СВАБ Российский патент 1999 года по МПК F04B53/14 F04B47/00 

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

Известен плунжер штангового насоса, содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, кольца, ограничивающие перемещения уплотнительных элементов, имеющих наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру цилиндра насоса (А.С. СССР N 1028874, кл. F 04 B 21/04).

Недостатком его является низкая надежность из-за повышенных утечек при работе в трубах с отклонениями от номинального внутреннего диаметра.

Известен также сваб, содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, ограничительные кольца и шайбу с радиальными выступами, входящими в ответные пазы на верхних торцах уплотнительных элементов, в боковых прорезях которых установлены перемычки, а между корпусом и уплотнительными элементами помещена эластичная манжета (патент РФ N 2076244, кл. F 04 B 47/02).

Недостатком его является неприменимость в трубах с повышенными предельными отклонениями от номинального внутреннего диаметра, а также низкая надежность из-за повышенных утечек.

Отклонения внутреннего диаметра труб от номинального связаны с допуском на изготовление, коррозией, покрытиями, отложениями в процессе эксплуатации и др.

Задача изобретения - обеспечение применимости и повышение надежности при работе в трубах с повышенными предельными отклонениями номинального внутреннего диаметра за счет увеличения возможности отклонений по диаметру сваба и уменьшения зазоров по которым возможна утечка.

Для достижения этой задачи в свабе, содержащем обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, ограничительные буртики и шайбу с радиальными выступами, входящими в ответные пазы на верхних торцах уплотнительных элементов, в боковые прорези которых входят выступы перемычек выполненных с тем же радиусом наружной поверхности, что и у уплотнительных элементов, а между перемычками и корпусом помещена эластичная манжета, на шайбе выполнены дополнительные радиальные выступы, входящие в ответные пазы, выполненные на верхних торцах перемычек, размещенных на внутренней поверхности уплотнительных элементов, а сваб составлен из ряда уплотнительных элементов с различными радиусами наружных поверхностей, причем наружная поверхность уплотнительных элементов верхнего ряда может быть выполнена радиусом меньшим, чем нижнего.

В результате такого выполнения сваба обеспечивается работоспособность и повышается надежность его при работе в трубах с повышенными отклонениями номинального внутреннего диаметра за счет организованного перемещения уплотнительных элементов и перемычек в ряду относительно продольной оси сваба, поскольку уплотнительные элементы и перемычки перемещаются радиально по соответствующим направляющим радиальным выступам и дополнительным радиальным выступам на шайбе, входящим в ответные пазы на верхних торцах уплотнительных элементов и перемычек, тем самым исключается не контролируемое смещение перемычек относительно уплотнительных элементов и возникновение проходного канала и утечки между боковой прорезью уплотнительного элемента и выступом перемычки.

Утечки между свабом и стенками труб уменьшаются за счет того что, сваб составлен из ряда уплотнительных элементов с различными радиусами наружной поверхности соответствующими внутренним радиусам труб, из которых составлена подъемная колонна, т.к. при этом уменьшается зазор между внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью уплотнительных элементов в ряду, имеющем одинаковый с трубой радиус.

Для уменьшения утечек при подъеме сваба через участки с увеличенным внутренним радиусом труб путем снижения перепада давления на нижний ряд за счет потери давления в зазоре между уплотнительными элементами верхнего ряда и стенками труб наружная поверхность уплотнительных элементов верхнего ряда может быть выполнена радиусом меньшим, чем нижнего.

На фиг.1 представлен поперечный разрез сваба иллюстрирующий серповидные зазоры, возникающие между уплотнительными элементами и внутренней стенкой трубы из-за разности их радиусов; на фиг. 2 - сваб, продольный разрез; на фиг. 3,4 - то же, поперечные разрезы.

Сваб содержит корпус 1, имеющий центральный канал 2 и ограничительный буртик 3. В нижней части корпуса установлен обратный клапан 4. На корпусе установлена с зазором втулка 5 с ограничительными буртиками 6,7 и с зазорами между собой и корпусом уплотнительные элементы 8 на внутренней поверхности которых размещены с зазором между собой и корпусом перемычки 9, выступы 10 которых входят в боковые прорези 11 уплотнительных элементов. На верхней части корпуса установлена регулировочная гайка 12 с ограничительным буртиком 13 в нижней части. Под ограничительными буртиками 6 и 13 расположены шайбы 14 с радиальными выступами 15, которые входят в ответные пазы 16, выполненные на верхних торцах уплотнительных элементов 8, и дополнительные радиальные выступы 17, которые входят в ответные пазы 18, выполненные на верхних торцах перемычек 9.

Между перемычками и корпусом расположена эластичная манжета 19, причем между манжетой и корпусом имеется полость 20, через канал 21 сообщенная с полостью 22 насосных труб 23 расположенной над свабом.

Возможно выполнение наружной поверхности уплотнительных элементов верхнего ряда радиусом меньшим, чем нижнего.

Сваб присоединяется верхней частью (регулировочной гайкой) к тяговому органу (не показан), нижней - к грузам (не показаны) и помещается в колонну насосных труб.

Радиусы наружных поверхностей уплотнительных элементов и количество их рядов определяется для каждого конкретного случая в зависимости от радиуса, из которых составлена колонна насосных труб, условий работы и параметров скважины.

