Противовыбросовый устьевой сальник при высокой обводненности скважин

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к устьевому оборудованию глубинно-насосных скважин при их высокой обводненности. Противовыбросовый устьевой сальник при высокой обводненности скважин содержит трубчатый корпус, полированный шток, верхнюю и нижнюю сальниковые камеры с расположенными в них металлическими стаканами, втулками и резиновыми кольцами. В верхней камере в металлическом стакане располагают втулку, укороченную по отношению к стакану на 0,7-1 см и имеющую нижний край, скошенный под углом 45-60 градусов. Под втулкой располагают несколько резиновых колец и дополнительно одно или два деревянных кольца. В нижней камере снизу вверх над втулкой располагают несколько резиновых колец и дополнительно одно деревянное кольцо, при этом внутренний диаметр резиновых колец меньше диаметра штока на 1-2,5 мм. Внутренний диаметр деревянных колец равен диаметру штока. Деревянные кольца выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³. Втулки выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³ с масляной пропиткой на 8-10%. Достигается технический результат – повышение герметизирующей способности противовыбросового устьевого сальника при повышенной обводненности скважин, упрощение конструкции и увеличение межремонтного срока его эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение, а именно противовыбросовый устьевой сальник, относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к устьевому оборудованию глубинно-насосных скважин при их высокой обводненности.

Как правило, нефть добывают из скважины с использованием технологий механизированной добычи, при которых нефть выкачивают из скважины на поверхность земли. Общераспространенной технологией механизированной добычи является использование скважинного насоса, который имеет устройство на дне скважины, которое используется для выкачивания нефти из скважины на поверхность земли. Устройство на дне скважины приводится в действие колонной насосных штанг, которая проходит от поверхности земли до насосного устройства, и за счет возвратно-поступательного движения колонны насосных штанг вверх и вниз в скважине насосное устройство приводится в действие и качает нефть из скважины. Возвратно-поступательное движение насосных штанг на поверхности земли обычно осуществляют с помощью станка-качалки или другого устройства. Когда для обеспечения возвратно-поступательного движения насосных штанг используют станок-качалку, выходной патрубок станка-качалки обычно соединен подвеской с полированным штоком, который проходит в устьевое оборудование. Устьевое оборудование накрывает устьевое отверстие скважины, и полированный шток вставляют в устьевое оборудование через сальник, который соединен с верхней частью устьевого герметизатора. Сальник или сальниковая камера, предназначены для предотвращения вытекания жидкости из скважины, когда полированный шток входит в скважину.

Сальник или сальниковая камера является самой важной частью в работе устьевого герметизатора, в которой за счет сжатия сальниковой набивки в сальниковой камере обеспечивается уплотнение устья скважины со штанговой насосной установкой в рабочем режиме. Основные функции устьевого герметизатора заключаются в обеспечении рабочего состояния штанговой насосной установки, возможности замены сальниковой набивки и закрытия устья скважины в случае обрыва штока.

Механизм герметизации посредством устьевого герметизатора штанговой насосной установки следующий: сальниковой набивкой заполняют кольцевое пространство, образованное полированным штоком и сальниковой камерой; сальниковой крышкой, или втулкой в направлении вниз сдавливают сальниковую набивку для ее деформирования, при этом увеличивается давление между полированным штоком, внутренней стенкой сальниковой камеры и сальниковой набивкой, чем и обеспечивается герметизация устьевой скважины.

Суть работы сальникового устройства в том, что на внешней стороне крышки или корпуса в том месте, где через них проходит шток, имеется сальниковая камера, в которую укладывается уплотнительный материал - сальниковая набивка. При помощи специальных устройств набивка поджимается вдоль оси штока, упираясь в стенки сальниковой камеры и уплотняя набивку. При сжатии набивки в ней создаются усилия, под действием которых она прижимается с одной стороны к стенке сальниковой камеры, а с другой - к цилиндрической поверхности штока. Таким образом, создается герметичность, и рабочая среда не проникает за пределы корпуса оборудования.

