Сальниковое устройство лубрикатора

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для герметизации устья нефтяной скважины, на которой проводятся операции депарафинизации насосно-компрессорной трубы с помощью скребка на лебедочной скребковой проволоке. Сальниковое устройство лубрикатора содержит емкость для смазки 6 с кольцом маслосъемным 12 внутри. Кольцо 12 имеет радиальный разрез. На емкости 6 установлены направляющие ролики 11 для скребковой проволоки 13. Уплотнитель 3 помещен в корпус 2, который вкручен в пробку 1 лубрикатора. Нажимной штуцер 4 верхним концом герметично соединен с емкостью 6, а нижним концом вкручен в корпус 2 уплотнителя 3, не прижимая его уплотняющие кольца, и законтрен контргайкой 5. Уплотнитель 3 состоит из установленных друг на друга, с образованием в центре канала для проволоки 13, направляющего кольца 14, выполненного из коррозионно-стойкого металла, уплотнительных колец 15, 17 из полиуретана, 16 из коррозионно-стойкого металла. Кольца 15, 16 чередуются, кроме двух последних колец 15 и 17, которые следуют друг за другом. Твердость кольца 17 выше твердости уплотнительных колец 15 из полиуретана. Позволяет использовать давление внутри насосно-компрессороной трубы для управления упругостью полиуретана. Обеспечивается герметичность скважины и оптимизация условий равномерного скольжения скребковой проволоки в зависимости от давления в скважине и направления движения проволоки, а также улучшение эксплуатационных свойств, снижение вероятности аварийных ситуаций. 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам, предназначенным для герметизации устья нефтяной скважины, на которой проводятся операции депарафинизации насосно-компрессорной трубы с помощью скребка на лебедочной скребковой проволоке.

Наиболее близким к предлагаемому является сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнение скребковой проволоки (далее - уплотнение), которое состоит из металлических направляющих колец и установленных между ними друг на друга по общей продольной осевой линии уплотнительных колец с центральными отверстиями для проволоки, выполненных из полиуретана и фторопласта, емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, размещенное над емкостью для смазки, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, а нижним концом упирается в уплотнитель, формируя заданную величину осевого поджатия колец уплотнителя (патент РФ №2388898, Е21В 33/072, Е21В 33/03, 10.05.2010).

Недостаток известного сальникового устройства состоит в следующем. В известном сальниковом устройстве уплотнитель имеет заданную, строго определенную величину осевого поджатия содержащихся в нем колец, которую формирует нажимной штуцер, упираясь нижним концом в уплотнитель. Однако известно, что давление на уплотнитель со стороны скважины не является величиной постоянной. Поэтому заданная величина осевого поджатия колец уплотнителя является величиной усредненной, что ухудшает герметизацию лубрикатора и может быть причиной аварийной ситуации.

При этом в известном сальниковом устройстве улучшение герметизации обеспечивают использованием колец из полиуретана и фторопласта, которые обладают упругими свойствами. Однако, как было показано выше, в уплотнителе кольца находятся в сжатом состоянии под действием фиксированного усилия, формируемого нажимным штуцером. Вследствие этого степень сжатия колец, т.е. степень использования упругих свойств материала колец, фиксирована, а следовательно, и плотность охвата уплотнителем скребковой проволоки для данного уплотнителя неизменна и не зависит от давления со стороны скважины и направления движения скребковой проволоки, что ухудшает герметизацию лубрикатора и может явиться причиной создания аварийной ситуации, особенно для лебедок, работающих в автоматическом режиме. При этом постоянное, сильное механическое сжатие колец уплотнителя быстро приводит в негодность материал колец, снижая срок службы уплотнителя сальника.

Кроме того, в известном сальнике отсутствуют средства, стабилизирующие вертикальное положение сребковой проволоки строго по оси уплотнителя. В результате все более увеличивающегося отклонения от оси уплотнителя сребковая проволока срезает в соответствующую сторону материал колец и приводит уплотнение к негодности, снижая срок его службы. Замена уплотнения сальника является трудоемким процессом, так как требует остановки работ по очистке насосно-компрессорной трубы, подъема скребка в лубрикатор и его перевязывания. Все это ухудшает условия эксплуатации сальникового устройства.

