ПОРШЕНЬ СВАБА Российский патент 1997 года по МПК E21B49/08 F04B53/00 F16J15/32 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к конструкции поршня сваба для подъема жидкости из скважины.

Известна конструкция поршня (плунжера скважинного насоса по авт.св. N 1323742), наружная поверхность которого снабжена кольцевыми выступами с закрепленными в них наклонно, ребром к корпусу, плоскими пластинами из износостойкого материала, а эластичный уплотнитель расположен в пространстве между плоскими пластинами.

В известной конструкции имеются недостатки, которые заключаются в быстром повреждении и износе эластичного уплотнителя вдоль внешних поверхностей при движении поршня в местах сужения труб.

Наиболее близкой конструкцией к предлагаемому поршню сваба является манжета сваба, включающая корпус, кольцевое основание и армирующие рычаги (пластины), которые образуют главную часть внешней поверхности манжеты сваба, а пазы (щели) вдоль армирующих рычагов заполнены вулканизированным (приклеенным) эластичным материалом.

Недостатком известной конструкции является то, что манжета сваба изготовлена вулканизацией (приклеиванием) армирующих рычагов в эластичном материале под один размер внутреннего диаметра труб, это затрудняет использование известной конструкции для подъема жидкости из скважин, подъемная колонна которых составлена из труб разного диаметра. Кроме того, относительно большая толщина эластичного материала с завулканизированными армирующими рычагами предопределяет жесткость всей конструкции и затрудняет раскрытие (срабатывание) манжеты сваба при подъеме жидкости с малыми скоростями и остановками.

Целью изобретения является расширение диапазона применения поршня сваба в трубах разного диаметра при движении сваба с различными скоростями.

Цель достигается тем, что в поршне сваба, включающем корпус с установленным на нем кольцевым основанием, в котором закреплены концы пластин и эластичный уплотняющий элемент, согласно изобретению внешняя поверхность поршня составлена из набора плотно соприкасающихся пластин и имеет веретенообразную форму, причем пластины представляют собой упругие стержни, имеющие в поперечном сечении вид сектора окружности, а на корпусе дополнительно установлена замковая втулка с возможностью скольжения концов пластин по поверхности корпуса, кроме того, эластичный элемент вложен в расширяющуюся часть поршня с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью набора упругих пластин.

Сущность изобретения заключается в том, что внешняя поверхность поршня составлена целиком из набора упругих пластин, которые, как рессоры, опираются обоими концами на поверхность корпуса. Как следствие, обеспечена повышенная упругость расширяющейся части веретенообразного поршня, что облегчает применение данной конструкции поршня в трубах с разными внутренними диаметрами. В этом заключается отличие от известных конструкций поршней, где рычаги (плашки, пластины) образуют армирующий каркас цилиндрической или конической формы, а пространство между рычагами заполнено вулканизированной резиной (полимером), что предопределяет жесткость всей конструкции. Кроме того, в предлагаемом решении эластичный уплотняющий элемент вложен (а не приклеен) в расширяющуюся часть веретенообразного поршня и служит для передачи (приема) усилий на внутреннюю поверхность набора упругих пластин не по всей длине поршня (как в известных конструкциях), а только в расширяющейся части веретенообразного поршня. В результате облегчается расширение (срабатывание) эластичного элемента и герметизация подвижного и неподвижного соединений сваба при подъеме жидкости с различным скоростями. Кроме того, появляется возможность замены изношенного эластичного уплотняющего элемента. Малая поверхность контакта поршня с внутренней поверхностью труб вызывает уменьшение нагрузки на тяговый орган подъемной установки, что обуславливает возможность использования набора (гирлянды) из нескольких поршней разных типоразмеров для свабирования колонны труб с разными внутренними диаметрами (нешаблонированной колонны).

На фиг. 1 представлен поршень сваба, продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Поршень сваба содержит корпус 1 с установленным на нем кольцевым основанием 2, в котором закреплены концы пластин 3. Набор упругих плотно соприкасающихся пластин 3 образует веретенообразную внешнюю поверхность поршня с расширяющейся частью 4, в которую вложен эластичный уплотняющий элемент 5. Эластичный элемент 5 своей торцевой частью установлен на опорное кольцо 6. На корпусе 1 дополнительно установлена замковая втулка 7, которая обеспечивает скольжение концов набора пластин 3 по поверхности корпуса 1. На средней части поверхности корпуса 1 выполнены продольные каналы 8 для перетекания жидкости вдоль корпуса. Перемещение поршня по поверхности корпуса 1 ограничено буртом 9 и муфтой 10.

Поршень сваба работает следующим образом.