Сила трения, возникающая между сальниковой набивкой и штоком, препятствует последнему совершать необходимые перемещения, а при чрезмерных усилиях затяжки сальника делают их невозможными, поэтому для сальников имеют большое значение конструкторские и технологические решения, обеспечивающие их нормальную работу, среди них:

материал набивки;

размеры сальниковой камеры;

конструкция деталей сальникового узла;

материал штока, чистота обработки его поверхности и другие.

Устьевой сальник герметизирует выход полированного штока, для чего в полость сальника укладываются разрезные кольца из прорезиненного тканевого ремня или специальной нефтестойкой резины, которые уплотняются заворачиванием верхней нажимной муфты (Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти Изд-во Профикс, 2009, стр. 383).

В литературе также описано, что конструкция сальникового узла позволяет за счет шарнирного сферического соединения компенсировать несоосность станка-качалки и колонны штанг, возникающую в процессе монтажа и эксплуатации скважины. Уплотнение штока насоса производится путем поджатия резинотканевых манжет. Для обеспечения возвратно-поступательного перемещения штока насоса с наименьшим сопротивлением в сальнике устьевом имеются втулки (эл. ресурс://http://afk-zms.ru/salnikovoye-ustroystvo-susg.-salnik-ustyevoy-susg). Описан также самоуплотняющийся сальник, который состоит из корпуса и навинчивается на тройник. Внутри корпуса расположены сальниковые кольца из нефтестойкой резины, плотно охватывающие полированный шток (Мордвинов А.А. Оборудование скважин, эксплуатируемых штанговыми скважинными насосами, Методическое пособие, УГТУ, Ухта 2001, стр. 15).

На сегодняшний день существует проблема частых смен сальниковых уплотнений, так называемых СУСГ. Например, сальник устьевой СУ ПК 2-73 предназначен для уплотнения сальникового штока скважин, эксплуатируемых штанговыми насосами. Отличительными особенностями данной конструкции устьевого сальника являются применение резинотканевых манжет с повышенным ресурсом наработки, наличие сферического шарнира и противовыбросового клапана, что позволяет: компенсировать несоосность устья скважины и подвески сальникового штока в пределах круговой координаты ±50 мм и предотвращать аварийный выброс из скважины в случае обрыва штока (эл. ресурс:// www.technovek.ru/catalog-oborudovaniya/detail.php? ID=63). Проблемой является замена сменных манжет из химически стойких материалов, которую желательно проводить без демонтажа штока, как, например, в сальнике устьевом, предназначенном для герметизации устья скважины, исключения утечек нефти между полированным штоком и уплотнением сальника (эл. pecypc:/http://www.ocher.ru/products/neftepromy -slovoe-borudovanie /salniki-ustevye.php).

Все приведенные данные свидетельствуют о необходимости совершенствования как конструкции устьевого сальника, так и материала уплотнений. Размещение уплотнительных колец в устьевых сальниках и их состав является предметом многочисленных изобретений.

В узлах уплотнения штоков насосов применяются давно известные, широко описанные и простые по конструкции мягкие сальниковые набивки. Большинство выпускаемых мягких сальниковых набивок состоит из волокнистой сплетенной основы, пропитанной смазочным материалом с добавками антифрикционных веществ (графит, тальк и др.). Материал набивки должен быть, в первую очередь, упругим, чтобы его не выдавливало в щель между штоком контактным давлением Рк, микронеровности на поверхности штока были бы как можно полнее заполнены. Такими свойствами обладают комбинированные эластомеры, композиционные материалы, резинотканевые и другие (Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, №4, стр. 420-427, http://ogbus.ru/). Например, как уплотнение штока штангового насоса разрезными уплотнительными резиновыми кольцами (патент РФ №2118707, МПК F04B 47/00, Е21В 33/03, опубл. 1998). Описана также набивка сальника устьевого включающая резиновое кольцо с центральным отверстием, равным диаметру полированного штока станка-качалки (патент РФ №2500942, F16J 15/20, опубл. 2013). Описано изобретение, которое может быть использовано в арматуре штангонасосной установки для герметизации штока штангового насоса. На шток штангового насоса в уплотняющей полости надета втулка из износостойкого материала с одним или более продольными V-образными разрезами. Втулка заключена в упругий бандаж из сжатого сыпучего материала, например резиновой крошки (патент РФ №2233397, МПК F16J 15/18, опубл. 2004). Здесь также применение резиновой крошки не способствует надежной герметизации конструкции. Однако в известных устройствах при высокой обводненности скважин резиновые манжеты от воздействия сточной воды и отсутствия смазки быстро изнашиваются, и происходит утечка технологической жидкости через сальник устьевой, износ полированного (сальникового) штока, активная коррозия устьевой арматуры.

