Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в устьевой арматуре скважин, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками.The invention relates to the oil industry and can be used in wellhead fittings of wells operated by rod deep-well pumping units.
Известны сальники устьевые для скважин, эксплуатируемых штанговыми глубинно-насосными установками. Например, сальник устьевой СУС2А-73-31 ТУ3665-114-00135645-2001, имеющий сферическое соединение с устьевой арматурой, предназначенного для компенсации угловой несоосности оси скважины и сальникового штока, и два блока уплотнений. В данной конструкции отсутствует противовыбросовый клапан.Wellhead glands for wells operated by rod-type deep well pumping units are known. For example, a wellhead gland SUS2A-73-31 TU3665-114-00135645-2001, having a spherical connection with wellhead fittings, designed to compensate for the angular misalignment of the borehole axis and the stuffing box, and two seal blocks. There is no blowout valve in this design.
Противовыбросовый устьевой сальник по патенту RU 2299307 Cl, E21B 33/03 содержит сферическое соединение сальника с устьевой арматурой и противовыбросовый клапан, встроенный в сальник между уплотнительными элементами и содержащий пружину сжатия, подпружиненный шар и поворотно-рычажный механизм, контактирующий со штоком. Данное устройство принято за прототип заявляемого технического решения.The blowout wellhead seal according to the patent RU 2299307 Cl, E21B 33/03 contains a spherical joint of the stuffing box with wellhead fittings and a blowout valve integrated into the stuffing box between the sealing elements and containing a compression spring, a spring ball and a pivot-lever mechanism in contact with the rod. This device is taken as a prototype of the claimed technical solution.
Недостатками данного решения являются следующие.The disadvantages of this solution are as follows.
Наличие постоянно действующих поперечных сил со стороны сальникового штока на уплотнения и являющихся основной причиной интенсивного износа уплотнений сальника по всей длине в связи с тем, что сальник и сферическое соединение центрируют подвеску устьевого штока по оси скважины, имеющей отклонение от оси, проходящей через точку подвеса на головке балансира после монтажа станка-качалки, а также от действия динамических аксиальных перемещений колонны штанг в скважине и неточности изготовления и монтажа отдельных элементов станка-качалки.The presence of constantly acting transverse forces from the stuffing box side to the seals and which are the main reason for the intensive wear of the stuffing box seals along the entire length due to the fact that the stuffing box and the spherical joint center the wellhead suspension along the axis of the well, which deviates from the axis passing through the suspension point on the head of the balancer after the installation of the rocking machine, as well as from the action of dynamic axial movements of the rod string in the well and the inaccuracy of the manufacture and installation of individual elements of the rocking machine and.
Сферическое соединение сальника с устьевой арматурой, предназначенное для компенсации углового перемещения сальникового штока в пределах круговой координаты ±50 мм, неэффективно, т.к. возможное угловое перемещение сальникового штока под действием поперечной силы в верхней части сальника может составлять всего 0,1-0,2 мм в зависимости от нагрузки и величины отклонения точки подвеса сальникового штока от оси скважины, что нетрудно подтвердить расчетом.The spherical connection of the stuffing box with wellhead fittings, designed to compensate for the angular movement of the stuffing box within a circular coordinate of ± 50 mm, is ineffective, because the possible angular displacement of the stuffing box rod under the action of a transverse force in the upper part of the stuffing box can be as little as 0.1-0.2 mm, depending on the load and the deviation of the suspension point of the stuffing box from the axis of the well, which is easy to confirm by calculation.
Противовыбросовый клапан, встроенный между уплотнительными элементами, подвержен воздействию агрессивной среды скважинной жидкости, вызывающей его коррозию и засорение, поворотно-рычажный механизм контактирует с устьевым штоком посредством трения скольжения, вызывая нагрев и износ. Не гарантирована герметичность клапана при низком устьевом давлении.A blow-out valve built in between the sealing elements is exposed to the corrosive environment of the well fluid, causing it to become corroded and clogged; the swing arm contacts the wellhead via sliding friction, causing heat and wear. Valve tightness at low wellhead pressure is not guaranteed.
