RU2607935C2 - Self-packing package for asymmetric chevron collars - Google Patents
Self-packing package for asymmetric chevron collars Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607935C2 RU2607935C2 RU2014107443A RU2014107443A RU2607935C2 RU 2607935 C2 RU2607935 C2 RU 2607935C2 RU 2014107443 A RU2014107443 A RU 2014107443A RU 2014107443 A RU2014107443 A RU 2014107443A RU 2607935 C2 RU2607935 C2 RU 2607935C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuffs
- self
- asymmetric
- package
- polished rod
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Details Of Garments (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение «Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет» относится к уплотнительной технике и может быть использовано для уплотнения движущихся с большой осевой скоростью (от 0,3 до 3 м/с) длинных (свыше 2000 мм) полированных штоков, в частности, для установки в устьевые сальники при добыче нефти с помощью штанговых глубинных насосов (ШГН).The invention "Self-sealing package of asymmetric chevron cuffs" relates to a sealing technique and can be used to seal long (over 2000 mm) polished rods moving with high axial speed (from 0.3 to 3 m / s), in particular for installation in wellhead oil seals with oil using sucker rod pumps (SHG).
Одной из главных причин остановки непрерывного процесса добычи нефти с помощью штанговых глубинных насосов является преждевременный выход из строя сменных уплотнений из-за повышенной силы трения в зоне контакта уплотнений с поверхностью полированного штока и потеря герметичности устьевого сальника, приводящая к разливам нефти на устье скважины и загрязнению окружающей среды. Повышенная сила трения возникает из-за неконтролируемого усилия сжатия пакета уплотнений в осевом направлении, в результате работа силы трения преобразуется в тепло, температура в зоне контакта уплотняющих кромок манжет с поверхностью штока повышается, что приводит к перегреву уплотнений и преждевременному выходу из строя, особенно в период «сухого трения» при отсутствии жидкости в устьевом сальнике.One of the main reasons for stopping the continuous process of oil production using sucker rod pumps is the premature failure of replaceable seals due to increased friction in the contact zone of the seals with the surface of the polished rod and loss of tightness of the wellhead seal, which leads to oil spills at the wellhead and contamination the environment. The increased friction force occurs due to the uncontrolled compression force of the seal pack in the axial direction, as a result, the work of the friction force is converted to heat, the temperature in the contact zone of the sealing lips of the cuffs with the stem surface rises, which leads to overheating of the seals and premature failure, especially in the period of "dry friction" in the absence of fluid in the wellhead seal.
Известно резино-тканевое шевронное многорядное уплотнение, применяемое для установки в устьевые сальники, состоящее из шевронных манжет, опорного и нажимного колец по ГОСТ 22704-77, выбранное в качестве прототипа.Known rubber-fabric chevron multi-row seal used for installation in wellhead glands, consisting of chevron cuffs, support and pressure rings according to GOST 22704-77, selected as a prototype.
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения герметичности в области контакта уплотняющих кромок манжет с поверхностью полированного штока без осевого сжатия, поэтому многорядные уплотнения по ГОСТ 22704-77 эффективно уплотняют полированный шток только при осевом сжатии уплотнений с большим неконтролируемым усилием F (Фиг.1), способствующим росту величины силы трения в сальниковом узле, преждевременному выходу из строя уплотнений, преждевременному износу поверхности дорогостоящего полированного штока, повышенному расходу электроэнергии при работе станка-качалки. Нажимную гайку устьевого сальника (см. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. «Монтаж, обслуживание, ремонт нефтепромыслового оборудования». М.: «Недра», 1985 г., с.42-45) операторы добычи нефти затягивают с помощью воротка с крутящим моментом М=20÷30 кг⋅м, в этом случае усилие F=М/t€, где € - угол подъема витков резьбы, для резьбы М76х3, применяемой в устьевых сальниках в нажимной гайке угол подъема витков равен 2°15'', t€=0,03947, усилие F=30/0,03947=760 кг, шевронные манжеты такой силой раздавливаются, прижимаясь к поверхности штока, и создают высокую силу трения. К недостаткам конструкции манжеты относится симметричность внутреннего и наружного плеча манжеты в сечении Фиг.1, так как при осевом сжатии пакета шевронных манжет по ГОСТ 22704-77 происходит смыкание поверхностей внутренних и наружных плеч соседних манжет, чем ограничивается дальнейшее поджатие внутренних плеч манжет к штоку, то есть поджатие является одноразовым.The disadvantage of this device is the inability to ensure tightness in the contact area of the sealing lips of the cuffs with the surface of the polished rod without axial compression, therefore, multi-row seals