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. Е21В 33/03, опубл. 1991). 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.

В отечественной промышленности применяются «Уплотнения шевронные резино-тканевые для гидравлических устройств», выпускаемые по действующему ГОСТ 22704-77. Настоящий стандарт распространяется на шевронные резино-тканевые уплотнения для штоков и цилиндров гидравлических устройств диаметром до 2000 мм, работающих при давлении до 63 МПа со скоростью возвратно-поступательного движения до 3 м/с в среде минеральных масел, нефти, пресной и морской воды, водных эмульсий при температуре от минус 50 до плюс 100°С (кратковременно до 120°С).

Сальник, применяемый в гидравлических устройствах при высоких давлениях, особенно при обводненности скважин, нельзя назвать безупречным, и он может протекать. В некоторых случаях при прекращении выкачивания жидкости из скважины на какой-то период времени, например, если станок-качалка остановлен или жидкость перестала поступать из скважины, набивка в сальнике могла пересохнуть, и после возобновления выкачивания нефти или другой жидкости из скважины, некоторое количество этой жидкости может протечь через пересохшую набивку. Если станок-качалка продолжает совершать возвратно-поступательное движение, хотя набивка уже пересохла, набивка может повредиться вследствие движения полированного штока по ней. Иногда набивка может износиться просто с течением времени, такой износ набивки можно и не обнаружить, пока не произойдет утечка нефти из сальника.

Если же на скважинах возникает обводненность более 80%, то возникают следующие сложности: 1) утечки и пропуски жидкости и газа через сальниковое устройство СУСГ; 2) высокие риски загрязнения окружающей среды, так как географически скважины могут располагаться вблизи рек, озер, оврагов и т.д. Эти факторы влияют на снижение производительности труда работников и, как следствие, ведут к снижению добычи нефти.

Пропуски сальникового устройства СУСГ на высокообводненном фонде скважин ведут к следующим потерям: 1) периодичность замены сальников увеличивается с одного раза в квартал до 4-10 раз и более в месяц; 2) увеличивается расход лакокрасочного материала для восстановления эстетического вида устья скважины; 3) увеличивается время простоя скважин по причине пропуска жидкости, замена сальников СУСГ и т.д. (в среднем потери нефти составляют 200 т. нефти в год); 4) увеличиваются затраты на обслуживание оператором по добычи нефти; 5) увеличиваются затраты на транспорт; 6) выбросы нефти загрязняют почву, кроме того, смена набивки сопровождается в некоторых случаях мощным выбросом природного газа и появляется устойчивый запах сероводорода, это опасно, так как скважины зачастую располагаются вблизи населенных пунктов. Таким образом, при высокой обводненности скважин резиновые манжеты от воздействия сточной воды и отсутствия смазки быстро изнашиваются и происходит утечка технологической жидкости через устьевой сальник; происходит износ полированного (сальникового) штока; пропуск агрессивных вод ведет к активной коррозии устьевой арматуры.

Таким образом, общий недостаток известных сальниковых набивок заключается в необходимости периодической замены в связи с их достаточно быстрым износом, а также использование уже отработанных уплотнений. Остатками уплотнительных колец загрязняют окружающую среду. Тем важнее является необходимость разработки материала уплотнений, позволяющего эксплуатировать их достаточно продолжительное время.

