Производство геофизического оборудования и спецтехники
г. Набережные Челны пр. Хасана Туфана, 12 офис 1901 — 1902
Сальниковое устройство СУ-02
Сальниковое устройство СУ-02 применяется в составе лубрикатора и служит для герметизации проволоки или кабеля в ходе проведения геофизических исследований скважин
Сальниковое устройство СУ-02
Сальниковое устройство СУ-02 применяется в составе лубрикатора скважинного и служит для герметизации устья нефтяных и газовых скважин, находящихся в ремонте и освоении, при промывке их под давлением без демонтажа ротора и герметизатора, для исключения утечек нефти между полированным штоком и уплотнением сальника. Устройство имеет двухкамерное исполнение.
Рабочая среда: буровые растворы, нефть, газ, газоконденсат, вода, промывочная жидкость и их смеси.
Комплектация устройства СУ-02
Корпус
Рукоятка
Набивка
Паспорт и руководство
Техническое особенности СУ-02
Простота в эксплуатации и высокое рабочее давление до 70 МПа.
Высокая устойчивость к среде с высоким содержанием СО₂ и H₂S.
Источник
Сальниковое устройство для герметизации кабеля при геофизических исследованиях скважины Советский патент 1982 года по МПК E21B33/03
Описание патента на изобретение SU985252A1
(54) САЛЬНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ КАБЕЛЯ ПРИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ СКВАЖИНЫ
Изобретение относится к герметизации устья при геофизических исследованиях геологоразведочных скважин, а именно для спуско-подъемных операций различных приборов и устройств в скважину под давлением.
Известно сальниковое устройство для герметизации кабеля при геофизических исследованиях скважин, содержао;ее корпус с сальником, муфту, ролики и вал 1 ..
Недостатками устройства являются ненадежная герметизация, быстрый износ уплотнительных элементов, нестабильность усилия натяжения кабеля, что исключает возможность его широкого применения при исследовании глубоких скважин.
Известно также сальниковое устройство для герметизации к-абеля при геофизических исследованиях скважин, включающее кожух, корпус, разъемные уплотнительные вкладыши с пазами на внутренней поверхности под нарезку брони кабеля и подшипники для связи корпуса и вкладышей с кожухом 2 .
При такой конструкции уплотняющего устройства вращение кассеты с уплотнительной системой с частотой навивки брони происходит только за счет осевого движения бронированного кабеля, что вызывает появление дополнительного натяжения кабеля, которое приводит к увеличению усталостных явлений в металле брони и самой кассеты и, следовательно, к быстрому износу кабеля и уплотняющих элементов. При
10 спуске кабель может останавливаться из-за дополнительного обжима кабеля эластичной оболочкой за счет I осевой деформации уплотняющей втулки, обусловленной напором скважин15ной жидкости.
У втулки в кассетной системе отсутствует плоскость разъема, что не позволяет пропускать через устройство кабельную головку и прибор.
Цель изобретения — повышение надежности в работе устройства за счет исключения дополнительного натяжения кабеля.
