Устройство для герметизации гибкой тяги

Изобретение относится к уплотнительной технике, в частности к герметизации подвижных элементов при использовании кабельно-контейнерных технологий, и может быть использовано для герметизации подвижного каната на устье скважин при подъеме из них жидкости свабом. Устройство для герметизации гибкой тяги содержит корпус с узлом крепления, основной и дополнительный уплотнители, оснащенные сменными уплотнительными элементами, основным и дополнительным поджимающими уплотнительные элементы к гибкой тяге гидравлическими механизмами, которые соединены с соответствующими основным и дополнительным мультипликаторами. Корпусная полость с дренажным каналом расположена между уплотнителями. Дополнительный мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением. Основной мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением. Снаружи корпуса размещена емкость для сбора и удаления жидкости, сообщающаяся посредством дренажного канала с корпусной полостью и с устьем скважины через клапан, открывающийся при спуске каната внутрь скважины. Объем емкости не меньше объема просачивающейся жидкости в корпусную полость при подъеме каната из скважины. Выше клапана емкости может быть расположен воздушный клапан, не пропускающий воздух из емкости в скважину. Использование устройства дает возможность надежной изоляции подвижных гибких носителей со сложной изолируемой поверхностью с минимально возможным износом уплотнительных элементов за счет использования наружных мультипликаторов переменного давления для всех уплотнителей и экономии средств за счет отвода просачивающейся жидкости непосредственно в скважину. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предложение относится к уплотнительной технике, в частности к герметизации подвижных элементов при использовании кабельно-контейнерных технологий и может быть использовано для герметизации подвижного каната на устье скважин при подъеме из них жидкости свабом.

Известно «Устройство для уплотнения подвижных и неподвижных элементов поршневых и плунжерных насосов» (см. а.с. СССР №227024, F16J 15/14, F15J 15/40, опубл. БИ №29 от 16.09.1968 г.), содержащее уплотнение, кольцевая камера которого заполнена сжатым газом, при этом с целью автоматического поддержания давления сжатого газа в кольцевой камере близким к давлению рабочей жидкости в цилиндре насоса, кольцевая камера связана с гасителем пульсаций, заполненным сжатым газом и установленным на выходе из цилиндра.

Недостатками такой конструкции являются низкая надежность и сложность изготовления из-за использования сжатого газа, невозможность качественной герметизации при малых величинах давления герметизирующей среды, при этом в процессе работы нет возможности контроля процесса износа уплотнительных элементов, также отсутствует возможность сбора и удаления пропускаемой жидкости.

Также известен «Сальник для уплотнения штока насоса» (см а.с. СССР №142529, F16J 15/40, опубл. БИ №21 от 1961 г.), состоящий из корпуса и пеньковой просаленной набивки, при этом с целью уплотнительной способности, сальник снабжен резиновой втулкой, заделанной своими концами в корпусе и обжимаемой вместе с набивкой вокруг штока действием жидкости, подводимой из цилиндра насоса в кольцевые камеры с внешней стороны втулки.

Недостатками такой конструкции являются низкая надежность при герметизации подвижных элементов со сложной формой наружной поверхности, особенно при малых величинах давления герметизируемой среды, сложность смены изношенных уплотнительных элементов - сальников, при этом в процессе работы нет возможности контроля процесса износа уплотнительных элементов, также отсутствует возможность сбора и удаления пропускаемой жидкости.

Также известно «Уплотнение вала» (см. а.с. СССР №723282, F16J 15/48, опубл. БИ №11 от 25.03.1980 г.), в расточке которого установлены уплотнительный элемент, охватывающий вал, и надувной эластичный кольцевой элемент, охватывающий уплотнительный элемент, при этом с целью повышения надежности и срока службы в расточке со стороны уплотняемой полости установлено упорное кольцо, взаимодействующее торцом с надувным эластичным элементом, причем в упорном кольце могут быть выполнены сквозные отверстия, соединяющие полость давления с торцом надувного эластичного элемента.

Недостатками такой конструкции являются низкая надежность при герметизации подвижных элементов со сложной формой наружной поверхности, особенно при малых величинах давления герметизируемой среды, сложность смены изношенных уплотнительных элементов, при этом в процессе работы нет возможности контроля процесса износа уплотнительных элементов, также отсутствует возможность сбора и удаления пропускаемой жидкости.

Известно также «Водонепроницаемое уплотнение кабелей для объектов, работающих на малых и больших глубинах» (см. а.с. СССР №153740, Е21С 23/07, опубл. в БИ №7, 1963 г.), выполненное в виде сальника с упругой оболочкой, заполненной жировой смазкой, находящейся под воздействием забортного давления, при этом с целью обеспечения надежности уплотнения при небольших погружениях объекта применен мультипликатор, снабженный пружиной и соединенный трубкой с внутренней полостью уплотнения.