Известен устьевой сальник скважины, предназначенный для герметизации устья глубоких скважин при их штанговой глубинно-насосной эксплуатации. В его конструкции с тройником шарнирно соединена шаровая головка, корпус соединен с шаровой головкой, шаровая головка включает нижнюю втулку, нижний манжетодержатель, нижний уплотняющий элемент и промежуточную втулку. Корпус также включает верхнюю втулку, верхний манжетодержатель и верхний уплотняющий элемент. Каждая манжета пакета, из которого состоят уплотняющие элементы сальника в пределах по крайней мере четверти длины кругового кольца манжеты, по его среднему радиусу, выполнена разъемной. Разъем выполнен под углом к линии окружности среднего радиуса кругового кольца в виде прореза ее тела от верхней поверхности до нижней. На одной из образованных поверхностей разъема выполнен фиксирующий выступ, а на другой - фиксирующее углубление, сопрягаемые между собой (патент РФ №2112860, МПК Е21В 33/03, опубл. 1998 г.). Однако данная конструкция характеризуется сложностью и недостаточной надежностью в работе, особенно в аварийных ситуациях при обрыве сальникового штока.

Известен устьевой сальник (патент РФ №2309239, МПК Е21В 33/03, опубл. 2007), содержащий шаровой шарнир устьевого сальника, образованный трубным сферическим наконечником и охватывающий его корпусной обоймой со сферическими поверхностями, взаимодействующими с соответствующими поверхностями наконечника посредством верхнего и нижнего уплотнений, и содержащий переходник под насосно-компрессорную трубу и манжетно-уплотнительный блок с отверстием под сальниковый шток. Каждое уплотнение содержит по крайней мере две сферические прокладки из эластичного материала, между которыми установлена сферическая металлическая прокладка. Недостатком является применение металлической прокладки.

Аналогично и устройство по патенту РФ №150447, МПК Е21В 33/03, опубл. 2015, содержит нижние и верхние манжеты, выполненные в виде резиновых колец, которые быстро изнашиваются в процессе работы.

Описан устьевой сальник, который содержит корпус, верхний рабочий и нижний резервный уплотнительные узлы с уплотнительными элементами и нажимными кольцами, камеру для смазки между уплотнительными узлами, снабженную обратным клапаном, крышку с упором, имеющим возможность взаимодействовать с нажимным кольцом верхнего уплотнительного узла. Уплотнительные узлы содержат корпус, выполненный в виде стакана с центральным осевым отверстием с размещенными в нем уплотнительными элементами и нажимным кольцом. При этом нижний уплотнительный узел выполнен с возможностью ограниченного осевого перемещения между упором корпуса и верхним уплотнительным узлом с образованием камеры переменного объема. Обратный клапан установлен на выходе радиального отверстия, выполненного в верхней части камеры (патент РФ №2669313, МПК Е21В 33/02, опубл. 2018 г.). Недостатком является применение камеры для смазки, что усложняет и удорожает конструкцию.

Описано изобретение, которое может найти применение при эксплуатации сальника полированного штока станка-качалки (патент РФ №2500942, МПК F16J 15/20, опубл. 2013). Набивка сальника устьевого включает такой уплотнительный элемент, как резиновое кольцо с центральным отверстием, равным диаметру полированного штока станка-качалки, с размещенными вокруг центрального отверстия восемью коническими углублениями с углом при вершине конуса 15-30°, и каналом сообщения конических углублений с центральным отверстием, при этом расстояние от основания конического углубления до края резинового кольца в два раза меньше расстояния от основания конического углубления до центрального кольца и в три раза меньше расстояния между основаниями конических углублений. Данное изобретение повышает герметизирующую способность сальника, однако резиновые кольца, применяемые в нем не имеют большого срока работы, подвержены разрушению и истиранию, вследствие чего срок службы набивки небольшой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструкции и области применения является устройство, разработанное специалистами НГДУ «Ямашнефть» (Усовершенствованная конструкция СУСГ для использования на скважинах с высокой обводненностью продукции. Промышленная и экологическая безопасность, охрана труда. №7 (93) август, 2014, стр. 60-67), содержащее резиновые манжеты в качестве уплотнительных элементов, и взятое за прототип.