Указанная цель достигается тем,
25 что в сальниковом устройстве для герметизации кабеля при геофизических исследованиях скважины, включающем кожух, корпус, разъемные уплотнительные вкладыши с пазами
30 на внутренней поверхности под нарезку брони кабеля и подшипники для связи корпуса и вкладышей -с кожухом, в кожухе установлен привод вкладышей, причем последние снабжены размещенными в их пазах разъем 1ыми кольцами с эластичными полушай feaMH, между 1(оторыми установлены рбрезиненные шарики. На фиг, 1Изображено предлагаемое устройство, разрез ; на фиг.2 узел I на фиг. 1 (элементы конст:рукции наборного пакета, осуществляющего уплотнение кабеля внутри вращающихся вкладышей ). Сальниковое устройство включает верхний 1 и нижний 2 кожухи, уплот нительный узел, который имеет корпу 3 с конической фрикционной поверхностью, внутри которого жестко закреплены тугая посадка; уплотнитель разъемные вкладыши 4, снабженные наборными пакетами, состоящими из разъемных колец 5 с надетыми на них эластичными полушайбами б и размещенных между ними обрезиненных шари ков 7, центрирующие элементы 8, резиновые уплотнительные кольца 9, упорные подшипники 10, привод вкладышей — турбинку 11 с коническим диском 12, который составляет с конической поверхностью корпуса 3 фрикционную пару, трубопровод 13, вентиля 14 и 15 для подачи скважинной жидкости, индикатор 16 оборотов турбинки 11, вентиль 17 выпуска скважинной жидкости. При движении каротажного кабеля через наборный пакет уплотнительного устройства, элементами которог являются разъемные кольца 5 с эластичными полушайбами 6 и расположенные между ними обрезиненные шарики 7, разъемные вкладыши 4 испытывают основной крутящий момент, возникающий в результате взаимодействия витой наружной брони каротажного кабеля с элементами наборного пакет расположенными под углом, соответствующим углу навивки брони кабеля Нагрузка, которую испытывает ка ротажный кабель при создании крутящего момента, приложенного через элементы наборного пакета к разъем ным вкладышам 4, а затем через них (благодаря тугой посадке) к корпусу 3, частично компенсируется за счет дополнительного (совпадающего по направлению ) крутящего момента, развиваемого турбинкой 11, которая сообщается по каналу А с полостью скважины, находящейся под давлением. Узел турбинки 11 работает следу щим образом. Скважинная жидкость под давлени ем поступает через вентиль 14 (при подъеме кабеляJ или через вентиль 15 (при его спуске) в рабочую каме ру турбинки и воздействует на ее крыльчатку, которая приводит в движение соосный с турбинкой 11 конический диск 12, который через :фрикционную пару передает дополнительный вращающий момент на корпус 3, проворачивающийся на упорных подшипниках 10. Отработанная скважинная жидкость из рабочей камеры турбинки 11 поступает наружу через выпускной венгиль 17. Величина дополнительного момента может регулироваться расходом скважинной жидкости, поступающей через вентили 14 и 15 на крыльчатку турбинки 11. Степень синхронности оборотов турбинки 11 и корпуса 3 оценивается с помощью соответствующих индикаторов 16 и 18 числа оборотов. Центровка каротажного кабеля при его движении через уплотнительное устройство осуществляется с помощью центрирующих элементов 8. На кабель, движущийся через элементы наборного пакета (5 ,.6 ,1) , размещенные в разъемных уплЬтнительных вкладышах 4, действует дополнительное натяжение, вызванное сопротивлением вкладыша его круговому вращению по навивке брони кабеля. Причем сила сопротивления вращению или реактивный момент вращения пропорционален основному моменту, приложенному к вкладышам 4 от движущегося кабеля, величина дополнительного натяжения которого растет с ростом основного и реактивного моментов вращения. Компенсация дополнительного натяжения кабеля осуществляется путем уменьшения реактивного момента враения за счет создания турбинкой 11 ополнительного крутящего момента, овпадающего по направлению с основным моментом. Полная компенсация дополнительного натяжения кабеля наступает при совпадении (, синхронности; частоты вращения узла уплотнительных разъемных вкладышей 4 и частоты вращения турбинки 11. При большом расхождении частот их уравновешивание достигается с помощью изменения напора жидкости на крыльчатке турбинки 11 вентилями 14 или 15. При незначительном расхождении частот они уравновешиваются автоматически за счет работы фрикционной пары. Остаточный, нескомпенсированный за счет предьщущих операций момент вращения приложен к элементам наборного пакета (5, б, 7), конструкция которых обеспечивает дополнительную компенсацию момента за счет упругости составных элементов с помощью их обрезиновки..
Обреэиненные шарики 7,вращаясь и обкатываясь между эластичными полушайбами б разъемных колец 5, размещенных под углом, соответствующим углу навивки брони кабеля, за счет вращения разъемных вклащышей 4 воспринимают воздействие нескомпенсированного момента, который, как правило, носит динамический (кратковременный ) характер.
