Результат интеллектуальной деятельности: СВАБ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в установках для подъема жидкостей из скважин свабированием по эксплуатационным колоннам.

Известен сваб (патент РФ №2076244, кл. F04В 47/02, опубл. Бюл. №9 от 27.03.1997 г.), содержащий обратный клапан, корпус с установленными на нем с возможностью радиального перемещения уплотнительными элементами, имеющими с боков прорези, в которых установлены перемычки. Между корпусом и уплотнительными элементами расположена эластичная манжета с защитной втулкой. Радиальное перемещение уплотнительных элементов ограничивается кольцевыми буртиками. Перемычки выполнены с боковыми выступами, за счет чего удерживаются между уплотнительными элементами на свабе.

Недостатком сваба является низкая надежность его работы, поскольку неизбежно возникающий в процессе работы люфт в местах контакта уплотнительных элементов с корпусом приводит к выпадению перемычек и потере работоспособности сваба.

Известен сваб (патент РФ №2168611, кл. Е21В 37/00, F04В 47/02, опубл. Бюл. №16 от 10.06.2001 г.), содержащий обратный клапан, корпус с кольцевыми буртиками, установленные на корпусе с возможностью радиального перемещения уплотнительные элементы, выполненные с боковыми прорезями, в которых установлены перемычки, выполненные с боковыми выступами и эластичную манжету с защитной втулкой, полость между которой и корпусом сообщена с надсвабным пространством. Перемычки дополнительно снабжены торцевыми выступами, расположенными в соответствующих выемках, выполненных в уплотнительных элементах.

Недостатком сваба является то, что при использовании его в эксплуатационной колонне полость между манжетой и корпусом при ходе сваба вверх заполняется отложениями, снимаемыми уплотнительными элементами и перемычками со стенок труб, что может привести к ограничению амплитуды радиального перемещения уплотнительных элементов и заклиниванию сваба в эксплуатационной колонне, разрыву каната, трудоемкому ремонту, связанному с извлечением каната и сваба из скважины и возможному повреждению эксплуатационной колонны при извлечении сваба. Эти обстоятельства делают невозможным применение сваба для работы по эксплуатационной колонне, что сужает область его применения.

Задачей изобретения является расширение области применения сваба за счет возможности использования его для подъема жидкости по эксплуатационным колоннам скважин с одновременной очисткой стенок колонны труб от возможных отложений, исключение аварийных ситуаций, связанных с ограничением амплитуды радиального перемещения уплотнительных элементов, а также снижения металлоемкости оборудования и трудоемкости извлечения сваба из скважины.

Указанная техническая задача решается свабом, содержащим обратный клапан, корпус с осевым каналом и кольцевыми буртиками, между которыми на корпусе установлены с возможностью радиального перемещения уплотнительные элементы, выполненные с прорезями, в которых установлены перемычки, выполненные с торцевыми выступами, эластичную манжету с защитной втулкой и полость между манжетой и корпусом, сообщенную с надсвабным пространством, при этом корпус ниже манжеты оснащен боковыми отверстиями.

Новым является то, что полость между манжетой и корпусом дополнительно сообщена с надсвабным пространством через осевой канал корпуса, а обратный клапан размещен в осевом канале корпуса ниже манжеты с возможностью ограниченного продольного перемещения с перекрытием осевого канала при его ходе вверх, выполнен в виде штока и перевернутого стакана, торец которого оснащен периферийными отверстиями и присоединен снизу к штоку, при этом стакан изнутри ниже торца снабжен кольцевым выступом, к которому с регулируемым усилием снизу поджат подпружиненный предохранительный клапан, установленный в стакане с возможностью ограниченного продольного перемещения, причем ниже кольцевого выступа в стакане выполнены радиальные отверстия, которые, как и боковые отверстия корпуса, периферийные отверстия на торце стакана и отверстие, образованное кольцевым выступом стакана, имеют пропускную способность, соответствующую скорости подъема жидкости.

Новым является также то, что шток оснащен отрывным узлом, срабатывающим при усилии, меньшем разрывного усилия тягового органа, а сверху корпус оснащен ловильным патрубком.

На чертеже схематично представлен продольный разрез сваба.

Сваб содержит обратный клапан 1, корпус 2 с осевым каналом 3 и кольцевыми буртиками 4, между которыми на корпусе 2 установлены с возможностью радиального перемещения уплотнительные элементы 5, выполненные с прорезями 6, в которых установлены перемычки 7, выполненные с торцевыми выступами 8, а также эластичную манжету 9 с защитной втулкой 10 и полость 11 между манжетой 9 и корпусом 2, сообщенную с надсвабным пространством 12. Корпус 2 ниже манжеты 9 оснащен боковыми отверстиями 13.

