СВАБ Российский патент 2002 года по МПК F04B53/14 

Изобретение относится к насосной технике возвратно-поступательного действия и может быть применено в нефтегазодобывающей отрасли в качестве уплотняющего устройства (сваба), входящего в состав оборудования, предназначенного для подъема жидкости из скважин при их освоении и пробной эксплуатации, а также в других отраслях машиностроения в качестве уплотнительных устройств.

Известны и широко используются конструкции свабов (см. патент США 4190108, Е 21 В 37/00, опубл. 1980 г.), которые относятся к резинометаллическим конструкциям свабов корзинчатого типа.

Такие конструкции при всех их достоинствах имеют определенные недостатки: недостаточно высокий ресурс работы; относительно высокий коэффициент трения о внутренюю поверхность подъемной колонны труб; высокие требования к качеству внутренней поверхности подъемной колонны труб; не подлежат ремонту.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и принятым за прототип является "Поршень сваба" (см. патент РФ 2094611, кл. Е 21 В 49/08, F 04 В 53/00, F 16 J 15/32, опубл. 27.10.97, бюл. N 30), который содержит расширяющуюся часть и кольцевое основание, в котором закреплены концы пластин, расположенных по периферии поршня, и эластичный элемент, размещенный внутри набора пластин, при этом пластины расположены из условия плотного соприкосновения между собой и образования веретенообразной наружной поверхности поршня сваба.

К недостаткам данной конструкции можно отнести несовершенство силовой схемы; недостаточную несущую способность, вследствии несовершенства силовой схемы; наличие утонченных концов продольных элементов, и значительное их количество, снижающих эксплуатационную надежность.

Технический результат, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности, за счет упрощения конструкции (уменьшения количества составных элементов); повышение несущей способности (изменения силовой схемы); дополнительное снижение коэффициента трения (уменьшения доли контакта эластомера с внутренней поверхностью подъемной колонны труб); ремонтопригодность.

Технический результат достигается тем, что в свабе, содержащем пакет продольных силовых элементов (плашек), расположенных по периферии, в исходном положении, вплотную друг к другу, образующих расширяющуюся часть, в которую входит и эластичный уплотняющий элемент, размещенный внутри пакета продольных силовых элементов (плашек) и опорно-замковый узел, включающий опорное кольцевое основание, опорно-замковые части продольных силовых элементов (плашек) и кольцевую замковую пружину, при этом опорно-замковые части каждого из продольных силовых элементов (плашек), с внешней стороны, имеют уступы с выемками, образующими, в собранном пакете, кольцевую опорную выемку, а опорное кольцевое основание в верхней части имеет кольцевой опорный выступ, соответствующий кольцевой опорной выемке пакета продольных силовых элементов (плашек), у нижнего конца опорно-замковой части продольного силового элемента (плашки), на внешней стороне боковой поверхности каждого элемента (плашки) выполнены выступы, образующие в пакете кольцевой выступ, входящий, в свою очередь, в кольцевую канавку, выполненную на внутренней поверхности опорного кольцевого основания, а в образующейся, при сборке пакета продольных силовых элементов (плашек), кольцевой канавке, на внутренней поверхности замковой части пакета, установлена кольцевая замковая пружина.

Выемка замковой части пакета и соответствующий ей выступ опорного кольцевого основания, в поперечном сечении, имеют полуовальную форму.

Продольные силовые элементы (плашки) выполнены относительно жесткими с поперечным сечением, в расширяющейся части, в виде кольцевого сектора окружности.

Кроме того, в расширяющейся части пакета продольных силовых элементов (плашек) в местах их стыка с внутренней стороны выполнены клиновидные выборки, которым соответствуют выступы, выполненные на наружной поверхности эластичного уплотняющего элемента, при этом радиальные стороны выборки в поперечном сечении выполнены прямолинейными или овальными.

На фиг. 1 представлено продольное сечение сваба совместно с корпусом (мандрелью).

На фиг.2а и фиг.2б - варианты сечения А-А.