Недостатками такой конструкции являются сложность замены изношенных уплотнительных элементов, низкая надежность и долговечность работы из-за отсутствия возможности изменения степени увеличения давления поджима по мере износа уплотнителя, которая в известном устройстве жестко задается изначально соотношением диаметров ступеней поршня мультипликатора и остается в процессе работы устройства неизменной, при этом в процессе работы нет возможности контроля процесса износа уплотнительных элементов, также отсутствует возможность сбора и удаления пропускаемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Устройство для герметизации каната» (патент RU №229049, F16J 15/46, опубл. Бюлл. №14 от 20.05.2004 г.), содержащее корпус с узлом крепления, уплотнитель с упругой оболочкой, мультипликатор, соединенный трубкой с внутренней полостью упругой оболочки, при этом устройство для обеспечения герметизации подвижного каната снабжено дополнительным мультипликатором и дополнительным уплотнителем с дополнительной упругой оболочкой, соединенной трубкой с дополнительным мультипликатором, при этом уплотнители оснащены сменными уплотнительными элементами, которые внутренней поверхностью охватывают подвижный канат, а снаружи взаимодействуют с соответствующими упругими оболочками уплотнителей, причем мультипликатор, находящийся под воздействием скважинного давления, оснащен усилителем, состоящим из цилиндра с поршнем, при этом дополнительный мультипликатор и усилитель мультипликатора находятся под воздействием внешнего регулировочного давления, а рабочие объемы каждого мультипликатора, которые сообщаются с соответствующими упругими оболочками уплотнителей, не превышают соответствующий им начальный объем сменного уплотнительного элемента, при этом каждый мультипликатор снабжен индикатором износа взаимодействующего с ним сменного уплотнительного элемента, выполненного в виде указателя положения поршня мультипликатора, причем между уплотнителями размещена полость с дренажным каналом для сбора и удаления жидкости. Количество дополнительных уплотнений с дополнительными упругими оболочками со сменными уплотнительными элементами и соответствующих им дополнительных мультипликаторов может быть более одного каждого.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, сообщение одного из мультипликаторов непосредственно с устьем скважины, где давление не постоянно, что может привести к повышенному износу уплотнительных элементов или к некачественной герметизации каната;

во-вторых, необходимость постоянного отвода жидкости из полости между уплотнителями, что требует строительства отводящего трубопровода или размещения сборной емкости, что требует дополнительных материальных затрат.

Технической задачей предлагаемой конструкции является снижение материальных затрат за счет отвода жидкости непосредственно в скважину и увеличение ресурса уплотнительных элементов, а также улучшения качества герметизации каната за счет регулирования усилия его охвата наружными источниками давления.

Поставленная техническая задача решается устройством для герметизации гибкой тяги, содержащим корпус с узлом крепления, основной и дополнительный уплотнители, оснащенные сменными уплотнительными элементами и основным и дополнительным, поджимающими уплотнительные элементы к гибкой тяге, гидравлическими механизмами, которые соединены с соответствующими основным и дополнительным мультипликаторами, корпусную полость с дренажным каналом, расположенную между уплотнителями, причем дополнительный мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением.

Новым является то, что основной мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением, а снаружи корпуса размещена емкость для сбора и удаления жидкости, сообщающаяся посредством дренажного канала с корпусной полостью и с устьем скважины через клапан, открывающийся при спуске каната внутрь скважины, при этом объем емкости не меньше объема просачивающейся жидкости в корпусную полость при подъеме каната из скважины.

Новым является также то, что выше клапана емкости расположен воздушный клапан, не пропускающий воздух из емкости в скважину.

На Фиг.1 показана схема устройства для герметизации подвижного каната с гидравлическими механизмами в виде упругих оболочек.

На Фиг.2 показана схема устройства для герметизации подвижного каната с гидравлическими механизмами в виде поршневых пар.

Устройство для герметизации гибкой тяги было выполнено в двух вариантах:

- с гидравлическими механизмами в виде упругих оболочек (см. Фиг.1);

- с гидравлическими механизмами в виде поршневых пар (см. Фиг.2).

Первый вариант.

Устройство для герметизации гибкой тяги 1 (см. Фиг.1), например, в виде каната, содержит корпус 2 с узлом крепления 3, основной уплотнитель 4 с упругой оболочкой 5, основной мультипликатор 6, соединенный трубкой 7 с внутренней полостью 8 упругой оболочки 5. В состав устройства для герметизации входят также дополнительный мультипликатор 9 и дополнительный уплотнитель 10, содержащий дополнительную упругую оболочку 11 с внутренней полостью 12, которая соединена трубкой 13 с дополнительным мультипликатором 9. Уплотнители 4 и 10 оснащены сменными уплотнительными элементами 14 и 15, которые внутренней поверхностью 16 охватывают подвижный канат 1, а снаружи взаимодействуют с соответствующими упругими оболочками 5 и 11 уплотнителей 4 и 10.