Полость 11 дополнительно сообщена с надсвабным пространством 12 отверстиями 14 через осевой канал 3. Обратный клапан 1 размещен в осевом канале 3 ниже манжеты 9 с возможностью ограниченного осевого перемещения. Осевой канал 3 перекрывается обратным клапаном 1 при его перемещении вверх относительно корпуса 2.

Обратный клапан 1 выполнен в виде штока 15 и перевернутого стакана 16, торец 17 которого оснащен периферийными отверстиями 18 и присоединен снизу к штоку 15. Стакан 16 изнутри ниже торца 17 снабжен кольцевым выступом 19, к которому с регулируемым усилием снизу поджат подпружиненный предохранительный клапан 20, установленный в стакане 16 с возможностью ограниченного продольного перемещения. Ниже кольцевого выступа 19 в стакане 16 выполнены радиальные отверстия 21.

Шток 15 оснащен отрывным узлом 22, срабатывающим при усилии, меньшем разрывного усилия тягового органа (не показан), а сверху корпус 2 оснащен ловильным патрубком 23.

Сваб работает следующим образом.

Сваб, присоединенный к тяговому органу (не показан) за отрывной узел 22 и помещенный в колонну труб 24, под действием собственного веса и веса груза (не показан), присоединенного к нижней части обратного клапана 1, спускается на тяговом органе вниз. При входе сваба в жидкость движение корпуса 2 сваба с установленными на них уплотнительными элементами 5 и перемычками 7, касающимися внутренней поверхности колонны труб 24, замедляется относительно движения груза (не показан) и соединенных с ним обратного клапана 1, штока 15, отрывного узла 22 и тягового органа. При этом обратный клапан 1 совершает относительно корпуса 2 ограниченное перемещение вниз, что достигается взаимодействием выполненного в верхней части стакана 16 наружного кольцевого выступа 25 с внутренним кольцевым выступом 26, выполненным в нижней части корпуса 2. Жидкость через боковые отверстия 13, открытый осевой канал 3 и окна 27 перетекает в надсвабную полость 12 колонны труб 24.

Радиальность перемещений уплотнительных элементов при изменении диаметров труб колонны обеспечивается радиальными направляющими 28, расположенными под верхним кольцевым буртиком 4.

После спуска сваба под уровень жидкости на заданную из условия прочности тягового органа (каната) глубину производят подъем сваба. В начале хода сваба вверх обратный клапан 1, соединенный через шток 15 и отрывной узел 22, перемещаются относительно корпуса 2 вверх. При этом осевой канал 3 перекрывается обратным клапаном 1 и при последующем подъеме сваба происходит отрыв столба жидкости, расположенного над свабом. За счет этого давление в надсвабном пространстве 12 колонны труб 24 и в сообщенной с ней полостью 11 возрастает относительно давления в полости 29 колонны труб 24 под свабом. Возникающий перепад давлений действует на внутреннюю поверхность эластичной манжеты 9 и передается через защитную втулку 10 на уплотнительные элементы 5, поджимая их к стенкам труб с усилием, достаточным для предотвращения утечек между ними и стенками труб. Перемычки 7, расположенные в прорезях 6 уплотнительных элементов 5, препятствуют перетоку жидкости между боковыми поверхностями уплотнительных элементов 5, а торцевые выступы 8 перемычек 7 исключают их выпадение при любом возможном диапазоне перемещений уплотнительных элементов 5.

Имеющиеся на стенках колонны труб отложения частично счищаются при ходе вверх поджатыми к стенкам труб уплотнительными элементами 5 и попадают в полость 11. Дополнительное сообщение полости 11 с помощью отверстий 14 через осевой канал 3 с надсвабным пространством 12 позволяет снимаемым отложениям беспрепятственно перемещаться в осевой канал 3, откуда поступать (при значительном количестве отложений на стенках труб) в надсвабное пространство 12. Отсутствие дополнительного сообщения привело бы к заполнению полости 11 отложениями, снижению величины радиального перемещения уплотнительных элементов 5 и возможности прихвата сваба в имеющихся местных сужениях внутреннего диаметра колонны труб 24. При очередном ходе вниз полость осевого канала 3 промывается перетекающей через него жидкостью, частицы отложений во взвешенном состоянии перемещаются в надсвабное пространство 12, откуда при последующем ходе сваба вверх вместе с жидкостью выносятся на поверхность.

