ПОРШНЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а конкретно - к технике добычи нефти поршневыми насосами.

Известны многочисленные конструкции поршневых насосов, используемых при добыче нефти (В. Н. Васильевский, А. И. Петров. Техника и технология определения параметров скважин и пластов. - М. : Недра, 1989, С. 46-53; Е. И. Бухаленко, В. Е. Бухаленко. Оборудование и инструмент для ремонта скважин. - М. : Недра, 1991, с. 17-26).

Насосы используются как непосредственно для добычи нефти, так и для закачки жидкости в скважину или откачки жидкости из скважины (например, свабы, насосные автомобильные агрегаты, штанговые насосы и т. п. ).

Недостатками известных поршневых устройств в насосах являются:
- быстрый выход из строя из-за наличия абразивных частиц в скважинной жидкости, разрушающих контактные поверхности поршневой пары;
- высокая стоимость ввиду необходимости выполнять устройства из особых дорогостоящих материалов (металлов, резины, пластмасс и т. п. ), упрочнять их покрытиями и термообработкой, высококлассно обрабатывать точением, шлифованием, притиркой и т. п. ;
- недостаточная производительность из-за частых остановок и ремонтов.

Частично эти недостатки устранены в известном поршневом устройстве, принятом за прототип (патент N 2136875, МПК E 21 В 43/25, 37/00, РФ).

Известное поршневое устройство для добычи нефти содержит обрезиненный металлический корпус с отверстиями и прорезями, образующими упругие лепестки с изменяющейся толщиной, смонтированный на стержне, имеющем головку и байонет с резиновым уплотнением для корпуса. Это поршневое устройство используется при свабировании - удалении скважинной жидкости и нефти из насосно-компрессорных труб (НКТ) и затрубного пространства нефтяных скважин.

Насосно-компрессорные трубы не проходят специальной подготовки для работы в них поршневых устройств. Вследствие этого стенки НКТ покрыты ржавчиной, окалиной, оспинами, имеют заусенцы в муфтовых соединениях и эллипс. Выполнение корпуса в прототипе с упругими металлическими лепестками с изменяющейся толщиной позволило устройству, с одной стороны, плотно контактировать лепестками со стенкой НКТ независимо от величины износа лепестков и вследствие этого иметь весьма длительный срок службы, а с другой стороны - гибко обходить любые перечисленные выше препятствия, в том числе и эллипс НКТ. Обрезинивание корпуса обеспечивает его герметичность в прорезях, а также передачу давления столба скважинной жидкости на лепестки для их прижатия к стенкам НКТ. Расположение корпуса на стержне позволяет легко и быстро заменять его при износе. Выполнение стержня с головкой и байонетом позволяет быстро собирать и разбирать колонну поршневых устройств и грузов в них.

Однако поршневое устройство - прототип имеет и недостатки:
- консольно расположенные упругие лепестки проваливаются в зазоры муфтовых соединений и разрушаются;
- бочкообразная форма корпуса приводит к его расширению в зазорах муфтовых соединений, в результате чего корпус испытывает удары в каждом зазоре, поэтому срок службы лепестков значительно уменьшается от усталости;
- лепестки имеют толщину, уменьшающуюся к их консольному концу, в связи с чем лепестки быстрее изнашиваются именно в тонкой части;
- так как корпус и лепестки повреждаются в муфтовых соединениях, то резина на них также повреждается, уплотнение зазоров корпуса ухудшается и работоспособность устройства снижается.

Задачей предложенного изобретения является создание поршневого устройства, лишенного недостатков прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является увеличение срока службы устройства в несколько раз за счет высокой износостойкости лепестков и значительное повышение эффективности, обусловленное как малыми потерями откачиваемой скважинной жидкости за счет надежного уплотнения корпуса при подъеме устройства, так и свободным пропуском жидкости через корпус при его спуске.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в поршневом устройстве для добычи нефти, содержащем обрезиненный металлический корпус с центральным отверстием и прорезями, образующими упругие лепестки с изменяющейся толщиной, смонтированный на стержне, имеющем головку и байонет с резиновым уплотнением для корпуса, согласно изобретению, корпус выполнен волнообразным с двумя и более выступами и впадинами, толщина лепестков в зоне выступов превышает их толщину во впадинах, верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде фланцев с проходными отверстиями, при этом длина стержня выбрана из условия обеспечения перемещения корпуса для свободного прохода жидкости через него при спуске устройства и самоуплотнения устройства при его подъеме; байонет выполнен с торцевым скосом.