В процессе вращения и обкатывания обрезиненных шариков вдоль каНсшов, образованных межвитковыми прмежутками брони кабеля, они принима наружную , соответствующую профилю каналок, что в совокупности с плотным облеганием наружной брони с помощью эластичных полушайб обеспечивает повышенную надежность герметизации движущегося кабеля.
Возможность осевого вращения обрезиненных шариков с их одновременым поступательным движением вдоль навивки брони кабеля обеспечивает дополнительную кампенсацию нескомпенсированного момента вращения и исключает тем самым дополнительное натяжение кабеля.
В пакете обрезиненные шарики центрируют в процессе движения бронированный кабель, предохраняя эластичные полушайбы 6 от эксцентриного износа. Обкатывание обрезиненных шариков 7 исключает их неравномерный износ. Это, в свою очередь/ повышает эффективность уплотнения и уменьшает износ каротажного кабеля, что особенно важно при исследовании глубоких скважин.
Изобретение позволяет повысить эффективность сквгикинных работ за счет обеспечения большей оперативности исследований, приводящей к сокращению простоя скважин, и безопасность операций, выполняемых под избыточным давлением на устье.
Сальниковое устройство для герметизации кабеля при геофизических
исследованиях скважины, включающее кожух, корпус, разъемные уплотнительные вклгшыши с пазами на внутренней поверхности под нарезку брони кабеля и подшипники для связи
корпуса и вкладышей с кожухом, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе за счет исключения дополнительного натяжения кабеля, в кожухе установлен привод вкладышей, причем последние снабжены размещенными в их пазах разъемными кольцами с эластичными полушайбами, между которыми установлены обрезиненные шарики;
принятые во внимание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР № 562643, кл. Е 21 В 33/03, 1975.
2.Авторское свидетельство СССР № 735744, кл. Е 21 В 33/03, 1977
w
Источник
способ герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой и устройство для его осуществления
Классы МПК:
E21B33/03 устья скважин; оборудование для этой цели F16J15/00 Уплотнения
Автор(ы):
Семенцов Анатолий Анатольевич (RU)
Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью «ПЕРМГЕОКАБЕЛЬ» (RU)
Приоритеты:
Изобретение относится к уплотнительной технике. Способ герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой предусматривает взаимодействие верхнего повива брони кабеля с материалом набивки уплотнителя-сальника. На материал набивки уплотнителя-сальника прикладывают первоначальную нагрузку, осуществляя его неупругую деформацию, при которой материалу придают форму «гайки» с многозаходной резьбой, с сохранением ее после снятия первоначальной нагрузки при работе во всем диапазоне перепадов давления. Под действием усилия линейного перемещения геофизического кабеля относительно уплотнителя-сальника создают вращающий момент, обеспечивающий вращение уплотнителя-сальника вокруг оси кабеля. Устройство для осуществления способа выполнено в виде трех сборно-разборных камер, верхней, контактирующей с атмосферой, средней — заполненной смазкой и нижней, установленной на скважину. Рабочие объемы камер подключены через регулятор давления к пространству внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины. Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Формула изобретения
1. Способ герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой, предусматривающий взаимодействие верхнего повива брони кабеля с материалом набивки уплотнителя-сальника, отличающийся тем, что на материал набивки уплотнителя-сальника прикладывают первоначальную нагрузку, осуществляя его неупругую деформацию, при которой материалу придают форму «гайки» с многозаходной резьбой, с сохранением ее после снятия первоначальной нагрузки при работе во всем диапазоне перепадов давления, при этом под действием усилия линейного перемещения геофизического кабеля относительно уплотнителя-сальника создают вращающий момент, обеспечивающий вращение уплотнителя-сальника вокруг оси кабеля.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве набивки уплотнителя-сальника используют материал на основе терморасширенного графита и углеродных нитей.