Вариант второй.

Устройство для герметизации гибкой тяги 1 (см. Фиг.2), например, в виде каната, содержит корпус 2 с узлом крепления 3, основной уплотнитель 4 с поршнем 5, основной мультипликатор 6, соединенный трубкой 7 с внутренней полостью 8, расположенной под поршнем 5. В состав устройства для герметизации входят также дополнительный мультипликатор 9 и дополнительный уплотнитель 10, содержащий дополнительный поршень 11 с расположенной снизу внутренней полостью 12, которая соединена трубкой 13 с дополнительным мультипликатором 9. Уплотнители 4 и 10 оснащены сменными уплотнительными элементами 14 и 15, которые внутренней поверхностью 16 охватывают подвижный канат 1, а снизу взаимодействуют с соответствующими поршнями 5 и 11 уплотнителей 4 и 10.

Остальные признаки у первого и второго варианта общие.

Основной мультипликатор 6 (см. Фиг.1 и 2), находящийся под воздействием внешнего регулировочного давления Р_р, оснащен усилителем 17, состоящим из цилиндра 18 с поршнем 19, при этом дополнительный мультипликатор 9 и усилитель 17 мультипликатора 6 также находятся под воздействием внешнего регулировочного давления Р_р'. Рабочие объемы V и V_д каждого мультипликатора 6 и 9, которые сообщаются с соответствующими внутренними полостями 8 и 12 гидравлических механизмов 5 и 11, не превышают соответствующий им начальный объем V_c1 и V_c2 сменных уплотнительных элементов 14 и 15. Каждый мультипликатор 6 и 9 может быть снабжен индикатором износа взаимодействующего с ним сменного уплотнительного элемента 14 и 15, выполненного в виде указателя положения 20 или 21 соответственно поршней 22 и 23 или поршня 24 мультипликатора 6 или 9. Между уплотнителями 4 и 10 расположена корпусная полость 25, которая через дренажный канал 26 сообщается с емкостью 27 (показана схематично) для сбора и удаления жидкости, размещенная снаружи корпуса 2. Емкость 27, объем которой не меньше объема просачивающейся жидкости в корпусную полость при подъеме каната 1 из скважины (не показана), через клапан 28, пропускающий при спуске каната 1 внутрь скважины, сообщена с устьем скважины, находящимся под давлением Р_c. От несанкционированных перетоков жидкости в устройстве предотвращают уплотнительные кольца 29, 30, 31, 32, 33 и 34. Для исключения подсасывания воздуха из емкости 27 в скважину выше клапана 28 емкости может быть расположен воздушный клапан 35, не пропускающий воздух из емкости в скважину и выполненный, например, в виде поплавка, перекрывающего переток воздуха через клапан 28 при полном сливе жидкости из емкости 27 в скважину.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство фиксируют узлом крепления 3 (см. Фиг.1 и 2), состоящим из направляющих 36, 37, 38 и штифтов 39, которые закрепляют в корпусе 2 сменные уплотнительные элементы 14 и 15. Поршни 19, 22, 23 и 24 устанавливают в исходном положении (крайнее нижнее положение на Фиг.1 и 2). Внутренние полости 8 и 12 гидравлических механизмов 5 и 11 уплотнителей 4 и 10, трубки 7 и 13, а также рабочие объемы V и V_д мультипликаторов 6 и 9 и каналы 40 и 41 для подачи регулировочных давлений Р_р и Р_р′ заполняют рабочей жидкостью, которая является практически несжимаемой и не замерзающей во всем температурном диапазоне эксплуатации (например трансформаторным маслом, жидкостью для гидросистем типа АМГ и др.). Устройство в собранном виде устанавливают в вернхей части лубрикатора 42. К канату 1 присоединяют необходимое скважинное оборудование 43 (например, грузы, сваб) и вводят его в лубрикатор 42. Лубрикатор 42 герметично монтируют на буферном запорном органе устьевой арматуры скважины. Открывают буферный запорный орган, сообщая полость лубрикатора 42 со скважиной. Опускают на канате 1 сваб 43 в скважину и осуществляют процесс подъема из скважины жидкости периодическим погружением сваба 43 под уровень жидкости с последующим подъемом столба жидкости свабом 43. Для обеспечения герметичности и очистки каната от скважинной жидкости от источника переменного давления (насоса) подают по каналам 40 и 41 рабочую жидкость соответственно в дополнительный мультипликатор 9 и усилитель 17 под давлением Р_р′ и основной мультипликатор 6 под давлением Р_р, минимально необходимыми и достаточными для плотного обжатия уплотнительными элементами 14 и 15 каната 1. При возвратно-поступательном движении каната 1 он своей поверхностью изнашивает прижатые к нему уплотнительные элементы 14 и 15. Объем уплотнительных элементов 14 и 15 уменьшается на величину износа. Рабочая жидкость из рабочих объемов V и V_д под давлением поршней 22 и 23 во внутренние полости 8 и 12 гидравлических механизмов 5 и 11, которые, раздуваясь (см. Фиг.1) или перемещаясь вверх, (см. Фиг.2), деформируют изношенные уплотнительные элементы 14 (см. Фиг.1 и 2) и 15, плотно прижимая их внутренней поверхностью 16 к канату 1. По мере износа уплотнительного элемента 15 появляется утечка герметизируемой скважинной жидкости, которая собирается в корпусной полости 25 между уплотнительными элементами 14 и 15 и отводится по дренажному каналу 26 в емкость 27, расположенную снаружи корпуса 2. При увеличении утечки сверх допустимой величины (превышающий объем емкости 27) или при пропуске герметизируемой среды в атмосферу через уплотнительный элемент 14 увеличивают величину регулировочных давлений Р_р и Р_р′ от источников переменного давления на минимально необходимую для восстановления герметичности величину.