Размещение кольца маслосъемного снаружи емкости со смазкой приводит к тому, что при движении сребковой проволоки вниз на ее поверхности остаются излишки смазки, которые попадают в уплотнителе в канал для прохождения скребковой проволоки и ухудшают ее скольжение, что может создать аварийную ситуацию, особенно для лебедок, работающих в автоматическом режиме. При этом замена кольца маслосъемного требует остановки работ по очистке насосно-компрессорной трубы, подъема скребка в лубрикатор и его перевязывания, ухудшает условия эксплуатации известного сальникового устройства.

Таким образом, выявленное в результате патентного поиска сальниковое устройстве лубрикатора, наиболее близкое к предлагаемому, при осуществлении не позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

Предлагаемое сальниковое устройство для лубрикатора решает задачу создания соответствующего устройства, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

Сущность изобретения состоит в том, что в сальниковом устройстве лубрикатора, включающем пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из коррозионностойкого металла, и уплотнительных колец, при этом часть уплотнительных колец выполнена из полиуретана; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, новым является то, что уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус с возможностью замены колец, который вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен, при этом маслосъемное кольцо имеет радиальный разрез и размещено внутри емкости со смазкой, кроме того, в устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, кроме того, в уплотнитель введены уплотнительные кольца, выполненные из коррозионностойкого металла, которые установлены между кольцами из полиуретана, при этом первое уплотнительное кольцо, следующее за направляющим кольцом, выполнено из полиуретана, а далее, уплотнительные кольца, выполненные из полиуретана и металла, чередуются, а именно, сверху - вниз в сторону насосно-компрессорной трубы, нечетные уплотнительные кольца, включая первое уплотнительное кольцо, выполнены из полиуретана, четные - из металла, при этом количество четных уплотнительных колец меньше на единицу, кроме того, после последнего нечетного уплотнительного кольца установлено нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана, твердость которого выше твердости уплотнительных колец из полиуретана, расположенных над ним.

Технический результат достигается следующим образом.

Признаки формулы изобретения: «Сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее -уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из коррозионностойкого металла, и уплотнительных колец, при этом часть уплотнительных колец выполнена из полиуретана; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой,…» являются существенными признаками, обеспечивающими работоспособность заявленного устройства, а следовательно, признаками, обеспечивающими достижение заявленного технического результата: улучшение эксплуатационных свойств и снижение вероятности аварийных ситуаций.

К сальниковым устройствам предъявляют два основных диаметрально противоположных требования: первое - плотно обжимать скребковую проволоку, не давая возможности вырваться из скважины газу, нефти, жидкости; второе - обеспечить возможность свободного, равномерного скольжения скребковой проволоки, так как резание асфальто-парафиновых отложений выполняют под дейстием груза при движении скребка вниз.

В заявленном сальниковом устройстве нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен. В результате, в исходном состоянии, до открытия задвижки в скважине, уплотнительные кольца внутри корпуса уплотнителя находятся под действием собственной тяжести, без дополнительного механического осевого поджатия. Это обеспечивает возможность управления упругими свойствами полиуретана путем их сжатия давлением из скважины после открытия задвижки.

Благодаря тому что уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус, а нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана имеет твердость, превышающую твердость колец из полиуретана, установленных над ним, обеспечивается возможность реализации сжатия уплотнительных колец из полиуретана по принципу действия поршня, что позволяет максимально эффективно использовать давление из скважины для регулирования плотности охвата проволоки уплотнительными кольцами и одновременного обеспечения ее равномерного скольжения. Установка верхнего уплотняющего кольца из полиуретана непосредственно за направляющим кольцом, выполненным из металла, обеспечивает возможность использования направляющего кольца в качестве упора при сжатии уплотнительных колец под действием давления из скважины. При этом, поскольку корпус уплотнителя вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана имеет высокую твердость, обеспечивается равномерное распределение давления снизу из скважины, что также улучшает герметичность и равномерность скольжение скребковой проволоки.