3. Устройство герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой, содержащее три камеры, верхнюю, контактирующую с атмосферой, среднюю, заполненную смазкой, и нижнюю, установленную на скважину, отличающееся тем, что оно выполнено в виде трех сборно-разборных камер, верхней, контактирующей с атмосферой, средней, заполненной смазкой, и нижней, установленной на скважину, рабочие объемы которых подключены через регулятор давления к пространству внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины, при этом устройство содержит два контура герметизации: первый — герметизирующий кабель вдоль оси его движения, выполненный в виде вращающегося уплотнителя-сальника в форме «гайки» с многозаходной резьбой, установленного в верхней и нижней камерах, и смазки, находящейся в средней камере, выполняющей функцию вязкожидкого уплотнения, второй герметизирует вращающиеся камеры, представляющий собой секции, установленные подвижно посредством подшипников с вращающимися кольцевыми уплотнителями в верхней и нижней камерах, причем рабочий механизм регулятора давления выполнен в виде двух гидроцилиндров, установленных в рабочих объемах вращающегося уплотнителя-сальника верхней и нижней камер.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в средней камере используют высоковязкую смазку, например Ровель-Арматол.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что кольцевые уплотнители содержат вращающиеся кольца, выполненные по технологии порошковой металлургии на основе частиц графита, твердой смазки, контактирующие с неподвижными кольцами, например из металла, установленными в корпусе устройства.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к производству геофизических работ, а именно к конструкции герметизаторов устья скважин, используемых при спуске в них геофизических приборов при достаточно большом перепаде давлений, при которых можно производить геофизические исследования.
Известно устройство сальника устьевого, содержащее корпус, в котором размещены уплотнительные манжеты и распорные кольца, последние выполнены в виде разрезных тарельчатых колец треугольного сечения, а уплотнительные манжеты выполнены разрезными в виде тарельчатых колец клинообразного сечения с дугообразными поверхностями и установлены между распорными кольцами с взаимодействием с поверхностью скольжения, образующей которой ограничено клинообразное сечение (см. патент РФ №2087632, МПК F16J 15/56, опубл. 27.11.97 г.). Изобретение используется в качестве переходника для штока качалки штангового насоса.
Недостатками изобретения является повышенный износ уплотнений, частая смена уплотнений, небольшой ресурс работы.
Классическая схема устройства герметизации устья скважины при проведении геофизических работ предусматривает работу сальниковой набивки в условиях, когда поверхность уплотняемого объекта (геофизического кабеля), имеющего винтообразную (волнообразную) форму, перемещается линейно относительно уплотняющей набивки, которая деформируется под действием приложенного к ней прижимного усилия, и обеспечивает необходимое контактное давление для герметизации. Так как условия работы уплотнителя в процессе герметизации зависят от скорости перемещения кабеля, времени релаксации материала набивки, допустимой утечки скважинной жидкости и др., то режим работы геофизического кабеля при классической схеме герметизации являются крайне неблагоприятными. Для расчета сальникового уплотнителя работающего по вышеуказанной схеме, необходимо, кроме стандартного набора параметров (давления, температуры, типа набивки, габаритов сальников, коэффициентов трения, скорости вращения и т.д.), учитывать еще целый ряд факторов работы набивки при знакопеременных деформациях. Это релаксационные процессы, которые описывают материал набивки, его упругую и остаточную деформацию, эластичность, амплитуду, частоту и период создания напряжения и деформации в материале набивки и т.д. Время работы герметизирующего устройства в реальных условиях довольно непродолжительное, требует частой замены набивки и не обладает большой надежностью.
Задачей создания изобретения является разработка простого в исполнении и надежного в эксплуатации способа герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой, и устройства для его осуществления, позволяющих снизить сопротивление трения в герметизаторе, уменьшить усилия при проталкивании кабеля во время спуска в скважину геофизических приборов, увеличить диапазон перепада давлений, при которых можно производить геофизические исследования.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом таких как, способ герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой, предусматривающий взаимодействие верхнего повива брони кабеля с материалом набивки уплотнителя-сальника, и отличительных существенных признаков таких, как в результате приложения первоначальной нагрузки на материал набивки уплотнителя-сальника, его деформируют и за счет неупругой деформации материал приобретает форму «гайки» с многозаходной резьбой, которая после снятия первоначальной нагрузки сохраняет свою форму при работе во всем диапазоне перепадов давления, при этом под действием усилия линейного перемещения геофизического кабеля относительно уплотнителя-сальника он создает вращающий момент, обеспечивающий вращение уплотнителя-сальника вокруг оси кабеля.
