устьевой сальник

Формула изобретения

1. Устьевой сальник, содержащий основной корпус, корпус верхнего сальника с крышкой, корпус нижнего сальника, регулировочный узел, размещенный в полости, образованной основным корпусом, корпусом нижнего сальника и накидной гайкой, регулировочный узел содержит ступенчатый кольцевой поршень, взаимодействующие между собой с возможностью поворота относительно друг друга корпус нижнего сальника и ступенчатый кольцевой поршень, внутренние и наружные цилиндрические поверхности которых выполнены с равным эксцентриситетом, внутренние полости между основным корпусом, ступенчатым кольцевым поршнем и накидной гайкой, между которыми предусмотрен зазор, заполнены жидкостью, а крышка верхнего сальника имеет полость, выполненную с возможностью заполнения смазкой до начала эксплуатации и в ее процессе.

2. Устьевой сальник по п.1, отличающийся тем, что величина зазора составляет 0,05-0,1 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и предназначено для эксплуатации в комплекте устьевого оборудования штанговых глубиннонасосных скважин, а также для исключения утечек нефти между штоком и уплотнением.

Одной из причин остановки непрерывного технологического процесса добычи нефти является преждевременный выход из строя сальниковых уплотнительных элементов штанговых насосов, поэтому повышение эксплуатационной надежности устройств для уплотнения устьевого штока актуально.

Известен устьевой сальник (Паспорт на сальник устьевой СУ 32-73 ПС, ОАО "Очерский машиностроительный завод", 2000 г.), в конструкции которого предусмотрен компенсатор отклонения от оси уплотнительных элементов и оси штока. Устьевой сальник состоит из корпуса, с которым посредством накидной гайки соединена с возможностью перемещения в вертикальном направлении самоустанавливающаяся шаровая головка. Шарнирное соединение обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью ствола скважины. Шаровая головка в корпусе удерживается крышкой.

Недостатком этого устьевого сальника является то, что в процессе работы штангового насоса отклонение от оси уплотнительных элементов и оси штанги изменяется, поперечные колебания штанги вызывают неравномерно распределенные динамические нагрузки на уплотнительные элементы, что приводит к преждевременному износу уплотнительных элементов штанги и сферической опоры, а также в конструкции отсутствует возможность смазки верхнего сальника, что при работе в составе арматуры на скважинах с высоким газовым фактором приводит к быстрому износу верхнего сальника, снижая таким образом надежность устройства.

Известен устьевой сальник для штанговых насосных скважин (по патенту RU 2105129), выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус из свинчиваемых нижней и верхней секций, сальниковые уплотнительные элементы из плоских кольцевых манжет и манжетодержатель.

Недостатком этого устьевого сальника является то, что при отклонении уплотняемого штока от вертикального положения радиальная нагрузка со стороны штока на уплотнительные элементы оказывается распределенной неравномерно, происходит интенсивный износ уплотнительных элементов, что снижает долговечность, следовательно, и надежность работы устьевого сальника. В данной конструкции устьевого сальника отсутствует возможность смазки верхнего сальника, что при работе в составе арматуры на скважинах с высоким газовым фактором приводит к быстрому износу верхнего сальника.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности устьевого сальника, выражающееся в увеличении срока его эксплуатации до первого ремонта.

Технический результат достигается тем, что в устьевом сальнике, содержащем основной корпус, корпус верхнего сальника с крышкой, корпус нижнего сальника, регулировочный узел, размещенный в полости, образованной основным корпусом, корпусом нижнего сальника и накидной гайкой, регулировочный узел содержит ступенчатый кольцевой поршень, взаимодействующие между собой с возможностью поворота относительно друг друга корпус нижнего сальника и ступенчатый кольцевой поршень, внутренние и наружные цилиндрические поверхности которых выполнены с равным эксцентриситетом, внутренние полости между основным корпусом, ступенчатым кольцевым поршнем и накидной гайкой, между которыми предусмотрен зазор величиной 0,05-0,1 мм, заполнены жидкостью, а крышка верхнего сальника имеет полость, выполненную с возможностью заполнения смазкой до начала эксплуатации и в ее процессе.

На чертеже приведена схема устьевого сальника для штанговых насосных скважин.

