СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАСОСНОЙ ШТАНГИ (ВАРИАНТЫ) И НАСОСНАЯ ШТАНГА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК E21B17/01 

Изобретения относятся к области нефтедобычной техники и могут быть использованы, в частности, в гибких тяговых органах насосных штанг и способах их формирования.

К способам формирования насосных штанг, их конструкциям предъявляются повышенные требования, связанные с обеспечением ими высокой надежности, уменьшением износа колонн, сокращением времени на проведение технологических операций, спуско-подъемных операции, сокращением времени простоя скважин.

Известен способ формирования насосной штанги, включающий установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем фиксированных участков с последующим размещением на них функциональных элементов с возможностью их возвратно-поступательного продольного перемещения (патент RU №2184833 (п.1), МПК⁷ Е 21 В 17/00, 2002).

Известен аналог способа того же назначения, в котором грузовые элементы снабжены канавками и дополнительными продольными отверстиями, через которые проходит гибкий тяговый орган, причем сверху и снизу набора грузовых элементов формируют ограничители, жестко связанные с гибким тяговым органом (патент RU №2139404, МПК⁷ Е 21 В 17/00, 1997).

В другом известном способе формирования насосной штанги предварительно определяют значения прижимающих усилий колонны штанг к обсадной трубе, выбирают критические значения, определяют интервалы износа, на выбранных интервалах размещают соответствующее количество функциональных элементов (патент RU №2016185, МПК⁶ Е 21 В 17/00, 1994).

Известна насосная штанга, содержащая гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами (патент RU №2184833 (п.2), МПК⁷ Е 21 В 17/00, 2002).

Известен аналог насосной штанги, содержащий гибкий тяговый орган с грузовыми элементами, выполненными с продольными канавками, с возможностью взаимодействия со смежными грузовыми элементами для образования узла их соединения (авторское свидетельство SU №555461, МПК⁶ Е 21 В 17/00, 1990).

В другом известном аналоге насосной штанги гибкий тяговый орган выбирается исходя из величины сжимающих сил, возникающих при ходе штанги (В.Н.Ивановский, А.В.Деговцев «Непрерывные наматываемые штанги скважинных насосных установок», обз.инф., серия «Нефтепромысловое машиностроение», 1987, вып.3, с.36-37).

Общими недостатками известных способов формирования насосных штанг являются увеличенное время компоновки и монтажа ограничительных и функциональных элементов, стыковки ступеней, спуска собранной штанги, ее обслуживания при ремонтно-восстановительных работах.

Общими недостатками известных насосных штанг являются наличие в них различной конструкции гибких и жестких участков тягового органа, сложно сочетающейся по технологии обслуживания и ремонтно-восстановительным работам, их специфики монтажа-демонтажа, увеличенное время простаивания.

Наиболее близкими аналогами, выбранными в качестве прототипов по общим существенным признакам, являются способ формирования насосной штанги по патенту RU №2184833 (п.1) и насосная штанга по патенту RU №2184833 (п.2).

Основной задачей является создание нового способа формирования насосной штанги и получение насосной штанги, основанных на едином гибком тяговом органе, упрощение конструкции и технологии.

Техническим результатом от использования изобретений является унификация однотипности работ, сокращение времени ремонта, обслуживания и простоя скважин, уменьшение затрат на эксплуатацию скважин.

Основная задача решена и технический результат достигнут на основе новых параллельных решений, основанных на новой единой концепции компоновки и функционирования насосной штанги, ее элементов, изменения конструкции, оригинальности конструктивного воплощения, введения нового принципа независимого перемещения функциональных элементов.

Для этого, в способе формирования насосной штанги, включающем установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем фиксированных участков с последующим размещением на них функциональных элементов с возможностью их возвратно-поступательного продольного перемещения, на гибком тяговом органе устанавливают промежуточные ограничительные элементы с выделением между ними местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов (первый вариант).

В другом варианте способа формирования насосной штанги, включающем установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем фиксированных участков с последующим размещением на них функциональных элементов с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения, на гибком тяговом органе устанавливают промежуточные ограничительные элементы с выделением на каждом из них совмещенных с ними, перекрывающих их по длине, местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.

В первом варианте насосная штанга, содержащая гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами, на гибком тяговом органе установлены промежуточные ограничительные элементы с выделенными между ними местными фиксированными участками под соответствующие функциональные элементы, которые размещены на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов.

В другом варианте насосная штанга, содержащая гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами, на гибком тяговом органе установлены промежуточные ограничительные элементы с выделением на каждом из них совмещенных с ними, перекрывающих их по длине, местных фиксированных участков под размещенные на них соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах, выполненные с возможностью каждого их, одного относительно другого, независимого возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.

Отличительными особенностями способа формирования насосной штанги являются признаки:

первого варианта:

- установка на гибком тяговом органе промежуточных ограничительных элементов с выделением между ними местных фиксированных участков,

- размещение на местных фиксированных участках соответствующих функциональных элементов,

- возможность каждого функционального элемента независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов,

- второго варианта:

- установка на гибком тяговом органе промежуточных ограничительных элементов с выделением местных фиксированных участков на каждом из них, совмещенных с ними,

- размещение на местных фиксированных участках соответствующих функциональных элементов,

- перекрытие фиксированных участков по длине ограничительных элементов,

- расположение внутренних кольцевых выступов функциональных элементов за пределами торцев ограничительного элемента в каждом из них,

- возможность каждого функционального элемента независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.

