing element for each sleeve, wherein a channel for leaks connects the corresponding open space with the outer wall, and means for closing at least one of the channels.

2. The assembly according to claim 1, characterized in that each sealing sleeve further comprises an inwardly open groove located downstream of the first open space and an elastic ring disposed in the groove, the elastic ring being adapted to compress by freezing and expanding any water inside the open spaces, and means for the passage of the sealing sleeve.

3. The node according to claim 2, characterized in that each sealing sleeve further comprises a supporting surface located essentially parallel to the outer cylindrical surface and located downstream relative to the groove, and a sealing ring element that has a U-shape in radial section and has two shoulders, one of which is made to fit to the outer cylindrical surface, and the other is made to fit to the supporting surface of the inner part of the U-shaped in the direction enii first open space, wherein the annular sealing member has an outwardly projecting, integrally formed with it a flange disposed in a recess under the flange formed in the corresponding sealing liner for providing compression flange and gripping it between the respective sleeve and the next adjacent sleeve.

4. The node according to claim 1, characterized in that it contains three annular sealing sleeves.

5. The node according to claim 3, characterized in that it contains three annular sealing sleeves.

6. The node according to claim 1, characterized in that the annular space located between the cylindrical wall and the cylindrical surface is closed by an annular wall at the end located upstream, each sealing sleeve having an outer peripheral groove adjacent to the cylindrical wall of the first element, and an o-ring compressed inside the peripheral undercut.

7. The node according to claim 3, characterized in that the annular space located between the cylindrical wall and the cylindrical surface is closed by an annular wall at the end located upstream, each sealing sleeve having an outer peripheral groove adjacent to the cylindrical wall of the first element, and an annular seal compressed inside the peripheral undercut and a fixing means pressing the annular sealing sleeves against the annular wall.

8. The assembly according to claim 7, characterized in that the locking means includes at least one annular element located downstream relative to the annular sealing sleeves, and a locking spring ring located in the groove in the cylindrical wall immediately behind the annular element in the direction currents.

9. The assembly according to claim 1, characterized in that the rotating second element includes a sealing part defining an annular cavity that surrounds the rod and is closed at both ends, and a plurality of sealing sleeves compressed inside the annular cavity.

10. The node according to claim 3, characterized in that the rotating second element includes a sealing part defining an annular cavity that surrounds the rod at both ends, and a plurality of sealing sleeves compressed inside the annular cavity.

11. The assembly according to claim 6, characterized in that the rotating second element includes a sealing part defining an annular cavity that surrounds the rod and is closed at both ends, and a plurality of sealing sleeves compressed inside the annular cavity.

12. The node according to claim 7, characterized in that the rotating second element includes a sealing part defining an annular cavity that surrounds the rod and is closed at both ends, and a plurality of sealing sleeves compressed inside the annular cavity.

13. The node according to claim 9, characterized in that the sealing part is connected by a threaded connection to the cylindrical part of the second element.

14. The node according to claim 1, characterized in that it includes a fixed base part, to which the first element is attached, and the base part includes thrust and radial bearings, which serve as a support for the second element during its rotation.

15. The node according to claim 1, characterized in that it includes a drive means connected to the second element for transmitting torque, and a connection means that provides the ability to create support for the rod and rotate it using the second element.

16. The node according to p. 9, characterized in that it includes a fixed base part to which the first element is attached, and the base part includes thrust and radial bearings that support the second element during its rotation, drive means attached to the second element for transmitting torque moment, and means of connection, providing the possibility of creating support for the rod and its rotation using the second element.

17. A method of limiting oil leaks in a rotary borehole oil pump, in which the rod supports the rotor of the submersible pump and rotates it, characterized in that they use a unit comprising a stationary first element in which a through hole and a substantially cylindrical cavity located coaxially with the hole, and the cylindrical cavity is bounded by a cylindrical wall, and the first element has an outer wall, a rotating second element in which a through hole is made, and the rod extends through without the through hole of the second element and rotates with it, while the second element has a substantially cylindrical part that coaxially enters the cavity, and the cylindrical part is bounded by an outer cylindrical surface whose diameter is smaller than the diameter of the cavity to form an annular space between them, and the annular space has the upstream end through which oil under pressure enters this space, and the downstream end opposite the end is located In the upstream direction, a plurality of annular sealing sleeves stacked on top of each other are installed inside the annular space, each sleeve having an axial section with a knife-shaped edge angularly contacting the cylindrical part and a first open space located upstream with respect to the angular part and adjacent to the cylindrical part, a second open space located adjacent to the cylindrical wall, and means for passage through which two spaces are in communication two, for each sealing sleeve, a leak channel is provided through the first element, each leak channel connecting the corresponding open spaces to the outer wall, lubricant is injected under pressure through the leak channel of the farthest upstream sealing sleeve, and then close the leakage channel with a plug, leaving the leakage channel of the sealing sleeve located downstream of the farthest downstream sleeve, carry out the current control ol for open channel for leak detection and operate upon detection of oil spills off the pump and replacement of at least three sealing sleeves through which oil is leaked.

18. The method according to claim 17, characterized in that three sealing sleeves are installed, an upstream sleeve, a downstream sleeve and an intermediate sleeve, plug the leakage channel of the downstream sealing sleeve and leave only the leakage channel open intermediate sealing sleeve.

19. The method according to 17, characterized in that all the channels for leaks, which perform essentially the same, have near the outer wall sections with internal threads for installing the same threaded plugs, perform three identical sleeves, located upstream of the sleeve located downstream of the sleeve and the intermediate sleeve, close the leakage channel of the downstream sealing sleeve with a plug and leave only the leakage channel of the intermediate sealing sleeve open, monitoring a channel for the intermediate liner leaks for detecting oil leakage, operate upon detection of removal from the pipe stub leakage oil to leak located downstream of the sleeve and insert it into the passage intermediate the liner leaks and leave open the channel for leak located downstream of the sleeve.