Сваб работает следующим образом.

Присоединенный к тяговому органу и грузам (не показаны) сваб, находящийся в колонне насосных труб, под действием веса грузов идет вниз. Жидкость через открытый обратный клапан 4 и центральный канал 2 корпуса перетекает в пространство над свабом.

При этом давление жидкости в колонне насосных труб над и под свабом одинаковы. При ходе сваба вверх обратный клапан 4 закрывается, давление в полости 22 насосных труб над свабом и в полости 20 возрастает. Возникающий перепад давления действует на внутреннюю поверхность манжеты 19 и передается на перемычки 9 и через них на уплотнительные элементы 8, поджимая их и выступы перемычек к стенкам труб с усилием достаточным для предотвращения утечек между ними и стенками труб. При этом лучшая герметизация на данном участке насосных труб обеспечивается по тому ряду уплотнительных элементов, по которому радиус наружных поверхностей уплотнительных элементов равен внутреннему радиусу трубы.

При прохождении участка насосных труб с увеличенными отклонениями по внутреннему диаметру выполнение верхнего ряда уплотнительных элементов с меньшим радиусом наружных поверхностей, чем нижнего, создает гидравлическое сопротивление в зазоре между верхним рядом и стенкой трубы, снижая перепад давления, и следовательно утечки в нижнем ряду.

Кроме того, радиальное перемещение уплотнительных элементов и перемычек соответственно по направляющим радиальным выступам 15 и дополнительным радиальным выступам 17 исключает не контролируемое движение их относительно друг друга обеспечивая симметричное изменение зазора между выступами перемычек и боковыми прорезями в смежных уплотнительных элементах, предотвращает выход выступа перемычки из боковой прорези уплотнительного элемента, образование проходного канала и утечки через него.

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.

Выполнение сваба из ряда уплотнительных элементов с различными радиусами наружной поверхности позволяет снизить утечки через него, а следовательно повысить надежность его работы в колонне труб с отклонениями от номинального внутреннего диаметра.

Например, при использовании плунжера штангового насоса выполненного по а. с. СССР N 1028874, наружный радиус уплотнительных элементов в рядах равен номинальному внутреннему радиусу цилиндра. При прохождении плунжером участков цилиндра с отклонениями внутреннего диаметра от номинального повышаются утечки.

Выполнение дополнительных радиальных выступов на шайбе позволяет исключить выход выступа перемычки из прорези в боковой поверхности уплотнительного элемента за счет не контролируемого смещения ее в смежную прорезь и тем самым предотвратить раскрытие зазора, появление проходного канала и утечек между выступом перемычки и прорезью уплотнительного элемента, что увеличивает радиальное перемещение уплотнительных элементов без утечек. Это дает возможность свабу работать в колонне, собранной из труб с большими отклонениями от номинального внутреннего диаметра, в колонне труб с различной толщиной стенки, отложениями (парафин, гидратные и т.п.) и покрытиями (эмали, лаки, стекло и т.п.).

Например, при использовании сваба, выполненного по а.с. СССР N 2076244, радиальное перемещение перемычки не контролируется.

При использовании нового сваба возможна его работа в не шаблонированной колонне труб, что исключает подъем колонны труб из скважины, пропуск через них шаблона, отбраковку и замену труб через которые не прошел шаблон и спуск прошаблонированных труб в скважину.

На дату подачи заявки разработаны рабочие чертежи сваба.

Устройство предназначено для использования в области насосостроения для подъема жидкости из скважины. Содержит обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, ограничительные буртики и шайбу с радиальными выступами, входящими в ответные пазы на верхних торцах уплотнительных элементов. В боковые прорези уплотнительных элементов входят выступы перемычек, выполненные с тем же радиусом наружной поверхности, что и у уплотнительных элементов. Перемычки размещены на внутренней поверхности уплотнительных элементов, а между перемычками и корпусом помещена эластичная манжета. На шайбе выполнены дополнительные радиальные выступы, входящие в ответные пазы на верхних торцах перемычек. Сваб составлен из ряда уплотнительных элементов с различными радиусами наружной поверхности, причем радиус верхнего ряда меньше, чем нижнего. Организованное перемещение уплотнительных элементов и перемычек увеличивает величину радиального перемещения без раскрытия проходного канала и утечки между ними, что обеспечивает применимость сваба в трубах с повышенными предельными отклонениями номинального внутреннего диаметра, уменьшает зазоры и соответственно утечки между свабом и внутренней поверхностью труб, что повышает надежность при работе в трубах с повышенными отклонениями. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Сваб, содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, ограничительные буртики и шайбу с радиальными выступами, входящими в ответные пазы на верхних торцах уплотнительных элементов, в боковые прорези которых входят выступы перемычек, выполненных с тем же радиусом наружной поверхности, что и у уплотнительных элементов, между перемычками и корпусом помещена эластичная манжета, отличающийся тем, что на шайбе выполнены дополнительные радиальные выступы, входящие в ответные пазы, выполненные на верхних торцах перемычек, размещенных на внутренней поверхности уплотнительных элементов, сваб составлен из ряда уплотнительных элементов с различными радиусами наружной поверхности. 2. Сваб по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность уплотнительных элементов верхнего ряда выполнена радиусом, меньшим, чем нижнего.