противовыбросовый устьевой сальник

Формула изобретения

Противовыбросовый устьевой сальник, содержащий переходник под насосно-компрессорную трубу с отверстием под сальниковый шток и сферической головкой, образующей шаровый шарнир, размещенный внутри цилиндрической корпусной втулки и содержащий два опорных сферических кольца, сферические поверхности которых контактируют с соответствующей поверхностью сферической головки, а наружная поверхность опорного кольца контактирует с внутренней поверхностью корпусной втулки с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, трубчатый манжетно-уплотнительный блок с отверстием под сальниковый шток и фланцем, установленный на корпусную втулку и содержащий, по меньшей мере, два сальниковых уплотнения, противовыбросовый клапан с подпружиненным запирающим элементом для предотвращения нефтяного выброса из скважины при обрыве сальникового штока, зафиксированным в исходном положении посредством рычажно- поворотного механизма, взаимодействующим с сальниковым штоком, отличающийся тем, что противовыбросовый устьевой сальник снабжен нижними поджимными кольцами, установленными сверху и снизу на сферическую головку, опорные сферические кольца подпружинены относительно внутренних торцевых поверхностей шарового шарнира, одной из которых является фланцевая поверхность трубчатого манжетно-уплотнительного блока, а другой - нижнее поджимное кольцо, на сферических поверхностях опорных колец выполнены канавки, в которые установлены фторопластовые уплотнительные кольца, на наружной поверхности опорных колец выполнены канавки, в которые установлены резиновые уплотнительные кольца, запирающий элемент выполнен в виде шарика, ось поворотно-рычажного механизма выполнена параллельной оси сальникового штока, а противовыбросовый клапан установлен между сальниковыми уплотнениями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в комплектах арматуры устья скважин для добычи нефти.

Известен (напр. Бухаленко Е.И., Бухаленко В.Е. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. - М.: Недра, 1991, с.26-27) сальник устьевой типа СУС с пространственным шаровым шарниром, обеспечивающим самоустановку головки сальника при угловой несоосности осей скважины и сальникового штока.

Однако в этой конструкции не предусмотрены меры на случай аварийного выхода сальникового штока из устьевого сальника.

Прототипом заявляемого технического решения является устьевая арматура для насосной установки с сальниковым штоком (патент США №4907650, 1990), в которой для обеспечения экстренной герметизации канала арматуры в случае поломки сальникового штока имеется шаровый шарнирный элемент, шаровый направляющий блок и подпружиненный откидной клапан, установленный на шарнирный палец и взаимодействующий с боковым цилиндром и поршнем, реагирующим на перепады скважинного давления.

Цилиндр и перемещающийся в нем поршень требуют высокой точности изготовления, а контактирование цилиндрической полости регулятора откидного клапана с добываемым из скважины продуктом, состоящим из воды, нефти, частиц грунта, солей, парафина и других веществ может привести к засорению полости и снижению работоспособности арматуры.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устьевого оборудования в части обеспечения несоосностей осей скважины и сальникового штока с одновременным агрегатированием с работоспособным противовыбросовым оборудованием.

Технический результат достигается тем, что противовыбросовый устьевой сальник, содержащий переходник под насосно-компрессорную трубу с отверстием под сальниковый шток и сферической головкой, образующей шаровый шарнир, размещенный внутри цилиндрической корпусной втулки и содержащий два опорных сферических кольца, сферические поверхности которых контактируют с соответствующей поверхностью сферической головки, а наружная поверхность опорного кольца контактирует с внутренней поверхностью корпусной втулки с возможностью осевого перемещения, и уплотнения, трубчатый манжетно-уплотнительный блок с отверстием под сальниковый шток и фланцем, установленный на корпусную втулку и содержащий по меньшей мере два сальниковых уплотнения, противовыбросовый клапан с подпружиненным запирающим элементом для предотвращения нефтяного выброса из скважины при обрыве сальникового штока, зафиксированным в исходном положении посредством рычажно-поворотного механизма, взаимодействующим с сальниковым штоком, причем противовыбросовый устьевой сальник снабжен нижними поджимными кольцами, установленными сверху и снизу на сферическую головку, опорные сферические кольца подпружинены относительно внутренних торцевых поверхностей шарового шарнира, одной из которых является фланцевая поверхность трубчатого манжетно-уплотнительного блока, а другой - нижнее поджимное кольцо, на сферических поверхностях опорных колец выполнены канавки, в которые установлены фторопластовые уплотнительные кольца, на наружной поверхности опорных колец выполнены канавки, в которые установлены резиновые уплотнительные кольца, запирающий элемента выполнен в виде шарика, ось рычажно-поворотного механизма выполнена параллельной оси сальникового штока, а противовыбросовый клапан установлен между сальниковыми уплотнениями.