Сваб установлен на корпусе 1 и представляет собой сборку из пакета продольных силовых элементов (плашек) 2, опорного кольцевого основания 3, эластичного уплотняющего элемента 4, расположенного внутри пакета, и кольцевой замковой пружины 5. Продольные силовые элементы (плашки) 2, расположенные в пакете по периферии, в исходном положении, вплотную друг к другу, и эластичный уплотняющий элемент 4 образуют расширяющуюся часть 6, а опорное кольцевое основание 3, опорно-замковые части продольных силовых элементов (плашек) и кольцевая замковая пружина 5 образуют опорно-замковый узел. При этом опорно-замковые части продольных силовых элементов (плашек) имеют с внешней стороны торцевые уступы с выемками, которые образуют в пакете кольцевую опорную выемку 8. Кольцевая опорная выемка 8 имеет в поперечном сечении полуовальную форму. Опорное кольцевое основание 3, в верхней части, имеет кольцевой выступ 9 полуовальной формы, соответствующий кольцевой опорной выемке 8 опорно-замковой части пакета. У нижнего конца опорно-замковой части продольного силового элемента (плашки) 2, на внешней боковой поверхности каждого элемента, выполнены выступы 10, образующие в пакете кольцевой выступ, который входит в кольцевую канавку 12, выполненную на внутренней поверхности опорного кольцевого основания 3. С внутренней стороны замковой части пакета, в кольцевой канавке 11, установлена кольцевая замковая пружина 5.

Продольные силовые элементы (плашки) 2 выполнены относительно жесткими с поперечным сечением в расширяющейся части в виде кольцевого сектора окружности (фиг.2а и фиг.2б).

В расширяющейся части пакета продольных силовых элементов (плашек) 2, в местах их стыка, с внутренней стороны, выполнены клиновидные выборки клиновидной или овальной формы (фиг.2 а и фиг.2 б), которым соответствуют выступы 13, выполненные на наружной поверхности эластичного уплотняющего элемента 4.

Работает сваб следующим образом.

При погружении сваба под уровень скважинной жидкости (нерабочий ход) сваб потоком жидкости перемещается вверх по корпусу (мандрели) 1 до упора. При этом открываются каналы 14 на корпусе 1 и жидкость свободно перетекает через каналы и сваб из подсвабной в надсвабную полость.

При движении корпуса 1, вслед за тяговым органом, вверх (рабочий ход), сваб перемещается вдоль корпуса 1 вниз, до упора в ограничительный бурт, а в нижней части корпус имеет сплошное круглое сечение, таким образом сваб в нижней зоне корпуса полностью перекрывает кольцевое сечение между корпусом 1 и внутренними стенками подъемной колонны труб. Столб надсвабной жидкости воздействует на эластичный уплотняющий элемент 4, при этом внутренняя отбортовка эластичного уплотняющего элемента плотно охватывает цилиндрическую поверхность корпуса 1, а выступы наружной поверхности эластичного уплотняющего элемента 13 заполняют соответствующие им выборки, на внутренней поверхности пакета продольных силовых элементов (плашек), обеспечивая герметичность кольцевого канала при рабочем цикле.

При этом давление столба надсвабной жидкости, воздействуя на внутреннюю поверхность эластичного уплотняющего элемента 4, распирает расширяющуюся часть пакета продольных силовых элементов (плашек) 2, при этом силовое воздействие столба жидкости надсвабной жидкости воспринимается пакетом продольных силовых элементов 2, которые вследствие своей относительной жесткости обеспечивают более высокую несущую способность сваба. Скольжение сваба по стенкам подъемной колонны скважины осуществляется преимущественно металл по металлу, поэтому и коэффициент трения должен быть относительно низким.

Бочкообразная форма внешней поверхности сваба, имеющего разную кривизну по длине сваба, образованная пакетом продольных силовых элементов (плашек), плотно соприкасающихся между собой, в исходном положении, ограниченно подвижных в расширяющейся зоне, обеспечивает расширение диапазона применения предлагаемой конструкции сваба в подъемных колоннах труб, с большим разбросом диаметров труб, с сохранением длительной работоспособности, как в обычных, так и в длинноходовых подъемных установках.