При погружении сваба под уровень жидкости в скважине (транспортный цикл) поршень потоком жидкости перемещается вверх по корпусу 1 до упора в муфту 10. При этом открываются каналы 8 на поверхности корпуса 1 и жидкость свободно перетекает через поршень сваба из подпоршневой полости в надпоршневую полость. При движении сваба вверх (рабочий цикл) поршень сваба скользит вниз по корпусу 1 до упора в ограничительный бурт 9 и перекрывает каналы 8. Столб надпоршневой жидкости расширяет эластичный уплотняющий элемент 5, при этом внутренняя часть эластичного элемента 5 плотно облегает цилиндрическую поверхность корпуса 1 и обеспечивает герметичность этого поперечного соединения в рабочем цикле. Этому способствует опорное кольцо 6, которое препятствует прогибу (выдавливанию) торцевой части эластичного уплотняющего элемента 5. Внутренняя часть эластичного уплотняющего элемента 5 распирает расширяющуюся часть 4 набора пластин 3. Верхняя часть эластичного уплотняющего элемента 5 выполнена в виде чередующихся выступов и впадин треугольной формы, которые точно соответствуют впадинам и выступам внутренней поверхности набора пластин 3. Пластины 3 в расширяющейся части поршня имеют в поперечном сечении вид сектора окружности, дуга которой обращена в сторону внутренней поверхности труб скважины и плотно к ней прилегают во время рабочего цикла. Выступы эластичного элемента 5 передают давление скважинной жидкости на внутреннюю поверхность набора пластин 3. Каждый выступ эластичного элемента 5 взаимодействует с двумя упругими рядом расположенными пластинами 3. Под действием расширяющегося усилия эластичного элемента 5 упругие пластины 3 в расширяющейся части 4 поршня прижимаются к внутренним стенкам труб, а верхние концы упругих пластин выгибаются наподобие рессор. Верхние концы пластин 3, собранные в замковой втулке 7, скользят по поверхности корпуса 1, компенсируя уменьшение длины поршня. Диаметр расширяющейся части 4 набора упругих пластин 3 увеличивается, обеспечивая плотное касание стенок пластины. Между пластинами 3 (плотно прижатыми друг к другу в исходном положении) возникают щели (зазоры), куда вдавливаются ребра треугольных выступов эластичного элемента 5. Скольжение поршня по стенкам скважины происходит преимущественно по контакту металл-металл, а треугольные выступы эластичного элемента 5 лишь слегка касаются стенок скважины. Этим обеспечивается долговечность эластичного элемента 5, вкладываемого в расширяющуюся часть 4 набора пластин 3, т.е. обеспечивается меньший износ по сравнению с износом манжет известных конструкций поршней. Взаимодействие внешней части эластичного элемента 5 с внутренней частью набора пластин 3 обеспечивает герметичность подвижного соединения, т.е. поверхность поршня сваба с поверхностью стенок скважины. В местах сужения скважины упругие пластины 3, наподобие рессор, частично распрямляются, компенсируя уменьшение диаметра расширяющейся части 4. Этому способствует наличие подвижной замковой втулки 7, содержащей концы пластин 3 с возможностью скольжения по поверхности корпуса 1. Уменьшение диаметра расширяющейся части 4 набора пластин 3 сопровождается уменьшением щелей (зазоров) между пластинами, что приводит к уменьшению площади контакта эластичного элемента 5 со стенкой скважины. В этом заключается другое отличие от известных конструкций, в которых уменьшение диаметра армирующего каркаса в местах сужения труб сопровождается выдавливанием (вспучиванием) эластичного материала манжеты между армирующими рычагами (пластинами) с последующим сдиранием слоя эластичного материала с поверхности манжеты и оголением рычагов (пластин), т.е. выходом из строя манжеты при прохождении мест сужения.

Таким образом, веретенообразная форма внешней поверхности поршня сваба, имеющей разную кривизну по длине, образованная не армирующими рычагами, а набором упругих (наподобие рессор) плотно соприкасающихся металлических пластин, обеспечивает расширение диапазона применения предлагаемой конструкции поршня в трубах разного диаметра с сохранением длительной работоспособности эластичного элемента в обычных и длинноходовых подъемных установках.

Использование: нефтедобыча, оборудование для подъема жидкости из скважин. Сущность изобретения: поршень сваба содержит расширяющуюся часть и кольцевое основание, в котором закреплены концы пластины, расположенных по периферии поршня, и эластичный элемент, размещенный внутри набора пластин. Упомянутые пластины расположены из условия плотного соприкосновения между собой и образования веретенообразной наружной поверхности поршня сваба. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршень сваба, содержащий расширяющуюся часть и кольцевое основание, в котором закреплены концы пластин, расположенных по периферии поршня, и эластичный элемент, размещенный внутри набора пластин, отличающийся тем, что пластины расположены из условия плотного соприкосновения между собой и образования веретенообразной наружной поверхности поршня сваба. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что пластины выполнены упругими с поперечным сечением в средней части в виде сектора окружности. 3. Поршень по п.1 или 2, отличающийся тем, что поршень снабжен замковой втулкой с кольцевой проточкой, предназначенной для размещения концов пластин, противоположных их концам, соединенным с кольцевым основанием, при этом замковая втулка размещена в поршне с возможностью осевого перемещения относительно кольцевого основания. 4. Поршень по п.1, отличающийся тем, что эластичный элемент вложен в расширяющуюся часть поршня с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью набора пластин и уплотнения зазоров.