В пункте 2 формулы изобретения нашел отражение материал набивки, а именно в качестве набивки уплотнителя-сальника используют материал на основе терморасширенного графита и углеродных нитей.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, таких как, устройство герметизации геофизического кабеля при движении его между пространством внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой выполнено в виде трех сборно-разборных камер — верхней, контактирующей с атмосферой, средней — заполненной смазкой и нижней, установленной на скважину, рабочие объемы которых подключены через регулятор давления к пространству внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины, при этом устройство содержит два контура герметизации: первый — герметизирующий кабель вдоль оси его движения, выполненный в виде вращающегося сальникового уплотнения, установленного в верхней и нижней камерах и смазки, находящейся в средней камере, выполняющей функцию вязкожидкого уплотнения, второй — герметизирует вращающиеся камеры, представляющий собой секции, установленные подвижно посредством подшипников с вращающимися кольцевыми уплотнителями в верхней и нижней камерах, причем рабочий механизм регулятора давления выполнен в виде двух гидроцилиндров, установленных в рабочих объемах вращающегося сальникового уплотнения верхней и нижней камер.
Согласно пункту 4 формулы изобретения в средней камере используют высоковязкую смазку, например, Ровель-Арматол.
Особенность конструктивного выполнения кольцевых уплотнителей нашла отражение в пункте 5 формулы изобретения, а именно кольцевые уплотнители содержат вращающиеся кольца, выполненные по технологии порошковой металлургии на основе частиц графита, твердой и «вечной» смазки, контактирующими с неподвижными кольцами, выполненными из того же материала, установленными в корпусе устройства.
Согласно изобретению автором впервые предложено применить герметизатор устья скважины (далее ГУС) вращающегося типа. При этом материал набивки обладает достаточно низким коэффициентом трения, хорошей теплопроводностью для отвода тепла из зоны трения и устойчивостью к истиранию при контакте со стальной броней геофизического кабеля. Образованная таким образом пара кабель-набивка («винт-гайка») дополнительно смазывается по поверхности трения за счет постоянной смазки, это позволяет снизить сопротивление трения в этом узле, в результате уменьшаются усилия при проталкивании кабеля во время спуска в скважину геофизических приборов, и увеличивается диапазон перепада давлений, при которых можно производить геофизические исследования.
Вышеописанный способ реализуется с помощью устройства, выполненного в виде трех сборно-разборных камер — верхней, контактирующей с атмосферой, средней — заполненной смазкой и нижней, установленной на скважину, рабочие объемы которых подключены через регулятор давления к пространству внутри колонны добывающей или нагнетательной скважины. Камера, расположенная в средней части устройства, предназначена:
— компенсировать падение контактного давления па границе трущихся поверхностей сальник-кабель;
— осуществлять смазку трущихся поверхностей в паре сальник-кабель,
— обеспечивать герметизацию пространства между наружным и внутренним слоями брони и предотвращать утечку по этим каналам,
— компенсировать потери смазки в пустотном пространстве между повивами брони,
— обеспечивать постоянную смазку кабеля и защиту его брони от коррозии.
С целью оптимизации режимов работы ГУС предлагается в качестве регулирующего фактора использовать давление в скважине, за счет обеспечения обратной связи и автоматической регулировки давлений во всех камерах. Для этого используется регулятор давления с соответствующими перепадами давления и передачи его от внутрискважинного пространства в рабочие камеры ГУС. Секции второго контура свободно вращаются на подшипниках, а кольцевые уплотнители снимают перепад давления скважина-атмосфера и герметично разделяют все камеры ГУС.
