Манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин

Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в разработке манжеты для обратного клапана, пригодной для использования в системе закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин и имеющей повышенный срок службы. Манжета представляет собой изготовленное из резины кольцо 1 с внутренней боковой цилиндрической поверхностью 2, первым 3 и вторым 4 выступами на противоположных торцевых поверхностях 5 и 6, а также с наружной боковой поверхностью 7, имеющей форму участка конической поверхности, образующие которой составляют острый угол с осью манжеты со стороны торцевой поверхности 5. Первый выступ 3 расположен вдоль внутренней боковой цилиндрической поверхности 2 и выполнен уменьшающимся к вершине 8 в поперечном сечении. Второй выступ 4 расположен вдоль внешнего периметра манжеты и выполнен в сечении с вершиной 9 и имеет форму угла, стороны 10 и 11 которого расположены под тупыми углами к торцевой поверхности 6, выполненной плоской и сопряженной с внутренней цилиндрической поверхностью 2 под прямым углом, и к наружной боковой поверхности 7. Торцевая поверхность 5 выполнена утопленной в направлении первого выступа 3 и имеет коническую форму. 1 з.п. ф-лы, 2 Ил.

Полезная модель относится к нефте- и газодобывающей отрасли промышленности, а конкретно к манжете для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин.

Известны клапаны с резиновым уплотнением, выполненным в виде круглой шайбы из листовой резины, закрепленной механически, или выполненным в виде резинового кольца, заведенного в паз типа «ласточкин хвост» (Орлов П.И., Основы конструирования, Справочно-методическое пособие, Москва, Машиностроение, 1988, книга 1, стр.521, рис.750, изображения II, V и VI).

Уплотнительные элементы известных конструкций клапанов не могут быть использованы в системах закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, поскольку такие уплотнительные элементы успевают износиться и прекратить выполнять свою функцию до завершения цикла цементирования одной нефтяной скважины. Это обусловлено значительным абразивным воздействием перекачиваемого раствора на уплотнительный элемент, а также высокими давлениями в системе.

В конструкциях, показанных на изображениях II и V уплотнительные элементы установлены таким образом, что создают своего рода преграду потоку раствора при его прохождении через клапан. Это приводит к быстрому удалению выступающей части уплотнительного элемента за счет абразивного воздействия и прекращению выполнения клапаном его функции.

В конструкции, показанной на изображении V возможен выход из строя клапана из-за вырывания уплотнения из паза за счет динамического воздействия на уплотнение раствора, протекающего через клапан под большим давлением, возникающим периодически.

Последнего недостатка частично лишена конструкция, показанная на изображении VI, поскольку уплотняющая поверхность уплотнения и поверхность детали, на которой уплотняющий элемент установлен, лежат в одно плоскости. В этом случае поток раствора плавно обтекает уплотнение, что уменьшает степень абразивного воздействия на уплотнение. Однако в этой известной конструкции абразивному воздействию подвергается внешний край уплотнения, имеющий в сечении прямой угол. Износ уплотнения в этой зоне также приводит к выходу клапана из строя, поскольку в результате абразивного воздействия может быть полностью удалена уплотняющая зона уплотнения в цикле цементирования одной скважины.

Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в разработке манжеты для обратного клапана, пригодной для использования в системе закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин и имеющей повышенный срок службы.

Эта техническая проблема решена манжетой для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, выполненной из резины в форме кольца с внутренней боковой цилиндрической поверхностью, первым и вторым выступами на противоположных торцевых поверхностях, а также с наружной боковой поверхностью, имеющей форму участка конической поверхности, образующие которой составляют острый угол с осью манжеты со стороны торцевой поверхности, на которой расположен первый выступ.

Первый выступ расположен вдоль внутренней боковой цилиндрической поверхности и выполнен уменьшающимся к вершине в поперечном сечении.

Второй выступ расположен вдоль внешнего периметра манжеты и выполнен в сечении с вершиной и имеет форму угла, стороны которого расположены под тупыми углами к торцевой поверхности, на которой он расположен, выполненной плоской и сопряженной с внутренней цилиндрической поверхностью под прямым углом, и к наружной боковой поверхности.

Торцевая поверхность, на которой расположен первый выступ, выполнена утопленной в направлении первого выступа и имеет коническую форму.

Описанная выше форма выполнения второго выступа, поверхность которого, сопрягаемая с наружной боковой поверхностью и выполняющая непосредственно функцию уплотнения, более плавно обтекается цементным раствором, причем давление раствора в этом случае за счет такой конфигурации уменьшается к периферии манжеты. Выполнение наружной боковой поверхности конической позволяет манжете упруго деформироваться под динамическим воздействием потока, что уменьшает степень абразивного воздействия на поверхность второго выступа, сопрягаемую с наружной боковой поверхностью.