according to GOST 22704-77 effectively seal the polished rod only with axial compression of the seals with a large uncontrolled force F (Figure 1), contributing to an increase in the friction force in the stuffing box assembly, premature failure of seals, premature wear of the surface of an expensive polished rod, increased power consumption during the operation of the rocking machine. The pressure nut of the wellhead stuffing box (see Bukhalenko EI, Abdullaev Yu.G. “Installation, maintenance, repair of oilfield equipment.” M .: “Nedra”, 1985, p. 42-45) oil production operators delay using a screwdriver with a torque M = 20 ÷ 30 kg⋅m, in this case, the force F = M / t €, where € is the angle of the thread turns, for the M76x3 thread used in wellhead seals in the pressure nut, the angle of the coil turns is 2 ° 15 '', t € = 0,03947, force F = 30 / 0,03947 = 760 kg, chevron cuffs are crushed with such force, pressing against the surface of the stem, and create a high friction force. The cuff design drawbacks include the symmetry of the inner and outer cuff shoulders in the cross-section of Figure 1, since axial compression of a pack of chevron cuffs according to GOST 22704-77 results in the closure of the surfaces of the inner and outer shoulders of adjacent cuffs, which limits further compression of the inner shoulders of the cuffs to the rod, that is, the preload is one-time.
Изобретение направлено на обеспечение герметичности в области контакта уплотняющих кромок шевронных манжет с поверхностью полированного штока в сочетании с минимальной силой трения за счет самоуплотняющего эффекта взаимодействующих между собой асимметричных шевронных манжет.The invention is aimed at ensuring tightness in the contact area of the sealing edges of the chevron cuffs with the surface of the polished rod in combination with the minimum friction force due to the self-sealing effect of asymmetric chevron cuffs interacting with each other.
Технический результат достигается тем, что контактирующие между собой нижняя и верхняя манжеты имеют разные углы наклона поверхностей, которые воздействуют друг на друга в осевом направлении и плечи манжеты (внутреннее и наружное) асимметричны.The technical result is achieved by the fact that the lower and upper cuffs in contact have different angles of inclination of the surfaces, which act on each other in the axial direction and the cuff shoulders (internal and external) are asymmetric.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг.1 - сечение многорядного шевронного уплотнения по ГОСТ 22704-77.Figure 1 - cross section of a multi-row chevron seal according to GOST 22704-77.
Фиг.2 - сечение самоуплотняющегося пакета асимметричных шевронных манжет.Figure 2 is a cross section of a self-sealing package of asymmetric chevron cuffs.
Самоуплотняющийся пакет асимметричных шевронных манжет устанавливается с натягом в корпус (поз.1) Фиг.2, опирается на опорную втулку (поз.3) и состоит минимум из двух манжет (на Фиг.2 показан пакет из трех манжет), сверху пакета имеется нажимная втулка (поз.4). Максимальное количество манжет не ограничено, но для рабочей камеры устьевого сальника достаточно восьми манжет, это заключение было получено опытным путем в результате опытно-промышленных испытаний на нефтяных скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами на предприятиях: ОАО «Лукойл», ОАО «Роснефть», ОАО «Татнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ООО «Русснефть».A self-sealing package of asymmetric chevron cuffs is fitted with an interference fit into the housing (item 1) of Figure 2, is supported by a support sleeve (item 3) and consists of at least two cuffs (Figure 2 shows a package of three cuffs), on top of the package there is a push sleeve (item 4). The maximum number of cuffs is not limited, but eight cuffs are enough for the working chamber of the wellhead stuffing box, this conclusion was obtained experimentally as a result of pilot industrial tests in oil wells equipped with sucker rod pumps at the enterprises: OAO Lukoil, OAO Rosneft, OAO Tatneft, OJSC Surgutneftegas, LLC Russneft.
Асимметричные манжеты имеют следующие параметры:Asymmetric cuffs have the following parameters:
1. Угол плоскости внутреннего плеча нижней манжеты β меньше угла плоскости внутреннего плеча верхней манжеты α, поэтому при воздействии нижней манжеты на верхнюю в точке К Фиг.2 происходит поджатие уплотняющей кромки внутреннего плеча верхней манжеты к поверхности штока (поз.2). В частности, для этого типоразмера асимметричных шевронных манжет оптимальным соотношением является: α=55°, β=45°.1. The angle of the plane of the inner shoulder of the lower cuff β is smaller than the angle of the plane of the inner shoulder of the upper cuff α, therefore, when the lower cuff acts on the upper cuff at point K of FIG. 2, the sealing edge of the inner shoulder of the upper cuff is pressed against the surface of the stem (pos. 2). In particular, for this size of asymmetric chevron cuffs, the optimal ratio is: α = 55 °, β = 45 °.