Вышеперечисленная совокупность признаков позволяет получить следующий технический результат: Предложенная конструкция ГУС обеспечивает проведение спуско-подьемных операций геофизического кабеля при исследованиях скважин с избыточным давлением на устье за счет кругового вращения секций герметизации кабеля при движущемся линейно кабеле и при минимальных значениях потерь на трение в набивке. Сила противодействия спуску становится примерно равной давлению в скважине и пропорциональна диаметру кабеля.
Изобретение иллюстрируется примером осуществления и прилагаемыми к нему чертежами. На Фиг.1 представлены графики: связь скважинного Р скв и контактного Р к давления в ГУС. На фиг.2 представлен разрез предлагаемого устройства.) На Фиг.3 дан разрез вращающегося кольцевого уплотнителя.
Пример осуществления изобретения.
Для того чтобы представить, какие процессы происходят при герметизации устья скважины, рассмотрим взаимосвязь давления в скважине (Р скв ) и контактного давления (Р к ), Фиг.1. Подавляющее количество герметизирующих устройств, которые применяются при проведении геофизических исследований в скважинах с избыточным давлением, требуют поджима сальниковой набивки по мере появления утечки скважинного флюида в процессе каротажа.
Для герметизации устья используются в основном механические и гидравлические способы поджима набивки. Как правило, в начальный момент работы ГУС каротажники поднимают контактное давление Р к до величины, превышающей оптимальное значение, увеличивая тем самым интервал времени до следующего поджатия. Временная зависимость контактного давления без дополнительной операции по поджатию набивки для стандартного (в большинстве случаев резинового) уплотнителя представлена на Фиг.1 линия «а». Ломаная линия «б» на Фиг.1 представляет реальный процесс поджима сальника во времени при фиксированном давлении в скважине Р скв , причем при каждом последующем цикле поджатия уплотнителя уменьшается время работы сальниковой набивки. Линия «в» на Фиг.1 показывает, что для предлагаемого ГУС контактное давление Р к находится всегда в оптимальной области давлений.
Р к устанавливается автоматически в зависимости от скважинного давления и представляет практически прямую линию в сопоставимых масштабах времени, поскольку ресурс работы материала уплотнителя на несколько порядков выше, чем применяемый сегодня на практике. Прямая линия в левой половине фиг.1 поз.«г» находится в зоне оптимального режима работы уплотнителя и показывает, как изменяется контактное давление Р к в сальнике во всем рабочем диапазоне изменения давления в скважине при наличии обратной связи с Р скв для гарантированной герметизации кабеля. ГУС автоматически поддерживает контактное давление и работает в «дежурном» режиме и при появлении перепада давления срабатывает мгновенно, обеспечивая необходимое условие герметизации.
Кабель является объектом, на котором набивка ГУС обжимается, заполняет все неровности верхнего повива проволоки брони и совместно с уплотнителем приобретает свойства пары «винт-гайка». Кабель представляет собой конструкцию в виде «многозаходного винта», на котором имеется «многозаходная резьба», образованная проволоками повива брони с шагом, равным 7,5 диаметрам кабеля (ГОСТ Р 51978), и высотой «резьбы», равной половине диаметра проволоки наружного повива брони. В результате приложенной первоначальной нагрузки на материал уплотнителя-сальника его деформируют и за счет неупругой деформации материала набивки приобретает форму «гайки» с многозаходной резьбой. После снятия первоначальной нагрузки форма ее сохраняется при работе во всем диапазоне применяемых перепадов давления. Под действием усилия линейного перемещения геофизического кабеля относительно сальниковой набивки создается вращающий момент в набивке, обеспечивающий вращение ее вокруг оси кабеля. Условия работы герметизирующего устройства кардинально меняются, поскольку процесс уплотнения происходит без необходимости подвергать набивку знакопеременным деформациям, а процесс уплотнения вполне укладываются в классическую схему построения и расчета сальникового уплотнителя.
где Р x — контактное усилие прижатия набивки сальника к кабелю;
m — коэффициент, учитывающий состав набивки сальника, изменяется от 1 до 5;
Р о — усилие обжатия сальниковой набивки, пропорциональное давлению в скважине;
f= /m; — коэффициент трения набивки о кабель;
у=h — высота сальника;
S=(D-d)/2, — D — диаметр сальника, d — диаметр кабеля.