В заявленном сальниковом устройстве уплотнительные кольца выполнены из полиуретана и коррозионно-стойкого металла. При этом они чередуются между собой. После открытия задвижки под давлением содержимого скважины кольцо из твердого полиуретана, практически сохраняя свою форму, сдвигается вверх по осевой линии уплотнителя и, действуя как поршень, прижимает снизу все уплотнительные кольца к поверхности направляющего кольца и далее - к поверхности штуцера нажимного, который препятствует дальнейшему осевому перемещению колец уплотнителя. Полиуретан имеет свойство упругой деформации и памяти. В результате, кольца из полиуретана с меньшей твердостью поджимаются соответствующими металлическими кольцами, и за счет упругости материала заполняют свободное пространство между стенками корпуса уплотнителя, и, одновременно, продавливаются в свободное пространство вокруг проволоки. Наличие между уплотнительными кольцами из полиуретана металлических уплотнительных колец увеличивает эффект сжатия, распределяя давление снизу равномерно по всей поверхности полиуретана уплотнительного кольца. Это обеспечивает равномерное его распределение внутри корпуса уплотнителя и вокруг проволоки, что улучшает герметизацию. При этом при намотке скребковой проволоки на барабан на уплотнительные кольца действует сумма двух сил: сила, обусловленная давлением из скважины, и сила трения при скольжении проволоки вверх. При разматывании скребковой проволоки эти силы противоположны, и на уплотнительные кольца действует разность двух сил: силы, обусловленной давлением из скважины, и силый трения при скольжении проволоки вниз. В результате в первом случае деформация упругих колец будет выше, и свободное пространство вокруг проволоки будет минимизировано. Во втором случае деформация за счет сил упругости будет ниже, что улучшит скольжение проволоки. В результате, в заявленном сальниковом устройстве регулировка свободного пространства вокруг проволоки выполняется в автоматическом режиме и в соответствии с техническими характеристиками скважины. Это очень важно для лебедок, работающих в автоматическом режиме.

В сальниковом устройстве между последним нечетным уплотнительным кольцом из полиуретана и нижним уплотнительным кольцом из полиуретана отсутствует металлическое уплотнительное кольцо. Это обусловлено тем, что нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана имеет твердость, превышающую твердость колец из полиуретана, установленных над ним, что исключает необходимость использования металлического уплотнительного кольца. Это позволяет минимизировать число уплотнительных колец из коррозионно-стойкого металла, что повышает срок службы уплотнителя сальникового устройства.

Из вышеизложенного следует, что в заявленном сальниковом устройстве лубрикатора конструкция уплотнителя позволяет использовать для улучшения герметичности скважины и оптимизации условий равномерного скольжения скребковой проволоки то, с чем оно призвано бороться: давление внутри насосно-компрессорной трубы. Кроме того, позволяет формировать адекватную реакцию уплотнителя на направление движения скребковой проволоки, изменяя соответственно движению плотность охвата проволоки и обеспечивая при этом оптимальную герметизацию скважины.

Возможность замены колец уплотнителя обеспечивает его ремонтопригодность, что улучшает эксплуатационные свойства устройства.

Благодаря тому что в заявленное сальниковое устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, при размотке и смотке на барабан скребковая проволока остается строго по оси уплотнения, - увеличивается срок службы уплотнения, а также обеспечивается равномерное скольжение скребковой проволоки.

Поскольку кольцо маслосъемное размещено внутри емкости со смазкой и охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, то при размотке скребковой проволоки кольцо маслосъемное прижимается ко дну емкости и снимает с проволоки лишнюю смазку, сохраняя тем самым канал для прохода проволоки в уплотнении, что улучшает условия для равномерного скольжения проволоки. При движении проволоки вверх кольцо фиксируется вверху емкости у выхода проволоки и также снимает с нее лишнюю смазку, что способствует равномерной намотке на барабан.

Наличие радиального разреза на маслосъемном кольце обеспечивает возможность его замены без отвязывания скребка. Для этого достаточно открыть крышку емкости для смазки, снять кольцо через радиальную прорезь и заменить его на другое, также воспользовавшись радиальной прорезью.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что предлагаемое сальниковое устройство для лубрикатора при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств и в снижении вероятности аварийных ситуаций.