Сваб предназначен для использования в насосной технике, в нефтегазодобывающей отрасли в качестве внутрискважинного уплотняющего устройства, входящего в состав оборудования, предназначенного для подъема жидкости из скважин, при их освоении и пробной эксплуатации. Сваб устанавливается на корпусе и представляет собой сборку из пакета продольных силовых элементов (плашек), опорного кольцевого основания, сменного уплотняющего эластичного элемента, расположенного внутри пакета продольных силовых элементов, и кольцевой замковой пружины. Продольные силовые элементы (плашки) расположены в пакете по периферии сваба, в исходном положении, вплотную друг к другу и образуют расширяющуюся часть. Нижняя часть пакета вместе с опорным кольцевым основанием и кольцевой замковой пружиной образуют опорно-замковый узел. Опорно-замковая часть каждого продольного силового элемента (плашки) с внешней стороны имеет торцевые уступы с выемками, которые образуют в пакете опорную кольцевую выемку. Опорная кольцевая выемка имеет в поперечном сечении полуовальную форму. Опорное кольцевое основание в верхней части имеет кольцевой выступ в поперечном сечении, полуовальной формы и соответствует опорной кольцевой выемке пакета продольных силовых элементов (плашек). У нижнего конца замковой части продольного силового элемента (плашек), на внешней стороне боковой поверхности выполнены выступы, образующие в пакете кольцевой выступ, входящий в соответствующую ему кольцевую канавку, выполненную на внутренней поверхности опорного кольцевого основания. В образующуюся при сборке на внутренней поверхности замковой части пакета продольных силовых элементов канавку установлена кольцевая замковая пружина. Выемка замковой части пакета и соответствующий ей выступ опорного кольцевого основания в поперечном сечении выполнены полуовальной формы. Продольные силовые элементы выполнены относительно жесткими с поперечным сечением в расширяющейся части в виде кольцевого сектора окружности. В расширяющейся части пакета продольных силовых элементов в местах их стыка с внутренней стороны выполнены клиновидные выборки, которым соответствуют выступы, имеющиеся на наружной поверхности сменного эластичного уплотняющего элемента. Позволяет повысить эффективность процесса свабирования при освоении и пробной эксплуатации скважин. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сваб, включающий пакет продольных силовых элементов, расположенных по периферии, в исходном положении, вплотную друг к другу, и эластичный уплотняющий элемент, расположенный внутри пакета продольных силовых элементов, образующих расширяющуюся часть, отличающуюся тем, что опорно-замковый узел включает опорное кольцевое основание, опорно-замковые части продольных силовых элементов и кольцевую замковую пружину, при этом опорно-замковых части каждого из продольных силовых элементов имеют с внешней стороны торцевые уступы с выемками, образующими в собранном пакете кольцевую опорную выемку, а опорное кольцевое основание в верхней части имеет кольцевой опорный выступ, соответствующий кольцевой опорной выемке пакета продольных силовых элементов у нижнего конца опорно-замковой части продольного силового элемента, на внешней стороне боковой поверхности каждого элемента выполнены выступы, образующие в пакете кольцевой выступ, входящий, в свою очередь, в кольцевую канавку, выполненную на внутренней поверхности опорного кольцевого основания, а в образующейся при сборке пакета продольных силовых элементов кольцевой канавке, на внутренней поверхности замковой части пакета продольных силовых элементов установлена кольцевая замковая пружина. 2. Сваб по п. 1, отличающийся тем, что выемка замковой части продольного силового элемента и соответствующий ей выступ опорного кольцевого основания имеют в поперечном сечении полуовальную форму. 3. Сваб по п. 1 или 2, отличающийся тем, что продольные силовые элементы выполнены жесткими с поперечным сечением в расширяющейся части в виде кольцевого сектора окружности. 4. Сваб по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что в расширяющейся части пакета продольных силовых элементов в местах их стыка с внутренней стороны выполнены клиновидные выборки, которым соответствуют выступы, выполненные на наружной поверхности эластичного уплотняющего элемента, при этом боковые стороны выборок и выступов выполнены в поперечном сечении овальной или прямолинейной формы.