Отличительными особенностями насосной штанги с гибким тяговым органом являются признаки:

первого варианта:

- наличие на гибком тяговом органе установленных промежуточных ограничительных элементов,

- выделенные между ними местные фиксированные участки,

- размещение на местных фиксированных участках соответствующих функциональных элементов,

- возможность независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения каждого функционального элемента и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов,

второго варианта:

- наличие на гибком тяговом органе промежуточных ограничительных элементов,

- выделение на каждом ограничительном элементе совмещенного с ним, перекрывающего его по длине, местного фиксированного участка,

- размещение на каждом фиксированном участке функционального элемента с внутренними кольцевыми выступами с возможностью независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.

Указанные отличительные признаки способов формирования насосной штанги и ее конструкции являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи и достижение нового технического результата. Установка промежуточных ограничительных элементов с выделением местных фиксированных участков на гибком тяговом органе или самих ограничительных элементах позволяет размещать на них функциональные элементы, которым при работе в составе штанги придана возможность независимого продольного возвратно-поступательного перемещения и попеременного взаимодействия с ограничительными элементами с каждой их стороной или соответственно с одним ограничительным элементом, в нем размещенным, что позволяет производить качественную очистку стенок скважины от отложений парафина и других веществ при добыче нефти по сравнению с прототипами, по которым функциональные элементы на фиксированном участке гибкого тягового органа между ограничительными элементами находятся в непосредственном контакте между собой, прокачиваемая нефть в этом случае встречает большое сопротивление, приводящее к повышенному износу функциональных элементов и обсадной трубы. Предложенными решениями упрощается съем и постановка функциональных элементов, обеспечивается равномерная передача нагрузки от гибкого тягового органа через функциональные элементы на обсадную трубу, повышается надежность и безопасность в целом работы гибкого тягового органа насосной штанги.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипах, не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения, их варианты, соответствием критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания новых способов формирования насосных штанг на гибком тяговом органе, получения насосных штанг соответственно двумя параллельными вариантами и достичь новый технический результат на новой качественной основе благодаря новой концепции размещения функциональных элементов, придания им и ограничительным элементам новых конструктивных признаков, что характеризует новые технические решения существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новые технические решения являются результатом опытно-экспериментальных работ и творческого вклада без использования стандартных разработок или каких-либо рекомендаций в данной области техники, являются оригинальными, неочевидными, соответствуют критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг.1 представлен общий вид насосной штанги первого варианта, на фиг.2 представлен общий вид насосной штанги второго варианта, на фиг.3 - функциональный элемент первого варианта, на фиг.4 - функциональный элемент второго варианта, на фиг.5 - вид на функциональный элемент с торца первого варианта, на фиг.6 - вид на функциональный элемент с торца второго варианта, на фиг.7 представлено поперечное сечение функционального элемента первого варианта, на фиг.8 представлено поперечное сечение функционального элемента второго варианта.

Более подробное описание сущности изобретений с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.

Насосная штанга первого варианта (фиг.1) содержит гибкий тяговый орган 1 с размещенными на нем ограничительными элементами 2 и выполненные с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональные элементы 3. На гибком тяговом органе 1 (канате) установлены промежуточные ограничительные элементы 4 с выделенными между ними местными фиксированными участками 5 под соответствующие функциональные элементы 3, которые размещены на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами 6, 7 каждого из них с торцами 8 промежуточных ограничительных элементов 4.

Насосная штанга второго варианта (фиг.2) содержит гибкий тяговый орган 9 с размещенными на нем ограничительными элементами 10 и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами 11. На гибком тяговом органе 9 установлены промежуточные ограничительные элементы 12 с выделенными на каждом из них, совмещенными с ними, перекрывающими их по длине, местными фиксированными участками 13 под размещенные на них соответствующие функциональные элементы 11 с внутренними кольцевыми выступами 14, 15 на концах, выполненные с возможностью каждого из них, одного относительно другого, независимого возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами 14, 15 с торцами 16, 17 одного ограничительного элемента 12 в нем.

Функциональные элементы 3, 11 выполнены с аксиальными углублениями 18, 19 во фланцах 20, 21, расположенными по их торцам. Корпуса элементов 3, 11 выполнены из полувтулок, двух типов, 22, 23 и 24, 25, скрепленных упругими кольцевыми элементами 26. Позиция 29 - плоскость разъема. Аксиальные углубления 18, 19 во фланцах 20, 21 имеют диаметрально противоположное расположение с тем, чтобы участки фланцев между ними перекрывали аксиальную проекцию скважины для ее эффективной очистки от отложений (парафина).

