СВАБ Российский патент 1997 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности в установках для подъема жидкостей из скважин.

Известны свабы, содержащие корпус и установленную на нем манжету, выполненную из эластичного материала, армированного металлической конструкцией (патент США N 4081185, кл. F 16 J 15/32).

Недостатком их является неприменимость в трубах с повышенными предельными отклонениями номинального внутреннего диаметра, высокая трудоемкость подготовки колонны труб, а также низкая долговечность, т.к. в процессе работы сваба имеет место контакт эластичного материала манжеты со стенками труб, что приводит ее к быстрому износу, особенно при использовании труб, бывших в эксплуатации.

Известен также плунжер штангового насоса, содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, и кольца, ограничивающие перемещения уплотнительных элементов, причем уплотнительные элементы подпружинены относительно корпуса (а. св. СССР N 1028874, кл. F 04 В 21/04, F 04 B 47/02).

Недостатком его является низкая долговечность вследствие повышенного износа уплотнительных элементов, т.к. они постоянно прижаты к стенкам цилиндра как при рабочем ходе плунжера вверх, когда это необходимо, так и при холостом ходе его вниз, когда это прижатие, при перетекании жидкости в надплунжерное пространство, вызывает дополнительные сопротивление движению плунжера и является бесполезным и вредным.

Задача изобретения повышение долговечности и надежности сваба в работе за счет уменьшения его износа и расширение области его применения за счет использования в трубах с повышенными предельными отклонениями их внутреннего диаметра, снижение трудоемкости подготовки колонны труб и работы освоения скважины в целом.

Для достижения этой задачи в свабе, содержащем обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами и кольца, ограничивающие перемещение уплотнительных элементов, ограничительные кольца выполнены в виде кольцевых буртиков на корпусе, расположенных по торцам уплотнительных элементов, в полости, ограниченной верхним кольцевым буртиком, расположена шайба с радиальными выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов, на внутренней поверхности уплотнительных элементов выполнены углубления, образующие со смежными уплотнительными элементами единые кольцевые канавки, с боков уплотнительных элементов выполнены сквозные, входящие в углубления прорези, в которых установлены перемычки, боковые выступы которых расположены в кольцевых канавках, а между корпусом и уплотнительными элементами помещена эластичная манжета, полость между которой и корпусом сообщена с надсвабным пространством.

Между манжетой и уплотнительными элементами возможна установка защитной втулки, которая может быть выполнена разрезной по образующей и установлена с перекрытием краев.

В результате такого выполнения сваба повышается его долговечность и надежность в работе за счет уменьшения его износа, поскольку уплотнительные элементы поджимаются к стенкам труб только при рабочем ходе сваба вверх, когда давление жидкости в полости труб над свабом и в сообщенной с ней полости между эластичной манжетой и корпусом возрастает. Возникающий перепад давлений действует на эластичную манжету плотно поджимая ее к внутренней поверхности уплотнительных элементов, исключая возможность утечек между манжетой и уплотнительными элементами. Через манжету перепад давлений передается на уплотнительные элементы, поджимая их к стенкам труб, исключая утечки между свабом и стенками труб.

Радиальность перемещений уплотнительных элементов обеспечивает установленная в полости, ограниченной верхним кольцевым буртиком, шайба с радиальными выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов. Радиальные выступы шайбы являются направляющими для перемещения уплотнительных элементов.

Для того чтобы сваб мог проходить участки труб имеющие диаметры меньше номинального, уплотнительные элементы имеют возможность перемещения к продольной оси сваба. Это перемещение обеспечивается тем, что уплотнительные элементы установлены на свабе с достаточным для перемещения зазорами между собой. Для предотвращения утечек через эти зазоры в прорези, выполненные с боков уплотнительных элементов установлены перемычки, боковые выступы которых расположены в кольцевых канавках, выполненных на внутренней поверхности уплотнительных элементов.

Кольцевые буртики, расположенные с торцов уплотнительных элементов, вне колонны труб удерживают уплотнительны элементы на корпусе сваба, а в колонне труб, кроме этого, наружная поверхность кольцевых буртиков воспринимает нагрузки от ударов сваба о торцы труб в муфтовых соединениях, предохраняя уплотнительные элементы.

При ходе сваба вниз, когда жидкость перетекает через центральный канал и открытый клапан в полость над свабом, перепад давлений отсутствует и уплотнительные элементы без поджатия и практически без износа скользят по стенкам труб.

Для предотвращения выдавливания эластичного материала манжеты при работе сваба на высоких давлениях и для повышения долговечности манжеты, между ней и уплотнительными элементами может быть установлена защитная втулка. Защитная втулка может быть выполнена разрезной по ее образующей и установлена с перекрытием краев. Такое выполнение защитной втулки позволяет ей отслеживать изменяющиеся в зависимости от давления наружный диаметр манжеты и не препятствует радиальному перемещению уплотнительных элементов.

На фиг.1 представлен сваб, продольный разрез; на фиг.2 то же, поперечный разрез; на фиг.3 уплотнительный элемент, продольный разрез.

Сваб содержит корпус, состоящий из основания 1, выполненного с центральным каналом 2, кольцевым буртиком 3 и верхней части 4, являющейся клеткой клапана 5 и выполненной с кольцевым буртиком 6. На корпусе установлены с зазорами между собой и корпусом уплотнительные элементы 7, радиальное перемещение которых ограничивается вышеупомянутыми буртиками. Под кольцевым буртиком 6 расположена шайба 8 выполненная с радиальными выступами 9, которые входят в ответные пазы 10 выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов. На внутренней поверхности уплотнительных элементов выполнены углубления 11, образующие со смежными уплотнительными элементами единые кольцевые канавки, а с боков прорези 12, в которых установлены перемычки 13, перекрывающие зазоры между уплотнительными элементами, входящие своими боковыми выступами 14 в углубления 11.