Известное устройство по прототипу (схема 2) представляет собой трубчатый корпус, который содержит три камеры, при этом между верхней и средней установлено устройство для подачи смазки 1 и предохранительный клапан 3, в верхней и нижней камерах располагают уплотнительные резиновые манжеты 8,9 и вся конструкция состоит из следующих элементов: 1 - емкость для смазывающей жидкости (масло, нефть), 2 - сгон диаметром 15 мм (предназначен для соединения с клапаном 3), 3 - клапан предохранительный с рабочим давлением Ру=16 МПа, диаметром условного прохода под резьбовое соединение Ду - 15 мм, 4 - заглушка (заглушка предохранительного клапана), 5 - заглушка сальника устьевого с противовыбросовым клапаном (СУПК), 6 - клапан СУПК (шарик), 7 - пружина клапана СУПК, 8 - верхние резиновые манжеты, 9 - нижние резиновые манжеты, 10 - жидкость для смазки (масло, нефть), 11 - полированный шток.

За счет создаваемого вакуума между манжетами из емкости (1), которая навернута на заглушку (5), жидкость для смазки (10) поступает в полость СУСГ (сальник устьевой с самоустанавливающейся головкой) между резиновыми манжетами (8, 9), тем самым смазывая поверхность полированного штока и резиновых манжет. Клапан (6) с пружиной (7) предназначены для герметизации СУСГ, в случае если произойдет обрыв полированного штока и шток уйдет вниз (в колонну НКТ), шарик (6) герметично закроет внутреннее пространство СУСГ, исключив тем самым выход технологической жидкости на поверхность окружающей среды.

Недостатками данного устройства является то, что при возвратно-поступательном движении полированного штока, происходит постоянный износ уплотнений - резиновых манжет, при этом полный износ резиновых манжет происходит через 30-40 дней (подтягивание манжет производится 1-2 раза в неделю), при этом конструкция усложнена установкой дополнительной камеры для смазочной жидкости.

Задачей предлагаемого технического решения повышение герметизирующей способности противовыбросового устьевого сальника при повышенной обводненности скважин, упрощение конструкции и увеличение межремонтного срока его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в стандартном противовыбросовом устьевом сальнике, включающем трубчатый корпус, в котором расположено три камеры в которых устанавливают три металлических стакана, в которых в свою очередь забиты втулки, в верхнем стакане применяют втулку, у которой нижний край скошен под 45-60 градусов и которая короче стакана на 0,7-1 см, а средняя и нижняя втулки одинаковы по размерам со стаканами и все три втулки выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³ с масляной пропиткой на 8-10%, при этом уплотнительные элементы в сальнике по изобретению устанавливают в определенном порядке, а именно, сверху вниз под верхней втулкой, устанавливают несколько колец из специальной резины и одно или два кольца из модифицированной древесины, а над нижней втулкой устанавливают снизу вверх несколько колец из специальной резины и одно кольцо из модифицированной древесины, причем деревянные кольца выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³, при этом резиновые кольца выполнены из резины с относительным удлинением при разрыве не менее 500% и имеют упрочняющий слой со стороны, контактирующей со штоком, выполненный из нити толщиной 0,3-0,8 мм, при этом внутренний диаметр резиновых колец меньше диаметра штока на 1-2,5 мм, а внутренний диаметр деревянных колец равен диаметру штока.

Сущность технической задачи демонстрируется описанием конструкции заявляемого противовыбросового устьевого сальника и его работы. Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

Отличием от прототипа являются наличие верхней втулки со скошенным нижним краем и укороченной по отношению к металлическому стакану на 0,7-1 см, в котором она установлена, при этом все три втулки выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³ и масляной пропиткой на 8-10%. Также по изобретению под верхней втулкой располагают несколько колец из специальной резины и одно или два деревянных кольца, а над нижней втулкой располагают несколько резиновых колец и одно деревянное кольцо, причем деревянные кольца выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³, а резиновые кольца выполнены из резины с относительным удлинением при разрыве не менее 500% и уплотнены нитью толщиной 0,3-0,8 по внутреннему слою, прилегающему к полированному штоку, при этом внутренний диаметр резиновых колец меньше диаметра штока на 1-2,5 мм, а внутренний диаметр деревянных колец равен диаметру штока. У заявляемого сальника по сравнению с прототипом отсутствует камера для смазки.