На чертеже показана конструктивная схема сальника устьевого аксиального противовыбросового. Сальник содержит переходник 1 с резьбой для соединения с устьевой арматурой, и фланцем с расточкой и уплотнением 2, фланец 3 с уплотнением 5 и крепежными элементами 4, замыкающий расточку, образуя круговую камеру, в которую помещена опора трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника 6 в виде фланца, с возможностью аксиального перемещения в камере по круговой координате вместе со штоком, что позволяет подвеске устьевого штока и сальнику располагаться по оси, проходящей через точку подвеса на головке балансира, и исключить поперечные силы в уплотнении, в т.ч. и от действия других источников. Для исключения задевания штока о внутреннюю поверхность устьевой арматуры зазор между внутренним диаметром расточки в переходнике и наружным диаметром фланца опоры S1 должен быть меньше зазора между штоком и внутренним диаметром переходника S2. В верхней части трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника 6 установлены уплотнительно-центрирующие блоки 7 и поджимная муфта 8. На верхнем торце поджимной муфты герметично закреплен противовыбросовый клапан, состоящий из корпуса 9 с расточкой и уплотнением 10, крышки 11 с уплотнением и крепежными элементами 12, замыкающей расточку, образующие замкнутую круговую камеру с эксцентричным отверстием для устьевого штока. В камеру помещен дисковый затвор 17 с уплотняющей поверхностью 18, эксцентрично расположенной осью и следяще-приводным механизмом 13, включающим:The drawing shows a structural diagram of the seal of the wellhead axial blowout. The gland contains an adapter 1 with a thread for connection with wellhead fittings, and a flange with a bore and a seal 2, a flange 3 with a seal 5 and fasteners 4, which closes the bore, forming a circular chamber in which the support of the tubular lip-seal block of the stuffing box 6 is placed in the form flange, with the possibility of axial movement in the chamber in a circular coordinate with the rod, which allows the suspension of the wellhead rod and the gland to be located along the axis passing through the suspension point on the head of the balancer, and to exclude transverse s ly in the seal, incl. and from the action of other sources. In order to exclude the rod from touching the inner surface of the wellhead, the gap between the inner diameter of the bore in the adapter and the outer diameter of the bearing flange S1 should be less than the gap between the rod and the inner diameter of adapter S2. In the upper part of the tubular cuff-sealing block of the stuffing box 6, sealing-centering blocks 7 and a compression sleeve 8 are installed. An anti-blowout valve consisting of a housing 9 with a bore and a seal 10, a cover 11 with a seal and fasteners 12 is tightly fixed on the upper end of the compression sleeve closing the bore, forming a closed circular chamber with an eccentric hole for the wellhead. A disk shutter 17 with a sealing surface 18, an eccentric axis and a follow-drive mechanism 13, including:
- рычаг 15, закрепленный на оси, с роликом из неметаллического материала 16, контактирующим со штоком, и пружину кручения 14, подвижный конец которой закреплен на рычаге и передает усилие, необходимое для перемещения затвора, с возможностью его регулирования. При наличии штока в сальнике затвор находится в позиции ожидания, не касаясь штока. Ролик при этом контактирует со штоком с усилием, развиваемым пружиной кручения. После аварийного выхода штока из сальника рычаг под действием пружины поворачивает затвор, герметично перекрывая открывшееся отверстие, независимо от величины устьевого давления. Внутренняя полость клапана служит емкостью для масла, которое обеспечивает смазку штока, защиту от коррозии клапана, снижение трения и усилия срабатывания клапана.- a lever 15, mounted on an axis, with a roller of non-metallic material 16 in contact with the rod, and a torsion spring 14, the movable end of which is fixed to the lever and transfers the force necessary to move the shutter, with the possibility of its regulation. If there is a stem in the gland, the valve is in the standby position without touching the stem. In this case, the roller contacts the rod with the force developed by the torsion spring. After the emergency exit of the stem from the gland, the lever, under the action of the spring, rotates the shutter, hermetically blocking the opening, regardless of the wellhead pressure. The internal cavity of the valve serves as a reservoir for oil, which provides lubrication to the stem, protection against valve corrosion, reduced friction and valve actuation forces.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности уплотнений сальника за счет разгрузки их от поперечных сил со стороны сальникового штока и обеспечения соосности точки подвеса, сальника и устьевого штока по всей длине контакта с одновременным агрегатированием с дисковым противовыбросовым клапаном, не контактирующим с продукцией скважины и работающим в защитной смазке, одновременно смазывающей устьевой шток, доступный для осмотра и регулировки натяжения пружины, имеющий минимальное усилие контакта с устьевым штоком посредством ролика из неметаллического материала, что повышает его эксплуатационные качества, надежность и долговечность.The technical result of the invention is to increase the reliability and durability of the stuffing box seals by unloading them from shear forces from the stuffing box side and ensuring the alignment of the suspension point, stuffing box and wellhead stock along the entire length of the contact with simultaneous aggregation with a blow-off valve that is not in contact with the well products and works in protective grease, simultaneously lubricating the wellhead shaft, available for inspection and adjustment of the spring tension, having a minimum contact force wellhead rod through the roller of the non-metallic material, which improves its performance, reliability and durability.