2. Угол плоскости наружного плеча манжеты в верхней части γ=65°, поэтому при сжатии пакета наружные плечи манжеты не соприкасаются и ничто не препятствует воздействию нижней манжеты на верхнюю в точке К в течение длительного времени работы пакета.2. The plane angle of the outer cuff shoulder in the upper part is γ = 65 °; therefore, when the bag is compressed, the outer cuff shoulders do not touch and nothing prevents the lower cuff from affecting the upper cuff at point K for a long time the package is in operation.
Самоуплотняющий эффект возникает в пакете асимметричных шевронных манжет следующим образом.The self-sealing effect occurs in the package of asymmetric chevron cuffs as follows.
При незначительном поджатии пакета (Фиг.2) усилием F min=2÷3 кг нажимной гайки (не показана) от усилия руки (без использования воротков) нижняя манжета, опираясь своими плечами на опорную втулку (поз.3,) поджимается к поверхности штока (поз.2), в зоне контакта Т возникает сила трения, увлекающая при движении штока нижнюю манжету, которая воздействует в точке К на внутреннее плечо верхней манжеты, мгновенно сдвигает все верхние манжеты и каждая верхняя манжета, воздействуя на точку К, поджимает уплотняющую кромку следующей верхней манжеты к поверхности штока. Назначение верхней нажимной втулки (поз.4) - ограничить перемещение пакета манжет вслед за движущимся штоком.With a slight preload of the package (Figure 2) with a force F min = 2 ÷ 3 kg of a compression nut (not shown) from the effort of the hand (without using the handles), the lower cuff, leaning with its shoulders on the support sleeve (
Так как герметичность в области контакта уплотняющих кромок внутреннего плеча асимметричных шевронных манжет с поверхностью штока наступает без необходимости осевого сжатия пакета манжет с большой силой, а только за счет силы трения материала манжеты о поверхность полированного штока, то в данном случае сила трения минимальна и определяется коэффициентом трения, в частности коэффициентом трения полиуретана по полированной стали, являющимся одним из самых низких среди материалов, применяемых для изготовления шевронных манжет. Опытно-промышленные испытания на протяжении 150 суток показали, что герметичность при давлении скважинной жидкости 1÷2 МПа обеспечивается при свободно вращающейся (не зажатой) нажимной гайке устьевого сальника только за счет самоуплотнения пакета асимметричных шевронных манжет. Нагревания поверхности штока не наблюдается даже при сухом трении (при отсутствии скважинной жидкости на устье скважины), что свидетельствует о минимальной силе трения в области контакта уплотнительных кромок манжет с поверхностью штока.Since the tightness in the contact area of the sealing edges of the inner shoulder of the asymmetric chevron cuffs with the stem surface occurs without the need for axial compression of the cuff pack with great force, but only due to the friction force of the cuff material on the surface of the polished stem, in this case the friction force is minimal and is determined by the coefficient friction, in particular the coefficient of friction of polyurethane on polished steel, which is one of the lowest among the materials used for the manufacture of chevron cuffs. Pilot tests over 150 days showed that tightness at a well fluid pressure of 1 ÷ 2 MPa is ensured with a freely rotating (not clamped) compression nut of the wellhead seal only due to self-sealing of a package of asymmetric chevron cuffs. Heating of the rod surface is not observed even with dry friction (in the absence of the borehole fluid at the wellhead), which indicates a minimum friction force in the contact area of the sealing lips of the cuffs with the rod surface.
Между наружными плечами нижней и верхней манжеты за счет разности углов образуются кольцевые полости А, заполняемые при сборке пакета жидкой смазкой, которая служит для смазывания поверхностей манжет для лучшего скольжения по контактирующим поверхностям.Due to the difference in angles, annular cavities A are formed between the outer shoulders of the lower and upper cuffs, which are filled with liquid lubricant during assembly of the package, which serves to lubricate the surfaces of the cuffs for better sliding on the contacting surfaces.