Устьевой сальник содержит основной корпус 1, корпус верхнего сальника 2 с крышкой 3, корпус нижнего сальника 4, который взаимодействует с регулировочным узлом, размещенным в полости, образованной основным корпусом 1, корпусом нижнего сальника 4 и накидной гайкой 5. Регулировочный узел содержит ступенчатый кольцевой поршень 6 и образован взаимодействующими между собой с возможностью поворота относительно друг друга корпусом нижнего сальника 4 и ступенчатым кольцевым поршнем 6, внутренние и наружные цилиндрические поверхности которых выполнены с равным эксцентриситетом (на опытном образце 5 мм). Внутренние полости между основным корпусом 1, ступенчатым кольцевым поршнем 6 и накидной гайкой 5, между которыми предусмотрена кольцевая полость 7 с зазором (на опытном образце 0,05...0,1 мм), заполнены жидкостью. Крышка верхнего сальника 3 имеет полость 8, заполненную смазкой.

Устьевой сальник работает следующим образом. В процессе эксплуатации скважины, оснащенной штанговым насосом, устьевой арматурой и станком качалкой, могут возникнуть как температурные, деформации, так и сезонные подвижки грунта и др. факторы, при этом появляется необходимость компенсировать возникшие перемещения для исключения неравномерного износа манжеты 10 верхнего сальника устьевого сальника и продлить ее срок службы. При этом компенсационное перемещение обеспечивается следующим образом: корпус нижнего сальника 4 и ступенчатый кольцевой поршень 6, имеющие гладкие цилиндрические поверхности с равным эксцентриситетом (в опытном образце 5 мм), одновременно проворачиваются относительно друг друга под воздействием поперечной силы, чем и достигается необходимая величина регулирования (в опытном образце ±10 мм). В процессе работы штангового насоса штанга 11 совершает поступательные движения в осевом направлении. Сила, циклично возникающая от трения, в процессе взаимодействия манжеты 10 верхнего сальника и штанги 11 передается деталям регулировочного узла - корпус 1, ступенчатый поршень 6, корпус нижнего сальника 4, накидная гайка 5 и гайка 12. С целью снижения торцевого трения деталей регулировочного узла, а именно корпуса 1, ступенчатого поршня 6, корпуса нижнего сальника 4 и накидной гайки 5, в процессе работы штангового насоса кольцевая полость 7 заполняется жидкостью, а также для плавности движения кольцевого ступенчатого поршня 6 и корпуса нижнего сальника 4 в пределах кольцевых' полостей, образованных корпусом 1, накидной гайкой 5 и корпусом нижнего сальника 4 и гайкой 12 (в опытном образце 3 мм). В момент перетекания жидкости в пределах кольцевых полостей 7 и происходит компенсационное перемещение (в опытном образце ±10 мм). Движение жидкости за пределами кольцевой полости 7 ограничено воротниковыми манжетами 13, 14, 15.

До начала, а также в процессе эксплуатации полость 8 заполняется смазкой (масло И-40). При возвратно-поступательном движении насосной штанги 11 ее поверхность, взаимодействующая с манжетой 10 верхнего сальника, покрывается смазкой, что исключает сухое трение, обеспечивает надежное смазывания штанги 11 на выходе из корпуса верхнего сальника 2.

Манжета верхнего сальника 10 имеет винтовой разрез по всей радиальной поверхности с шагом 11 мм, при снятии крышки 3 и втулки 16 достаточно поддеть отверткой конец изношенной манжеты верхнего сальника 10, вынуть ее и заменить на новую.

Таким образом, предлагаемая конструкция устьевого сальника для уплотнения устьевого штока позволяет исключить неравномерность распределения радиальной нагрузки на уплотнительные элементы устьевого сальника и уменьшить динамические нагрузки на элементы конструкции, что обеспечивает повышение надежности, увеличивает межремонтный цикл и дает положительный экономический эффект. Испытания устьевого сальника показали надежную герметизацию его при давлениях до 14 МПа. Длительность работы уплотнения без замены манжет составила 4000 часов. Замена манжеты производится в течение 15 минут без остановки оборудования.

Источники информации

1. А.с. №2105129, RU, МПК Е 21 В 33/03. Устьевой сальник для штанговых насосных скважин/ В.Т.Кушин (RU). Опубл.20.02.1998 г.

2. Паспорт на сальник устьевой СУ 32-73 ПС, ОАО «Очерский машиностроительный завод», 2000 г.