При заглублении сваба по какой-либо причине (отказал указатель глубины спуска сваба) на глубину, больше допустимой из условия прочности каната, и при последующем ходе сваба вверх вес поднимаемого свабом столба жидкости может превысить разрывное усилие каната, что приведет к его обрыву. Применение в составе сваба предохранительного клапана 20, установленного в стакане 16 с возможностью ограниченного осевого перемещения и поджатого снизу к кольцевому выступу 19 пружиной 30, усилие поджатия которой регулируется винтом 31, позволяет при погружении сваба на большую глубину перепустить без нагружения сваба лишнюю часть столба жидкости из надсвабного пространства 12, а затем закрыться под действием пружины 30, усилие поджатия которой соответствует расчетному (с точки зрения безопасности) погружению сваба, и предотвратить обрыв каната. Однако перепускание части столба жидкости без нагружения сваба при его ходе вверх может быть осуществлено только при условии, что периферийные отверстия 18 на торце 17, отверстие 32, образованное кольцевым выступом 19, радиальные отверстия 21 стакана 16 и боковые отверстия 13 корпуса 2 имеют пропускную способность, соответствующую скорости подъема жидкости свабом, то есть производительности отбора жидкости.

Выполнение сваба с отверстиями и окнами, имеющими меньшую пропускную способность, чем скорость подъема жидкости из скважины, приведет к нагружению (пусть временному) сваба столбом жидкости над ним даже при открытом предохранительном клапане, что также приведет к обрыву каната.

Расположение обратного клапана 1 с возможностью ограниченного осевого перемещения в корпусе 2 и соответственно относительно уплотнительных элементов, установленных на корпусе 2, позволяет при спуске сваба проходить местные сужения внутреннего диаметра колонны труб, для чего при остановке сваба необходимо приподнять канат, к которому присоединены отрывной узел 22, шток 15, обратный клапан 1 и груз (не показан), вверх относительно корпуса 2, а затем отпустить канат. Под действием веса груза, отпущенного на канате, произойдет удар наружного кольцевого выступа 25, выполненного в верхней части стакана 16 с внутренним кольцевым выступом 26, выполненным в нижней части корпуса 2, что позволит ударом сместить сваб вниз по колонне труб. Такое выполнение сваба позволяет исключить из состава скважинного оборудования для свабирования механический ясс, предназначенный для этих целей, уменьшить длину скважинного оборудования и соответственно высоту лубрикатора устьевого оборудования, где должно размещаться скважинное оборудование, чем достигается снижение металлоемкости оборудования.

В случае возможного прихвата сваба в скважине при ходе сваба вверх, когда с помощью манипуляций с канатом, производя ударные воздействия, направленные снизу на корпус 2, не удается освободить сваб, производится плавное натяжение каната. При этом происходит разрушение отрывного узла 22, поскольку он срабатывает при усилии, меньшем разрывного усилия каната, что позволяет сохранить канат и извлечь его целым из скважины. Оставшийся в скважине сваб извлекается спущенной на трубах стандартной труболовкой, которая захватывает сваб за ловильный патрубок 23. Такое выполнение сваба позволяет при возможном его прихвате в скважине значительно сократить трудоемкость его извлечения.

Использование предлагаемого сваба позволяет производить подъем жидкости по эксплуатационной колонне скважины, при этом счищая отложения со стенок колонны труб и вынося их вместе с жидкостью на поверхность, исключить аварийные ситуации, связанные с ограничением амплитуды радиального перемещения уплотнительных элементов вследствие заполнения полости между корпусом и манжетой снимаемыми отложениями.

Совмещение сваба с функцией механического ясса позволяет исключить из состава скважинного оборудования для свабирования механический ясс, предназначенный для этих целей, уменьшить длину скважинного оборудования и соответственно высоту лубрикатора устьевого оборудования, где должно размещаться скважинное оборудование, чем достигается снижение металлоемкости оборудования.

Применение предохранительного клапана позволяет при погружении сваба на глубину больше допустимой перепустить без нагружения сваба и тягового органа лишнюю часть столба жидкости из надсвабного пространства, что позволяет значительно сократить количество возможных аварийных ситуаций. В случае, если прихват сваба в скважине все же произошел, применение отрывного узла позволяет предотвратить обрыв тягового органа, а использование ловильного патрубка позволяет стандартной труболовкой извлечь сваб из скважины, что снижает трудоемкость ремонтных работ.