На фиг.1 изображено сальниковое устройство для лубрикатора; на фиг.2 изображено уплотнение сальникового устройства.

Сальниковое устройство лубрикатора содержит пробку лубрикатора 1, корпус уплотнителя 2, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель) 3, штуцер нажимной 4, контргайку 5 штуцера 4, емкость для смазки 6 со сливным патрубком 7 и крышкой 8 с откидным винтом 9; крышка 8 снабжена уплотнительной прокладкой 10; ролики направляющие 11, кольцо маслосъемное 12, проволока скребковая 13. Кольцо маслосъемное 12 имеет радиальный разрез, размещено внутри емкости 6 со смазкой и охватывает скребковую проволоку 13 плотно, но с возможностью ее свободного скольжения. Нажимной штуцер 4 верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой 6, а нижним концом вкручен в корпус уплотнителя 3 по общей продольной осевой, не прижимая направляющее кольцо 14 и уплотнительные кольца 15, 16 друг к другу, и законтрен контргайкой 5.

Уплотнитель 3 (фиг.2) состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для проволоки, направляющего кольца 14, выполненного из коррозионно-стойкого металла, и уплотнительных колец 15, 16. Уплотнительные кольца 15 выполнены из полиуретана, уплотнительные кольца 16 - из коррозионно-стойкого металла, например из бронзы. Уплотнительные кольца 16 установлены между кольцами 15 из полиуретана, кроме двух последних колец 15 и 17. В корпусе 2 уплотнителя 3 уплотнительные кольца 15,16 располагаются следующим образом: первое уплотнительное кольцо 15, следующее за направляющим кольцом, выполнено из полиуретана, а далее уплотнительные кольца 15 и 16 чередуются. При этом, сверху - вниз в сторону насосно-компрессорной трубы, нечетные уплотнительные кольца 15, включая первое уплотнительное кольцо, выполнены из полиуретана, четные 16 - из металла. Причем количество четных 16 уплотнительных колец меньше на единицу, по сравнению с нечетными 15. Кроме того, после последнего нечетного уплотнительного кольца 15 установлено нижнее уплотнительное кольцо 17 из полиуретана, твердость которого выше твердости уплотнительных колец 15 из полиуретана, расположенных над ним. В опытном варианте разница твердости по Шору составляла примерно 15Н. При этом в опытном варианте толщина направляющего кольца 14 составила 2 мм, уплотнительных колец 16 из металла - 3 мм, уплотнительных колец 15 из полиуретана - 4 мм, нижнего 17-8 мм, при диаметре колец 13 мм. Центральное отверстие в кольцах из металла и уплотнительном кольце 17 с высокой твердостью выполняли максимально приближенным к диаметру проволоки. Упругих элементов 15 в зависимости от конкретных условий устанавливают от 5 до 10 шт.

Корпус 2 уплотнителя 3 вкручен в пробку 1 лубрикатора по общей продольной осевой линии. Уплотнитель 3 скребковой проволоки 13 помещен в корпус 2 с возможностью замены колец 14, 15, 16.

Направляющие ролики 11 установлены снаружи на емкости со смазкой 6 в месте выхода скребковой проволоки 13 таким образом, что скребковая проволока 13 при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами 11 строго по продольной оси уплотнителя 3.

После открытия задвижки в лубрикаторе скребковая проволока 13 начинает разматываться, и скребок (не показан) движется вниз под действием собственной тяжести. Проволока 13 проходит между роликами 11 и, далее, - через кольцо маслосъемное 12 в емкости со смазкой 6 и через штуцер нажимной 4 в уплотнитель 3. При этом на выходе емкости 6 с поверхности проволоки 13 кольцом маслосъемным 12 снимается лишняя смазка, что обеспечивает свободное скольжение проволоки 13 через осевое отверстие в уплотнителе 3, образованное центральными отверстиями в его направляющем 14 и уплотнительных кольцах 15, 16. При этом направляющие ролики 11 и направляющее кольцо 14 в уплотнителе 3 обеспечивают движение проволоки 13 в обе стороны внутри уплотнителя 3 строго по его продольной оси.