Способ формирования насосной штанги по первому варианту включает установку на гибком тяговом органе 1 ограничительных элементов 2 с выделением на нем общего фиксированного участка 27 с последующим размещением на нем функциональных элементов 3 с возможностью их возвратно-поступательного продольного перемещения. Способ предусматривает установку на гибком тяговом органе 1 (канате) промежуточных ограничительных элементов 4 с выделением между ними местных фиксированных участков 5 под соответствующие функциональные элементы 3, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами 6, 7 каждого из них с торцами 8 промежуточных ограничительных элементов 4.

Способ формирования насосной штанги по второму варианту включает установку на гибком тяговом органе 9 ограничительных элементов 10 с выделением на нем общего фиксированного участка 28 с последующим размещением на нем функциональных элементов 11 с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения. Способ предусматривает установку на гибком тяговом элементе 9 промежуточных ограничительных элементов 12 с выделением на каждом из них совмещенных с ними, перекрывающих их по длине, местных фиксированных участков 13 под соответствующие функциональные элементы 11 с внутренними кольцевыми выступами 14, 15 на концах, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами 14, 15 с торцами 16, 17 одного ограничительного элемента 12 в каждом.

Установку функционального элемента 3 по первому варианту способа и функционального элемента 11 по второму варианту способа заканчивают скреплением одинаковых частей 22, 23 и 24, 25 их корпусов 3, 11 упругими кольцевыми элементами 26. Съем частей корпусов функциональных элементов производится их разборкой в обратном порядке.

Функционирование сформированных штанг по первому и второму вариантам заключается в пропуске жидкой среды (нефти) через аксиальные углубления 18, 19, имеющих диаметрально противоположное расположение во фланцах 20, 21 элементов 3, 11. Соответствующие участки фланцев между ними перекрывают аксиальную проекцию скважины, обеспечивают ее эффективную очистку при независимом перемещении элементов 3, 11.

Экспериментальные работы, проведенные с насосными штангами, выполненными по новым техническим решениям в совокупности существенных признаков в условиях, приближенных к натурным, показали положительные результаты и преимущества по сравнению с известным уровнем техники, аналогами и прототипом, подтвердили новые свойства, обеспечивающие новый положительный эффект благодаря новой концепции их формирования, конструктивного выполнения. Новые технические решения воспроизводимы промышленным способом, соответствуют и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретений.

В описании представлены возможные, предпочтительные варианты выполнения насосных штанг и способов их формирования, могут быть различные комбинации в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема технических решений, изложенных в пунктах формулы.

Изобретения относятся к области нефтедобычной техники и могут быть использованы, в частности, в гибких тяговых органах насосных штанг и способах их формирования. Способ формирования насосной штанги по первому варианту включает установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем общего фиксированного участка с последующим размещением в его пределах функциональных элементов и промежуточных ограничительных элементов с выделением между ними местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов. Отличие способа по второму варианту заключается в том, промежуточные ограничительные элементы устанавливают с выделением на каждом из них совмещенных с ними, перекрывающих их по длине, местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем. Насосная штанга по первому варианту содержит гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и промежуточные ограничительные элементы с выделенными между ними местными фиксированными участками под соответствующие функциональные элементы, которые размещены на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов. Отличие штанги по второму варианту заключается в том, что промежуточные ограничительные элементы установлены с выделенными на каждом из них, совмещенными с ними, перекрывающими их по длине, местными фиксированными участками под размещенные на них соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем. Уменьшаются затраты на эксплуатацию скважин. 4 н.з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ формирования насосной штанги, включающий установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем общего фиксированного участка с последующим размещением в его пределах функциональных элементов с возможностью их возвратно-поступательного продольного перемещения, отличающийся тем, что на гибком тяговом органе устанавливают промежуточные ограничительные элементы с выделением между ними местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов.2. Способ формирования насосной штанги, включающий установку на гибком тяговом органе ограничительных элементов с выделением на нем общего фиксированного участка с последующим размещением в его пределах функциональных элементов с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения, отличающийся тем, что на гибком тяговом органе устанавливают промежуточные ограничительные элементы с выделением на каждом из них совмещенных с ними, перекрывающих их по длине местных фиксированных участков под соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах, которые размещают на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.3. Насосная штанга, содержащая гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами, отличающаяся тем, что на гибком тяговом органе установлены промежуточные ограничительные элементы с выделенными между ними местными фиксированными участками под соответствующие функциональные элементы, которые размещены на них с возможностью каждого их независимого, одного относительно другого, возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия торцами каждого из них с торцами промежуточных ограничительных элементов.4. Насосная штанга, содержащая гибкий тяговый орган с размещенными на нем ограничительными элементами и выполненными с возможностью возвратно-поступательного продольного перемещения функциональными элементами, отличающаяся тем, что на гибком тяговом органе установлены промежуточные ограничительные элементы с выделением на каждом из них совмещенными с ними, перекрывающими их по длине местными фиксированными участками под размещенные на них соответствующие функциональные элементы с внутренними кольцевыми выступами на концах, выполненные с возможностью каждого из них, одного относительно другого, независимого возвратно-поступательного продольного перемещения и попеременного взаимодействия внутренними кольцевыми выступами с торцами одного ограничительного элемента в нем.