При перемещении каната 1 с внутрискважинным оборудованием 43 вниз внутри-скважинное давление Р_с снижается, особенно это характерно для скважинного оборудования 43 с наружным диаметром, близким по размерам с внутренним диаметром скважины, например, сваб. При этом жидкость из емкости 27 через клапан 28, настроенный на пропускание при превышении определенного перепада давлений, перетекает обратно в скважину. В результате не требуется утилизация и отвод этой жидкости от скважины. При этом величину регулировочных давлений Р_р и Р_р′ снижают для исключения повышенного износа уплотнительных элементов 14 и 15.

Постоянный контроль за состоянием уплотнительных элементов 14 и 15 (степенью износа) при работе устройства осуществляют визуально по величине выхода соответствующих указателей положения поршня 20 и 21 из мультипликаторов 6 и 9. Возможность постоянного контроля состояния уплотнительных элементов 14 и 15 обеспечивает высокую надежность работы устройства, поскольку позволяет своевременно принять меры к замене изношенных уплотнительных элементов 14 и 15, не допуская неожиданной разгерметизации устья скважины. При необходимости замену сменных уплотнительных элементов 14, 15 и 22 осуществляют следующим образом. Скважинное оборудование 43 вводят в лубрикатор 42. Буферный запорный орган (не показан) закрывают, давление в полости лубрикатора 42 выравнивают с атмосферным за счет снижения давлений Р_р и Р_р′ соответствующих мультипликаторов 6 и 9. Штифты 39 извлекают из корпуса 2, после чего осуществляют движение каната 1 вверх до выхода из корпуса 2 (не показано) вместе с канатом 1 сменных уплотнительных элементов 14 (см. Фиг.1) и 15 с направляющими 36, 37 и направляющую 38, в которую упирается сваб 43 или сменных уплотнительных элементов 14 (см. Фиг.2) и 15 с направляющими 36, 37, направляющую 38, в которую упирается сваб 43, вместе с гидравлическими механизмами 5 и 11. Сборку устройства после замены уплотнительных элементов 14 (см. Фиг.1 и 2) и 15 осуществляют в обратном порядке и устройство готово к последующей эксплуатации.

Использование предлагаемой конструкции устройства дает возможность надежной изоляции подвижных гибких носителей со сложной изолируемой поверхностью (например, канат) с минимально возможным износом уплотнительных элементов за счет использования наружных мультипликаторов переменного давления для всех уплотнителей и экономии средств за счет отвода просачивающейся жидкости непосредственно в скважину.

1. Устройство для герметизации гибкой тяги, содержащее корпус с узлом крепления, основной и дополнительный уплотнители, оснащенные сменными уплотнительными элементами и основным и дополнительным поджимающими уплотнительные элементы к гибкой тяге гидравлическими механизмами, которые соединены с соответствующими основным и дополнительным мультипликаторами, корпусную полость с дренажным каналом, расположенную между уплотнителями, причем дополнительный мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением, отличающееся тем, что основной мультипликатор выполнен с возможностью управления внешним регулировочным давлением, а снаружи корпуса размещена емкость для сбора и удаления жидкости, сообщающаяся посредством дренажного канала с корпусной полостью и с устьем скважины через клапан, открывающийся при спуске каната внутрь скважины, при этом объем емкости не меньше объема просачивающейся жидкости в корпусную полость при подъеме каната из скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выше клапана емкости расположен воздушный клапан, не пропускающий воздух из емкости в скважину.