Наличие первого выступа и выполнение утопленной торцевой поверхности, на которой он расположен, позволяет добиться надежного механического закрепления манжеты и ее удержания при импульсных динамических воздействиях потока раствора для цементирования скважин.

Как правило, манжета изготавливается из резины, относящейся к группе резин средней твердости.

Возможность осуществления полезной модели иллюстрируется конкретным примером.

На фиг.1, показана манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин в разрезе.

Манжета представляет собой изготовленное из резины кольцо 1 с внутренней боковой цилиндрической поверхностью 2, первым 3 и вторым 4 выступами на противоположных торцевых поверхностях 5 и 6, а также с наружной боковой поверхностью 7, имеющей форму участка конической поверхности, образующие которой составляют острый угол с осью манжеты со стороны торцевой поверхности 5.

Первый выступ 3 расположен вдоль внутренней боковой цилиндрической поверхности 2 и выполнен уменьшающимся к вершине 8 в поперечном сечении.

Второй выступ 4 расположен вдоль внешнего периметра манжеты и выполнен в сечении с вершиной 9 и имеет форму угла, стороны 10 и 11 которого расположены под тупыми углами, соответственно, к торцевой поверхности 6, выполненной плоской и сопряженной с внутренней цилиндрической поверхностью 2 под прямым углом, и к наружной боковой поверхности 7.

Торцевая поверхность 5 выполнена утопленной в направлении первого выступа 3 и имеет коническую форму.

Вариант использования выполненной в соответствии с настоящей полезной моделью манжетой в конструкции обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, проиллюстрирован на фиг.2, где показан поперечный разрез закрывающей детали обратного клапана.

Закрывающая деталь 12 с направляющими выступами 13 имеет коническую посадочную поверхность 14 и расположенную с обратной стороны плоскую поверхность 15 с конической фаской 16, к которым примыкает манжета торцевой поверхностью 6 и обращенной внутрь поверхностью, образованной упомянутой выше стороной 10 второго выступа 4.

Со стороны плоской поверхности 15 на закрывающей детали 12 закреплена шайба 17, выполненная с кольцевой выемкой 18, в которой располагается первый выступ 3 манжеты, благодаря чему манжета плотно удерживается на закрепляющей детали 12. При этом кромка 19 шайбы 17 из-за утопленности торцевой поверхности 5 плотно прижимается к конической фаске 16 закрывающей детали 12.

Поток раствора, изменяя направление движения по посадочной поверхности 14, продолжает свое движение, не встречая сопротивления вдоль поверхности, образованной стороной 10 второго выступа 4 манжеты. Поток не может открыть зазор между телом (1)

манжеты и фаской 16 благодаря тому, что манжета прижата кромкой 19 шайбы 17. При этом край 20 под воздействием потока может упруго отгибаться.

Очевидно, что может быть реализована и иная схема установки (на чертежах не показана), когда первый выступ входит в канавку, выполненную на запорной детали клапана, а закрепление манжеты осуществляется шайбой, располагаемой с контактом с торцевой поверхностью 6.

Манжета изготавливается по традиционной технологии для резинотехнических изделий из невулканизованной резиновой смеси с использованием прессформы. Предпочтительно использовать резины средней твердости. Например, может быть использована невулканизованная резиновая смесь марки ИРП-1293 (ТУ 38 305152-04). Могут быть использованы также резины повышенной твердости.

1. Манжета для уплотнения обратного клапана системы закачки раствора для цементирования нефтяных или газовых скважин, выполненная из резины в форме кольца с внутренней боковой цилиндрической поверхностью, первым и вторым выступами на противоположных торцевых поверхностях, а также с наружной боковой поверхностью, имеющей форму участка конической поверхности, образующие которой составляют острый угол с осью манжеты со стороны торцевой поверхности, на которой расположен первый выступ, первый выступ расположен вдоль внутренней боковой цилиндрической поверхности и выполнен уменьшающимся к вершине в поперечном сечении, второй выступ расположен вдоль внешнего периметра манжеты и выполнен в сечении с вершиной и имеет форму угла, стороны которого расположены под тупыми углами к торцевой поверхности, на которой он расположен, выполненной плоской и сопряженной с внутренней цилиндрической поверхностью под прямым углом, и к наружной боковой поверхности, при этом торцевая поверхность, на которой расположен первый выступ, выполнена утопленной в направлении первого выступа и имеет коническую форму.

2. Манжета по п.1, отличающаяся тем, что она изготовлена из резины средней твердости.