Учитывая то, что трение скольжения в паре кабель-сальник («винт-гайка») намного ниже, чем трение движения кабеля в неподвижной набивке, когда процесс герметизации происходит за счет знакопеременной деформации материала набивки сальника (как правило — резины, полиуретана и пр.), предлагается применить ГУС вращающегося типа. Образованная таким образом пара кабель-набивка («винт-гайка») дополнительно смазывается по поверхности трения за счет постоянной смазки, это позволяет снизить сопротивление трения в этом узле, в результате уменьшаются усилия при проталкивании кабеля во время спуска в скважину геофизических приборов, и увеличивается диапазон перепада давлений, при которых можно производить геофизические исследования.
Устройство герметизации геофизического кабеля 1 (фиг.2) при движении его между пространством внутри колонны 2 добывающей или нагнетательной скважины и атмосферой выполнено в виде трех сборно-разборных камер — верхней 3, контактирующей с атмосферой, средней 4 — заполненной смазкой 5 и нижней 6, установленной на скважину, рабочие объемы которых подключены через регулятор давления 7 к пространству внутри колонны 2 добывающей или нагнетательной скважины 1, при этом устройство содержит два контура герметизации: первый — герметизирующий кабель вдоль оси его движения, выполненный в виде вращающегося сальникового уплотнения 8, установленного в верхней 3 и нижней 6 камерах и смазки 5, находящейся в средней 4 камере, выполняющей функцию вязкожидкого уплотнения, второй — герметизирует вращающиеся камеры, представляющий собой секции 9, установленные подвижно посредством подшипников 10 с вращающимися кольцевыми уплотнителями 11 в верхней 3 и нижней 6 камерах, причем рабочий механизм регулятора давления 7 выполнен в виде двух гидроцилиндров 12, установленных в рабочих объемах 13 вращающегося сальникового уплотнения 8 верхней 3 и нижней 6 камер.
В средней камере 4 используют высоковязкую смазку 5, например Ровель-Арматол (ТУ 0254-086-00148843-2002, Компания «Прикамье» Прайс-лист).
Кольцевые уплотнители 11 (Фиг.3) содержат вращающиеся кольца 14, выполненные по технологии порошковой металлургии на основе частиц графита, твердой и «вечной» смазки, контактирующими с одной стороны с герметизирующим резиновым кольцом 15, а с другой стороны — с неподвижным кольцом 16 аналогичного состава, установленными с герметизирующим кольцом из резины 17 в корпусе верхней 3 и нижней 6 камер.
Устройство работает следующим образом.
Устройство герметизации (Фиг.2) устроено таким образом, что перепад давления при движении геофизического кабеля снимается за счет двухконтурной системы снятия перепада давления. Первый контур создает условия для герметизации вдоль поверхности движущегося кабеля, а второй контур обеспечивает работу вращающегося узла уплотнителя-сальника в условиях перепада давления.
Первый контур обеспечивает герметизацию вдоль поверхности движущегося геофизического кабеля. Он образуется из двух вращающихся набивок, выполненных из материала, состоящего из терморасширенного графита, углеродных нитей, фторопласта и силикона (поз.8. фиг.2) и камеры (поз.4. фиг.2), в которой находится вязкая смазка (например, Ровел-Арматол). Камера 4 расположена между уплотнительными элементами, а смазка, находящаяся в ней, несет функцию «вязкого жидкого уплотнителя», а также смазывает трущиеся поверхности набивки и кабеля. Снятие давления в первом контуре обеспечивается конструкцией, состоящей из трех составных частей. В двух камерах, расположенных по краям устройства, находятся уплотнительные элементы специальной конструкции, выполненные из материала, который обладает достаточной эластичностью, износостойкостью, а конструкция самой набивки обеспечивает эффективную передачу давления от приложенной нагрузки Р к на протяжении всего контакта с броней кабеля.
