устьевой сальник штанговой насосной установки

Формула изобретения

Устьевой сальник штанговой насосной установки, содержащий камеру с сальниковой набивкой и крышкой для уплотнения устьевого полированного штока, связанного с подвеской колонны штанг, патрубок с шаровой опорой, расположенной в гнезде тройника арматуры, отличающийся тем, что с нижней стороны к шаровой опоре патрубка подсоединен свободно подвешенный цилиндр, в котором расположен с возможностью возвратно-поступательного движения заглушенный плунжер, при этом плунжер с нижней стороны соединен с подвеской колонны штанг, а с верхней - с устьевым полированным штоком, причем внутренняя полость патрубка и надплунжерной зоны цилиндра заполнены смазкой и гидравлически сообщены с затрубным пространством устьевой арматуры через обратный клапан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение на добывающих скважинах с высоким устьевым давлением.

Известно устьевое устройство для уплотнения штока глубинного насоса, содержащее установленный на тройнике арматуры цилиндрический разъемный корпус с крышкой, размещенные в корпусе нажимные втулки, верхний и нижний сальники и узел центрирования устьевого штока. Корпус и нажимные втулки выполнены с конусными внутренними поверхностями. При этом нажимные втулки над и под нижним сальником обращены внутренними конусными поверхностями навстречу друг другу. Внутренняя полость корпуса между сальниками заполнена смазывающим материалом [Авторское свидетельство СССР № 1696672, кл. Е 21 В 33/03, опубл. 1991 г.].

Однако для обеспечения герметичности данного устройства при высоком устьевом давлении требуется усиленное подтягивание сальникового уплотнения, что приводит к интенсивному изнашиванию и быстрому выходу сальника из строя. Есть неудобства в обслуживании, трудоемкость работ по замене сальниковой набивки и смазочного материала.

Кроме этого, при замене полированного штока необходим демонтаж устьевой арматуры, нередко требующий глушения скважины.

Наиболее близким к предложенному изобретению является сальник устьевой, содержащий основание с крышкой, самоустанавливающуюся шаровую головку, верхнее, среднее и нижнее уплотнения, выполненные в форме полого усеченного конуса. Верхнее и среднее уплотнения помещены в обойму, выполненную в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого имеет коническое сужение к центру цилиндра, причем полость между этими уплотнениями заполнена маслом для смазки сальникового штока [Патент РФ № 2093663, кл. Е 21 В 33/03, опубл. 1997.10.20 - прототип].

Использование этого устройства на скважине-доноре, осуществляющей отбор пластовой воды штанговым насосом с последующей закачкой ее с высоким устьевым давлением по трубопроводу в нагнетательную скважину, приводит к быстрому износу сальниковой набивки и разгерметизации устья скважины. Причем чем выше давление на устье скважины, тем сильнее надо подтягивать сальниковое уплотнение, что чрезмерно повышает напряженное состояние уплотнения, обусловливающее интенсивный износ сальниковой набивки. По этой причине необходимы постоянный контроль за состоянием герметичности сальника и частая замена, не реже пяти-шести раз в месяц, изношенных уплотнений. Также при замене полированного штока необходим демонтаж устьевой арматуры.

В изобретении решается задача повышения надежности, долговечности и обеспечения удобства в работе устьевого сальника штанговой насосной установки на скважине с высоким устьевым давлением.

Задача решается тем, что в устьевом сальнике штанговой насосной установки, содержащем камеру с сальниковой набивкой и крышкой для уплотнения устьевого полированного штока, связанного с подвеской колонны штанг, патрубок с шаровой опорой, расположенной в гнезде тройника арматуры, согласно изобретению с нижней стороны к шаровой опоре патрубка подсоединен свободно подвешенный цилиндр, в котором расположен с возможностью возвратно-поступательного движения заглушенный плунжер, при этом плунжер с нижней стороны соединен с подвеской колонны штанг, а с верхней - с устьевым полированным штоком, причем внутренняя полость патрубка и надплунжерной зоны цилиндра заполнены смазкой и гидравлически сообщены с затрубным пространством устьевой арматуры через обратный клапан.

На чертеже изображен общий вид устьевого сальника штанговой насосной установки при крайнем верхнем положении полированного штока.