Сальник по изобретению включает следующие элементы, представленные на рисунке:

1 - верхняя втулка укороченная,

2 - кольца из специальной резины,

3 - кольца из модифицированной древесины,

4 - средняя втулка,

5 - кольцо из модифицированной древесины,

6 - кольца из специальной резины,

7 - нижняя втулка,

8 - корпус,

9 - металлический стакан.

В корпусе 8 устьевого сальника по изобретению устанавливают три одинаковых металлических стакана 9 и в них вкладывают три втулки, при этом средняя 4 и нижняя 7 втулки имеют одинаковый размер со стаканом 9 в котором они расположены, а верхняя втулка 1 на 0,7-1 мм короче верхнего металлического стакана, под верхней 1 и над нижней 7 втулками при этом располагают уплотняющие элементы, следующим образом: под верхней втулкой 1 устанавливают несколько колец из специальной резины 2 и одно или два (зависит от характера износа диаметра полированного штока) кольца из модифицированной древесины 3, а над нижней втулкой 7 устанавливают снизу вверх несколько колец из специальной резины 6 и одно кольцо из модифицированной древесины 5.

При возвратно-поступательном движении полированного штока, происходит контакт между кольцами и технологической жидкостью, которая поступает в полость устройства между резиновыми 2,6 и деревянными 3,5 кольцами, тем самым смазывая поверхность полированного штока. После запуска скважины в работу в течение 1-3 дней, в зависимости от обводненности скважины, доминирующую роль по недопущению выбросов нефти или технологической жидкости (смеси нефти с водой) через устройство принимают на себя резиновые кольца, которые плотно обжимают полированный шток, но не препятствуют его возвратно-поступательному движению. За это время кольца из модифицированной древесины распрессовываются и постепенно берут на себя основную изолирующую функцию, способствуя герметизации сальникового устройства и препятствуя розливу технологической жидкости на поверхности окружающей среды, чему препятствует и то, что втулки также выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³ и дополнительно пропитанные маслом на 8-10%. Следует понимать, что основная функция втулок кроме поджатия резиновых сальников при пропуске водно-нефтяной смеси, это центровка и удержание строго в вертикальном положении колеблющегося при возвратно-поступательном движении полированного штока, что обеспечивает существенное уменьшение износа сальниковой набивки, потому прочностные характеристики модифицированной древесины, используемой для изготовления втулок имеют важное значение.

Заявляемая конструкция, включающая установленные в определенном порядке втулки и кольца из новых, по сравнению с известными, заявляемых материалов с определенным диаметром и наличие верхней укороченной по отношению к металлическому стакану втулки со скошенными под углом в 45-60 градусов краями имеет высокую герметизирующую способность, позволяющую добиться при эксплуатации сальника резкого снижения выбросов. Уже в первые дни работы сальника на скважине, деревянные кольца, имея высокую плотность древесины и способность к распрессовке, обжимая полированный шток, не пропускают значительное количество жидкости из скважины, а резиновые кольца, выполненные из резины с высоким относительным удлинением и усиленные уплотнительной нитью на стороне, прилегающей к полированному штоку, позволяют полностью перекрыть выход технологической жидкости из сальника, при этом изнашиваясь гораздо медленнее, чем в описанных аналогах.

Верхняя сальниковая камера с укороченной втулкой начинает работать в случае протекания водно-нефтяной эмульсии через сальниковое устройство. При подтяжке сальникового устройства на втулку оказывается давление, и металлические края верхнего стакана практически входят в верхнее резиновое кольцо, чем обеспечивается первичное поджатие резинового кольца к оси полированного штока. Если происходит дальнейшее пропускание жидкости, то давление на укороченную втулку сверху увеличивают далее за счет усилий оператора, благодаря чему происходит сжатие верхнего резинового кольца в направление оси полированного штока за счет конической конструкции нижней части укороченной втулки.

Резиновые кольца имеют наружный диаметр равный диаметру стакана, а внутренний диаметр меньше диаметра полированного штока на 1-2,5 мм. При установке в сальниковое устройство резиновые и деревянные кольца смазываются нефтью либо специальными смазками для снижения трения в момент запуска скважины в работу.