Материал набивки обладает достаточно низким коэффициентом трения, хорошей теплопроводностью для отвода тепла из зоны трения и устойчивостью к истиранию при контакте со стальной броней геофизического кабеля. В средней камере находится специальная смазка, она попадает в зону трения скольжения кабеля и набивки, смазывает эту зону и одновременно служит дополнительным уплотнителем.
Второй контур состоит из двух автономных секций, каждая из которых обеспечивает возможность вращения уплотнительных элементов вокруг кабеля в условиях перепада давления. Первая секция этого контура расположена между скважиной и камерой со смазкой, вторая секция расположена между камерой со смазкой и атмосферой. Элементы второго контура, обеспечивающие работоспособность каждой камеры, являются вращающиеся кольцевые уплотнители (поз.11 фиг.2, детально фиг.3), подшипники (поз.10. фиг.2), сборно-разборная камера для передачи давления на набивку ГУС (поз.13. фиг.2).
Перепад давления снимается на контактной поверхности (поз.А. фиг.3.) кольца (поз.14. фиг.3), которое вращается относительно поверхности второго неподвижного кольца (поз.17. фиг.3), а место контакта трердое, притертое, отшлифованное с точностью порядка 0.3 мкм из специально подобранного материала, в который введены частицы графита — твердой и вечной смазки. Суть работы кольцевого уплотнителя в том, что герметизация вращающихся деталей происходит при помощи неподвижных эластичных (например, резиновых) колец (поз.15. и 18. фиг.3), когда нет движущихся частей в месте уплотнения и нет трения уплотняющих элементов по металлу, а значит нет износа и протечки.
Такая конструкция обеспечивает герметизацию каждой секции.
Возможно изготовление второго контура (не показан) из одной подвижной (вращающейся) секции, которая обеспечивает вращение двух камер для передачи давления на уплотнительные элементы, обеспечивающих движение кабеля в условиях перепада давления. Работоспособность контура обеспечивается вращающимися кольцевыми уплотнителями, подшипниками и двух камер для работы набивки.
При больших перепадах давлений в скважине и для создания более благоприятных условий работы кольцевых уплотнителей (уменьшения перепада давления в месте контакта колец) возможен вариант со ступенчатым снятием перепада давления за счет установки дополнительного кольцевого уплотнения со стороны контакта ГУС с атмосферой (не показан).
Работа кольцевых уплотнителей второго контура достигается за счет подбора специальных материалов для изготовления поверхности, по которой происходит трение скольжения на вращающихся кольцевых уплотнителях.
Секции второго контура свободно вращаются на подшипниках, а кольцевые уплотнители снимают перепад давления скважина-атмосфера и гермитично разделяют все камеры ГУС.
Преимущества описанной установки ГУС по сравнению с традиционно используемыми конструкциями следующие:
— создается min сопротивление движению кабеля при спуске в скважину через герметизирующее устройство, за счет применения новых современных материалов для сальниковой набивки, обладающих низким коэффициентом трения, высокой теплопроводностью и позволяют обеспечить min температуру в зоне трения;
— используется энергия избыточного давления в скважине для оптимизации режима работы сальникового уплотнителя;
— появилась возможность исследования скважин с давлением на устье больше достигнутых на сегодняшний день при применении традиционных уплотнительных материалов и конструкциях лубрикаторов;
— уменьшена вероятность загрязнения скважины и лебедочного отделения подъемника;
— улучшены условия работы для брони кабеля в уплотнителе за счет уменьшения коэффициента трения;
— происходит постоянная смазка кабеля за счет принудительной ее подачи при каждой спускоподъемной операции, уменьшается вероятность возникновения коррозии проволок брони, увеличивается срок эксплуатации кабеля;
— исключены потери смазочного материала при работе на скважинах по сравнению, например, с лабиринтным способом герметизации кабеля.
Следует отметить, что объем патентных притязаний настоящего изобретения не ограничивается описанным выше вариантом его осуществления. Вышеописанное устройство названо автором «Герметизатор устья скважины» (ГУС).