Выполнение корпуса волнообразным с выступами и впадинами и фланцами по торцам необходимо для придания корпусу формы балки на двух и более опорах, обеспечивающей контакт устройства со стенкой НКТ. При таком контакте каждый выступ не позволяет другим выступам проваливаться в муфтовый зазор, поэтому ни корпус, ни лепестки не испытывают ударных нагрузок. Кроме того, балка на двух опорах дает симметричные нагрузки в местах контакта, что не создает перенапряжений в лепестках. Контакт корпуса только выступами позволяет утолщить его в этой зоне и получить высокую стойкость от износа. Выполнение впадин тонкими обеспечивает корпусу гибкость и плотное прилегание выступами к стенке НКТ независимо от износа выступов. Центральное отверстие в корпусе позволяет быстро заменять корпус при износе, а также позволяет фланцам иметь осевую степень свободы при расширении и сжатии корпуса в процессе подъема и спуска соответственно. Проходные отверстия во фланцах корпуса позволяют жидкости проходить внутри корпуса при спуске поршневого устройства. Скос на торце байонета улучшает условия прохода этой жидкости. Длина стержня выбрана из условия обеспечения перемещения корпуса для свободного прохода жидкости через него при спуске поршневого устройства и самоуплотнения устройства при его подъеме.

Таким образом достигается работоспособность предложенного устройства и достижение ожидаемого технического результата.

Поршневое устройство показано на чертеже, где изображены:
на фиг. 1 - продольный разрез устройства;
на фиг. 2 - вид А (на фиг. 1).

Устройство содержит обрезиненный металлический корпус 1 с выступами 2, впадинами 3, прорезями 4, образующими упругие лепестки 5 различной толщины, фланцами 6 с центральным 7 и проходными отверстиями 8, стержень 9 с головкой 10 и байонетом 11 со скосами 12 и резиновым уплотнением 13.

Устройство работает следующим образом. Заправляя головки 10 в байонеты 11, собирают 2-3 сборки устройств. Всю сборку закрепляют на кабеле или тросе и спускают в скважину на расчетную глубину. При спуске устройства скважинная жидкость поднимает корпус 1 на величину его перемещения и протекает через отверстия 7 и 8, а также через зазор между выступами 2 и внутренними стенками НКТ. Скос 12 улучшает проток жидкости через отверстия. При подъеме устройства давление столба жидкости в скважине перемещает корпус 1 до контакта его нижнего фланца 6 с байонетом 11 и резиновым уплотнением 13, после чего тем же давлением волнообразный корпус 1 распрямляется во впадинах 3, и выступы 2 прижимаются лепестками 5 к стенкам НКТ. Уплотненный таким образом корпус перемещает столб жидкости вверх и удаляет его из скважины в объеме своего перемещения. Когда один из выступов 2 проходит через зазор в муфтовом соединении НКТ, другие выступы, контактирующие в это время с внутренними стенками НКТ, не дают ему зайти в зазор и испытать удар.

Достигнутые результаты обеспечивают получение существенного экономического эффекта и значительного срока службы.

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а конкретно - к технике добычи нефти поршневыми насосами. Техническим результатом является увеличение срока службы устройства за счет высокой износостойкости корпуса и повышение эффективности, обусловленное увеличением надежности уплотнения корпуса при подъеме устройства. Сущность изобретения: устройство содержит обрезиненный металлический корпус с центральным отверстием и прорезями. Он образует упругие лепестки с изменяющейся толщиной. Корпус смонтирован на стержне. Он имеет головку и байонет с резиновым уплотнением для корпуса. Корпус выполнен волнообразным с двумя и более выступами и впадинами. Толщина лепестков в зоне выступов превышает их толщину во впадинах. Верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде фланцев с проходными отверстиями. Длина стержня выбрана из условия обеспечения перемещения корпуса для свободного прохода жидкости через него при спуске устройства и самоуплотнения этого устройства при подъеме. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневое устройство для добычи нефти, содержащее обрезиненный металлический корпус с центральным отверстием и прорезями, образующими упругие лепестки с изменяющейся толщиной, смонтированный на стержне, имеющем головку и байонет с резиновым уплотнением для корпуса, отличающееся тем, что корпус выполнен волнообразным с двумя и более выступами и впадинами, толщина лепестков в зоне выступов превышает их толщину во впадинах, верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде фланцев с проходными отверстиями, при этом длина стержня выбрана из условия обеспечения перемещения корпуса для свободного прохода жидкости через него при спуске устройства и самоуплотнения устройства при его подъеме. 2. Поршневое устройство по п. 1, отличающееся тем, что байонет выполнен с торцевым скосом.