При движении проволоки 13 вверх (сматывание проволоки на барабан лебедки) на выходе емкости 6, перед прохождением через направляющие ролики 11, с поверхности проволоки 13 кольцом маслосъемным 12 также снимается лишняя смазка, что обеспечивает равномерное наматывание проволоки на барабан лебедки.

Уплотнитель 3 после открытия задвижки в лубрикаторе работает следующим образом. Уплотнитель 3 мгновенно оказывается под действием давления внутри насосно-компрессорной трубы (НКТ), которое может составить от 18-30 кг/см. Через жесткий элемент уплотнителя 17 давление передается на упругие износостойкие элементы из полиуретана 15, которые деформируются и уплотняют зазоры в парах уплотнитель-проволока и уплотнитель-стенка корпуса 2 уплотнителя 3. При этом усилие обхвата скребковой проволоки 13 уплотнителем 3 определяется не только величиной давления в НКТ, но направлением ее движения. При движении проволоки вверх сила трения в паре проволока 13 - уплотнитель 3 совпадает с направлением силы давления в НКТ, и плотность обхвата проволоки уплотнителем усиливается. Если проволока 13 движется вниз, то сила трения противоположна силе давления в НКТ и плотность обхвата проволоки 13 уплотнителем 3 уменьшается.

Таким образом, работа заявленного сальникового устройства обусловлена особенностями конструкции уплотнителя 3, которая позволяет использовать давление внутри насосно-компрессорной трубы для управления упругими свойствами полиуретана уплотнительных колец 15, 16. В результате это позволяет формировать адекватную реакцию уплотнителя не только на давление внутри НКТ, но и на направление движения скребковой проволоки, изменяя соответственно движению плотность охвата проволоки и обеспечивая при этом оптимальную герметизацию скважины с учетом конкретного давления внутри НКТ. В результате улучшаются эксплуатационные свойства сальникового устройства, и снижается вероятность создания аварийных ситуаций

Возможность выполнения этих условий работы очень важны для лебедок, работающих в автоматическом режиме.

Сальниковое устройство лубрикатора, включающее пробку лубрикатора, уплотнитель скребковой проволоки (далее - уплотнитель), который состоит из установленных по общей осевой линии друг на друга, с образованием в центре канала для скребковой проволоки, направляющего кольца, выполненного из коррозионно-стойкого металла, и уплотнительных колец, при этом часть уплотнительных колец выполнена из полиуретана; емкость со смазкой, кольцо маслосъемное, которое охватывает скребковую проволоку плотно, но с возможностью ее свободного скольжения, нажимной штуцер, который верхним концом герметично соединен с емкостью со смазкой, отличающееся тем, что уплотнитель скребковой проволоки помещен в корпус с возможностью замены колец, который вкручен в пробку лубрикатора по общей продольной осевой линии, а нижний конец штуцера вкручен в корпус уплотнителя по общей продольной осевой линии, не прижимая направляющее кольцо и уплотнительные кольца друг к другу, и законтрен, при этом маслосъемное кольцо имеет радиальный разрез и размещено внутри емкости со смазкой, кроме того, в устройство дополнительно введены направляющие ролики, установленные снаружи на емкости со смазкой в месте выхода скребковой проволоки таким образом, что скребковая проволока при размотке и намотке на барабан лебедки проходит между роликами строго по продольной оси уплотнителя, кроме того, в уплотнитель введены уплотнительные кольца, выполненные из коррозионно-стойкого металла, которые установлены между кольцами из полиуретана, при этом первое уплотнительное кольцо, следующее за направляющим кольцом, выполнено из полиуретана, а далее уплотнительные кольца, выполненные из полиуретана и металла, чередуются, а именно, сверху - вниз в сторону насосно-компрессорной трубы, нечетные уплотнительные кольца, включая первое уплотнительное кольцо, выполнены из полиуретана, четные - из металла, при этом количество четных уплотнительных колец меньше на единицу, кроме того, после последнего нечетного уплотнительного кольца установлено нижнее уплотнительное кольцо из полиуретана, твердость которого выше твердости уплотнительных колец из полиуретана, расположенных над ним.