Между уплотнительными элементами и корпусом расположена эластичная манжета 15, причем между манжетой и корпусом имеется полость 16, сообщенная с полостью 17 насосных труб 18 расположенной над свабом. Сообщение полостей происходит по верхним участкам 19 зазоров между уплотнительными элементами, ограниченных кольцевым буртиком 6 и верхним рядом перемычек 13.

Между эластичной манжетой 15 и уплотнительными элементами 7 возможна установка защитной втулки 20, которая может быть выполнена разрезной по ее образующей и установлена с перекрытием краев 21.

Сваб присоединяется верхней частью (клеткой) к тяговому органу (не показана), нижней к грузам (не показаны) и помещается в колонну насосных труб.

При необходимости в колонну насосных труб может быть помещено несколько соединенных последовательно свабов. Количество их рассчитывается для каждого конкретного случая в зависимости от условий работы и параметров скважины.

Сваб работает следующим образом.

Присоединенный к тяговому органу и грузам (не показаны) сваб, находящийся в колонне труб под действием веса грузов идет вниз. Жидкость через центральный канал 2 корпуса и открытый клапан 5 перетекает в пространство над свабом. При этом давление жидкости в колонне труб над и под свабом одинаковы. Уплотнительные элементы 7 без поджатия скользят по стенкам труб.

При ходе сваба вверх клапан 5 закрывается, давление в полости 17 насосных труб над свабом и в полости 16 возрастает. Возникающий перепад давлений действует на внутреннюю поверхность манжеты 15 и передается через защитную втулку 20 на уплотнительные элементы 7, поджимая их к стенкам труб с усилием, достаточным для предотвращения утечек между ними и стенками труб. Описанный сваб, присоединенный к колонне насосных штанг и помещенный в цилиндр насоса может быть использован в качестве плунжера скважинного насоса. Порядок его работы при этом не изменится.

Уплотнительные элементы сваба поджаты к стенкам труб только при рабочем ходе вверх, что составляет половину от общего пробега сваба за какой-либо период его работы. Это позволяет вдвое снизить износ уплотнительных элементов, что повышает надежность и долговечность сваба.

Конструкция сваба позволяет иметь увеличенное радиальное перемещение уплотнительных элементов. Это дает возможность свабу работать в колонне, собранной из труб с большими отклонениями от номинального внутреннего диаметра, что существенно снижает трудоемкость подбора труб для проведения работ по освоению скважины.

Например, при использовании сваба, выполненного по патенту США N 4081185, в трубах НКТ 73 с номинальным внутренним диаметром 62 мм, последние, перед спуском их в скважину, должны проверяться пропуском через них шаблона диаметром 60 мм. Опыт работ по подготовке колонны труб показывает, что из комплекта труб, доставленных на скважину, 15-20% их являются непроходными для данного шаблона. Так для спуска колонны труб на 1500 м требуется примерно 150 труб. Из них при спуске колонны выбраковывается 20-30 труб, что требует дополнительной доставки труб к скважине или первоначальный подвоз труб с большим запасом по их количеству.

При использовании нового сваба те же трубы проверяются пропуском через них шаблона диаметром 58 мм, который является проходным практически для всех труб НКТ 73 с номинальным внутренним диаметром 62 мм.

На дату подачи заявки выполнены опытны образцы сваба и проведены их стендовые испытания.

Использование: в нефтедобывающей промышленности в глубиннонасосных установках для подъема жидкостей из скважин. Сущность изобретения: сваб содержит корпус с обратным клапаном, выполненный с кольцевыми буртиками, ограничивающими радиальное перемещение установленных на корпусе уплотнительных элементов. Радиальность перемещений уплотнительных элементов обеспечивает установленная под верхним кольцевым буртиком шайба с радиальными выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов. На внутренней стороне уплотнительных элементов выполнены углубления, а с боков - прорези, в которых установлены перемычки, входящие своими боковыми выступами в вышеупомянутые углубления. Между уплотнительными элементами и корпусом расположена эластичная манжета, полость между которой и корпусом сообщена через верхние участки зазоров между уплотнительными элементами с полостью насосных труб над свабом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сваб, содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами и кольца, ограничивающие перемещение уплотнительных элементов, отличающийся тем, что ограничительные кольца выполнены в виде кольцевых буртиков на корпусе, расположенных по торцам уплотнительных элементов, в полости, ограниченной верхним кольцевым буртиком, расположена шайба с радиальными выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов, на внутренней поверхности уплотнительных элементов выполнены углубления, образующие со смежными уплотнительными элементами единые кольцевые канавки, с боков уплотнительных элементов выполнены сквозные, входящие в углубления прорези, в которых установлены перемычки, боковые выступы которых расположены в кольцевых канавках, а между корпусом и уплотнительными элементами помещена эластичная манжета, полость между которой и корпусом сообщена с надсвабным пространством. 2. Сваб по п.1, отличающийся тем, что он снабжен защитной втулкой, размещенной между манжетой и уплотнительными элементами. 3. Сваб по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что защитная втулка выполнена разрезной по ее образующей и установлена с перекрытием краев.