Технический результат достигается тем, что сальник устьевой аксиальный противовыбросовый, включающий трубчатый переходник с резьбой для соединения с устьевой арматурой с одной стороны и фланцем с расточкой и уплотнением с другой, верхний фланец с уплотнением, отверстием и крепежными элементами, трубчатый манжетно-уплотнительный блок сальника, с отверстием под устьевой шток, как минимум с двумя секциями манжет и упорно центрирующих втулок, дисковый противовыбросовый клапан для предотвращения выброса нефти из скважины при аварийном выходе сальникового штока из сальника, зафиксированного в позиции ожидания следяще-рычажным механизмом, взаимодействующим с устьевым штоком, причем соединительный узел сальника с устьевой арматурой включает опору трубчатого манжетно-уплотнительного блока сальника в виде фланца, помещенного в плоскую горизонтальную цилиндрическую камеру, образованную между фланцами переходника и верхним фланцем с уплотнениями и крепежными элементами, с минимальным зазором между торцевыми поверхностями фланцев, обеспечивающим аксиальное перемещение сальника вместе со штоком, их соосное расположение по оси, проходящей через точку подвеса штока на головке балансира, и исключающим поперечные силы со стороны сальникового штока на уплотнения, а дисковый противовыбросовый клапан установлен на внешней торцевой поверхности нажимной муфты, включает корпус и крышку с расточкой и эксцентричным отверстием для штока, образующие замкнутую плоскую цилиндрическую камеру, заполненную маслом, с дисковым затвором, имеющим уплотнительную поверхность для герметичного перекрытия отверстия при выходе штока из сальника, управляемым посредством эксцентрично расположенной оси и следяще-приводного механизма, состоящего из рычага, закрепленного на оси, с роликом из неметаллического материала, контактирующим со штоком, и пружины кручения, создающей усилие на рычаге, с возможностью его регулирования.The technical result is achieved by the fact that the wellhead axial blowout seal, including a pipe adapter with a thread for connecting with wellhead fittings on one side and a flange with a bore and a seal on the other, an upper flange with a seal, a hole and fasteners, a tubular lip seal with a hole for the wellhead rod, with at least two sections of cuffs and stubbornly centering sleeves, a blowout disc valve to prevent the release of oil from the well during an emergency o the stuffing box of the stuffing box, fixed in the standby position by the follower-lever mechanism, interacting with the wellhead stock, and the connecting unit of the stuffing box with wellhead fittings includes the support of the tubular lip-packing block of the stuffing box in the form of a flange placed in a flat horizontal cylindrical chamber formed between the adapter flanges and top flange with seals and fasteners, with a minimum clearance between the end surfaces of the flanges, providing axial movement of the gland together with the stem, their coaxial arrangement along the axis passing through the point of suspension of the stem on the head of the balancer, and eliminating the transverse forces from the side of the gland stem on the seals, and the butterfly anti-blowout valve is installed on the outer end surface of the pressure sleeve, includes a housing and a cover with a bore and an eccentric bore for the rod, forming a closed flat cylindrical chamber filled with oil, with a butterfly valve having a sealing surface for sealing the bore at the exit stem from omentum, controlled by an eccentrically disposed axis-servo-drive mechanism consisting of a lever mounted on the axis of the roller of the non-metallic material in contact with the rod, and the torsion spring exerts a force on the lever, with the possibility of regulation.