Устьевой сальник штанговой насосной установки состоит из патрубка 1 с шаровой опорой 2, установленной при помощи шаровой крышки 3 в гнезде тройника 4, который соединен планшайбой 5 с устьевой арматурой 6. К нижней части шаровой опоры 2 подсоединен и свободно подвешен цилиндр 7 с желобчатым плунжером 8 (в дальнейшем плунжер) от глубинного штангового насоса, который размещен в арматуре 6 и верхней части первой трубы колонны насосно-компрессорных труб 9. Плунжер 8, расположенный в цилиндре 7 с возможностью возвратно-поступательного движения, заглушен и с нижней стороны соединен с колонной насосных штанг 10, а с верхней - с полированным устьевым штоком 11 подвески станка-качалки (не показано). На верхнюю часть патрубка 1 навернута уплотнительная камера 12 с сальниковой набивкой 13 и крышкой 14. Внутренняя полость патрубка 1 гидравлически сообщена с затрубным пространством 15 устьевой арматуры 6 через вентили 16, 17 и обратный клапан 18. При этом внутренняя полость патрубка 1 и надплунжерной зоны цилиндра 7 заполнены смазочным материалом 19 для смазки плунжерной пары и сальниковой набивки 13.

Устьевой сальник работает следующим образом.

Перед креплением собранного устьевого сальника без обратного клапана 18 на планшайбу 5 устьевой арматуры 6 нижний конец плунжера 8 соединяют с последней штангой 10 колонны подвески. Подгонка положения плунжера 8 в цилиндре 7 осуществляется таким образом, чтобы при верхнем крайнем положении головки балансира станки-качалки плунжер 8 находился в верхней части цилиндра 7. После установки канатной подвески (не показана) полированного штока 11 и центровки его в уплотнительной камере 12 с использованием шаровой опоры 2 патрубка 1 далее осуществляется заправка внутренней полости патрубка 1 и надплунжерной зоны цилиндра 7 смазкой 19. Для этого к вентилю 16 подсоединяется емкость со смазкой, и при медленном движении плунжера 8 вниз за счет создавшегося вакуума над ним происходит заполнение надплунжерной зоны цилиндра 7 смазкой 19. Лишняя смазка выдавливается из патрубка 1 путем обратного движения плунжера 8 вверх. Обратный клапан 18 заворачивают к вентилю 16 и открывают вентиль 17. При этом обратный клапан 18 закрывается, поскольку давление в затрубном пространстве арматуры 6 больше, чем в надплунжерной зоне цилиндра 7. Но в процессе работы штанговой насосной установки даже незначительная утечка газа в плунжерной паре при восходящем ходе плунжера 8 может привести к повышению давления замкнутого объема надплунжерной зоны цилиндра 7. В этом случае, когда давление в патрубке 1 превышает затрубное давление арматуры 6, обратный клапан 18 открывается, и газ или жидкость в объеме, равном величине утечки за один цикл работы станка-качалки, сбрасывается в затрубное пространство 15 арматуры 6. Таким образом, уплотнительная камера 12 с сальниковой набивкой 13 максимально испытывает давление, имеющееся в затрубном пространстве скважины, причем только при восходящем ходе плунжера 8. Поскольку в скважине-доноре давление в затрубном пространство на порядок меньше, чем буферное (давление закачки), то уплотнительный сальник, обеспечивая герметичность устья скважины, не будет испытывать нагрузку от высокого давления закачки.

В качестве смазки можно использовать густой смазочный материал, например солидол, который, находясь в зазоре между желобчатым плунжером 8 и цилиндром 7, существенно увеличвает герметичность в плунжерной паре.

При необходимости замены полированного штока 11 останавливают насосную установку и путем сброса жидкости по устьевой арматуре в затрубное пространство 15 скважины разряжают остаточное давление в тройнике 4. Закрывают вентиль 16 и отворачивают уплотнительную камеру 12. Далее приподнимают полированный шток 11 с уплотнительной камерой 12 и подвеской колонны штанг до тех пор, пока первый желоб плунжера 8 не окажется над торцом патрубка 1. В этот желоб устанавливают специальный зажим, удерживающий подвеску колонны штанг, отворачивают полированный шток 11 и заменяют его новым.

Предлагаемое устройство унифицировано, не требует изменения стандартной устьевой арматуры, существенно снижает напряженное состояние сальникового уплотнения, увеличивает его надежность и долговечность, обеспечивает безаварийную работу скважины, защиту окружающей среды при высоких буферных давлениях на скважине. Позволяет без монтажа устьевой арматуры заменить полированный шток станка-качалки и легко заправить устьевой сальник смазочным материалом.

Применение предложенного устройства позволит повысить надежность, долговечность и обеспечить удобство в работе устьевого сальника штанговой насосной установки на скважине с высоким устьевым давлением.