На фиг.1. показана конструктивная схема сальника, на фиг.2 - конструктивное исполнение шарового шарнира, на фиг.3 - конструктивное исполнение противовыбросового шарикового клапана.

Сальник содержит переходник 1 со сферической головкой 2 и отверстием под сальниковый шток, трубчатый корпус 3 с двумя сальниковыми манжетными уплотнениями, нижним 4 и верхним 5, и фланцем 6. С нижней стороны в уплотнении 5 имеется фаска, само уплотнение является сборным и содержит манжеты и втулку из твердых пород дерева.

В средней части корпуса между сальниковыми уплотнениями имеется отверстие, в месте расположения которого к корпусу 3 приварен патрубок 7. В патрубок 7 установлена гильза 8 с шариком 9 диаметром D и пружиной 10, зафиксированные резьбовой крышкой 11. В гильзе 8 имеется ось 12, на которой установлен поворотный рычажок 13 с бобышкой 14. Ось 12 параллельна оси сальникового штока. Сверху на корпус 3 установлен резьбовой фиксатор 15, предотвращающий осевое перемещение уплотнения 5. Сверху и снизу на сферическую головку 2 внутри корпусной втулки 16 установлены кольца 17, имеющие сферическую поверхность, диаметр которой соответствует диаметру сферической поверхности головки 2, а также кольца 18 и пружины 19. Между кольцами 17 и 18 имеется некоторый расчетный зазор , необходимый для обеспечения рабочего поджатия уплотнительных соединений по сферической головке 2. На наружной цилиндрической поверхности кольца 17 выполнена канавка, в которую между кольцом 17 и корпусной втулкой 16 установлено уплотнительное резиновое кольцо 20. Кроме того, на сферической поверхности кольца 17 выполнена другая канавка, в которую между прилегающими сферическими поверхностями кольца 17 и головки 2 установлено уплотнительное фторопластовое уплотнительное кольцо 21. Пружины 19 установлены в отверстиях, выполненных на обращенных друг к другу торцевых поверхностях колец 17 и 18. Шаровый шарнир закреплен в корпусной втулке 16 нижним кольцом 22 и фланцем 6.

В рабочем состоянии сальник охватывает (линии 23) сальниковый шток диаметром d, при этом протечки пластового флюида из скважины предотвращаются двумя уплотнениями 4 и 5 и комбинированным цилиндрическим и торцесферическим уплотнениями шарового шарнира, который компенсирует угловую несоосность осей скважины и сальникового штока, при этом шарик 9 удерживается внутри гильзы 8 рычажком 13, фторопластовая бобышка 14 которого контактирует с сальниковым штоком.

Размеры шарика D и штока d подобраны опытным путем из условия надежного запирания потока флюида из скважины и описываются соотношением D=(1,29-1,31)d для фторопластового шарика.

При обрыве сальникового штока рычажок 13 поворачивается на оси 12, шарик 9 под действием пружины 10 выталкивается во внутренний канал сальника и под действием флюидного напора из скважины заталкивается в канал уплотнения 5, а при повышенном давлении скважины шарик проходит через уплотнение и застревает в кольцевой полости 24 фиксатора 15, предотвращая тем самым выброс флюида из скважины.