В конкретном случае выполнения изобретения резиновые кольца выполнялись из резины марки 13НК400-001 (СН400) со следующими показателями:

Были проверены известные материалы для изготовления резиновых колец, которые, однако, не выдерживали долгих нагрузок в данной конструкции, поэтому опытным путем была выбрана резина, изготовленная из натурального каучука или его аналога - полиизопренового каучука. При этом для увеличения срока службы резиновых колец и предотвращения истирания ту их сторону, которая прилегает к полированному штоку, уплотняли нитью толщиной 0,3-0,8 мм, что не описано в аналогичных технических решениях.

Деревянные кольца выполнялись в отличие от известных из древесины лиственных пород деревьев, специально подготовленных, высушенных и спресованных до плотности 1000-1350 кг/м³, втулки также изготавливались из такой же древесины, но еще дополнительно пропитывались малом на 8-10%.

При промышленных испытаниях противовыбросового устьевого сальника по изобретению на 30-ти скважинах Татнефти (см. таблицу) срок службы уплотнительных элементов, влияющий на отказ заявляемого устройства, при обводненности скважин от 10 до 95% составил для 36% испытываемых проблемных скважин от 41 до 93 дней (в среднем в 6,5 раза дольше, чем с известными резиновыми кольцами), а для остальных 64% скважин, этот показатель еще выше, т.к. все уплотнительные элементы работали свыше 93 дней, что демонстрирует эффективность устройства за счет использования новых, ранее не описанных резиновых и деревянных колец сальника с новыми свойствами и их расположения в корпусе сальника в сочетании с использованием верхней втулки с новой конфигурацией и материала, из которого изготавливались втулки.

Важно отметить, что вода, как и нефть, является естественной хорошей смазкой для колец из модифицированной древесины, в то же время для резиновых колец высокая обводненность нефти повышает их трение о движущийся полированный шток и значительно ускоряет выход их из строя, что в случае изобретения существенно компенсируется высокими прочностными характеристиками заявляемой конструкцией резиновых колец, за счет применения резины со специальными прочностными характеристиками для их изготовления и имеющих слой уплотнительной нити на внутренней поверхности колец, прилегающих к полированному штоку.

Достигаемый эффект от применения изобретения заключается в снижении себестоимости нефти за счет уменьшения простоев скважин по причине смены сальниковых уплотнений (недоборы нефти, сокращение затрат на закупку материалов и обслуживание СУСГ, устьевой арматуры, полированного штока); увеличение срока службы сальников за счет применения специальных материалов с определенными характеристиками для эксплуатации устройства в условиях высокой обводненности скважин, а также в возможности эксплуатации уже существующих СУСГ при их минимальной модернизации внутренней части только за счет замены старых втулок на новые втулки и установки резиновых и деревянных колец из новых материалов по изобретению. Немаловажным является и экологический эффект, выражающийся в исключении разливов нефти, технологической жидкости и выброса попутного газа.

1. Противовыбросовый устьевой сальник при высокой обводненности скважин, включающий трубчатый корпус, полированный шток, верхнюю и нижнюю сальниковые камеры с расположенными в них металлическими стаканами, втулками и резиновыми кольцами, отличающийся тем, что в верхней камере в металлическом стакане располагают втулку, укороченную по отношению к стакану на 0,7-1 см и имеющую нижний край, скошенный под углом 45-60 градусов, под ней несколько резиновых колец и дополнительно одно или два деревянных кольца, а в нижней камере снизу вверх над втулкой располагают несколько резиновых колец и дополнительно одно деревянное кольцо, при этом внутренний диаметр резиновых колец меньше диаметра штока на 1-2,5 мм, а внутренний диаметр деревянных колец равен диаметру штока, при этом деревянные кольца выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³, а втулки выполнены из модифицированной древесины лиственных пород с плотностью 1000-1350 кг/м³ с масляной пропиткой на 8-10%.

2. Сальник по п. 1, отличающийся тем, что резиновые кольца выполнены из резины с относительным удлинением при разрыве не менее 500%.