Источники информацииInformation sources
1. ГОСТ 22704-77.1. GOST 22704-77.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014107443A RU2607935C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Self-packing package for asymmetric chevron collars |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014107443A RU2607935C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Self-packing package for asymmetric chevron collars |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014107443A RU2014107443A (en) | 2015-09-10 |
RU2607935C2 true RU2607935C2 (en) | 2017-01-11 |
Family
ID=54073149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014107443A RU2607935C2 (en) | 2014-02-26 | 2014-02-26 | Self-packing package for asymmetric chevron collars |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2607935C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208929U1 (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-24 | Марат Минсалимович Минзарипов | WELL SEAL |
RU211811U1 (en) * | 2022-03-18 | 2022-06-23 | Марат Минсалимович Минзарипов | PACKAGE OF SELF-WASHING CUFFS |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3467394A (en) * | 1965-10-15 | 1969-09-16 | Grove Valve & Regulator Co | Packing means |
RU2050023C1 (en) * | 1993-02-09 | 1995-12-10 | Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Sealing assembly |
RU2125307C1 (en) * | 1997-07-01 | 1999-01-20 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Multilayer cylindrical seal |
RU2127458C1 (en) * | 1997-07-01 | 1999-03-10 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Sealing ring |
RU143203U1 (en) * | 2014-03-25 | 2014-07-20 | Рустам Рафаэльевич Саиткулов | DEVICE FOR TESTING A PUMP AND COMPRESSOR PIPE COLUMN |
-
2014
- 2014-02-26 RU RU2014107443A patent/RU2607935C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3467394A (en) * | 1965-10-15 | 1969-09-16 | Grove Valve & Regulator Co | Packing means |
RU2050023C1 (en) * | 1993-02-09 | 1995-12-10 | Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Sealing assembly |
RU2125307C1 (en) * | 1997-07-01 | 1999-01-20 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Multilayer cylindrical seal |
RU2127458C1 (en) * | 1997-07-01 | 1999-03-10 | Государственное предприятие Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина | Sealing ring |
RU143203U1 (en) * | 2014-03-25 | 2014-07-20 | Рустам Рафаэльевич Саиткулов | DEVICE FOR TESTING A PUMP AND COMPRESSOR PIPE COLUMN |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208929U1 (en) * | 2021-10-08 | 2022-01-24 | Марат Минсалимович Минзарипов | WELL SEAL |
RU211811U1 (en) * | 2022-03-18 | 2022-06-23 | Марат Минсалимович Минзарипов | PACKAGE OF SELF-WASHING CUFFS |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014107443A (en) | 2015-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9845801B1 (en) | Header ring for reciprocating pump | |
US9239114B2 (en) | Compressable sealing ring assembly | |
RU2607935C2 (en) | Self-packing package for asymmetric chevron collars | |
CN202392110U (en) | Shaft sealing device of horizontal scraper centrifuge | |
RU2651672C1 (en) | Dubbing shaft axis in the jointing section of electric submersible pump | |
RU149441U1 (en) | CUFF BIG RESOURCE RESOURCES | |
CN203214880U (en) | Embedded combined sealing device | |
ITMI20140164U1 (en) | ROTATING JOINT FOR HIGH PRESSURE FLUID | |
CN103899871A (en) | Anti-explosion and high-pressure-resisting rotation compensator | |
CN106949086A (en) | A kind of combined mechanical sealing device | |
CN105937381A (en) | Supporting, sealing and lubricating structure of follow-up type well mouth sealer | |
RU2362077C1 (en) | Self-packing stuffing box | |
CN202418878U (en) | High temperature-resistant and ultrahigh pressure-resistant valve rod metal dynamic sealing structure | |
CN204386540U (en) | The servo-actuated dynamic sealing device of a kind of Novel wellhead | |
RU108534U1 (en) | MECHANICAL SEAL OF PARTS WITH EXTERNAL CYLINDER SURFACE | |
CN203823116U (en) | Ceramic ball valve with high corrosion resistance and erosive wear resistance | |
RU211811U1 (en) | PACKAGE OF SELF-WASHING CUFFS | |
RU2460902C1 (en) | Downhole rod pump | |
RU191456U1 (en) | Mechanical seal for the plunger of a borehole sucker rod pump | |
CN103968101A (en) | Ceramic ball valve high in corrosion resistance and erosive abrasion resistance | |
CN105985538A (en) | High temperature-resistant sealing ring | |
EP3183415B1 (en) | Pivot joint | |
RU161916U1 (en) | DELIVERY OF THE SEAL OIL SEAL | |
CN203880183U (en) | Packing gland for plunger type valve | |
CN204061859U (en) | Piston structure of steam hammer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170227 |