Результат интеллектуальной деятельности: ЗАМКОВАЯ ОПОРА ВСТАВНОГО СКВАЖИННОГО НАСОСА

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к замковым опорам вставных штанговых насосов для их фиксации в скважине.

Известна конструкция замка, включающая посадочную муфту в составе лифтовой колонны труб. В осевом канале последней установлены посадочное кольцо и цанговый захват. На нижнем конце корпуса вставного насоса установлен автосцеп, включающий переводник штока, центратор, опорную втулку с конической посадочной фаской, установленную на внешней стороне переводника штока, и фиксатор в виде втулки с кольцевым выступом на нижнем конце, выполненным с возможностью взаимодействия с перьями цангового захвата при посадке насоса (см. ГОСТ Р 51896-2002. «Насосы скважинные штанговые». Общие технические требования. ГОССТАНДАРТ России, Москва).

Недостатки:

- сложно получить надежный герметичный контакт опорной втулки с посадочным кольцом замка и одновременно ввести во взаимодействие с перьями цангового захвата кольцевой выступ на втулке фиксатора.

При этом существует вероятность существования зазора между перьями цангового захвата и телом втулки фиксатора, что при работе насоса может привести к его преждевременному срыву. Например, в случае попадания песка в кольцевой зазор между плунжером и цилиндром и увеличением осевого усилия. Или, в случае торцевого контакта втулки фиксатора с перьями цанги, возможно образование зазора на контакте опорной втулки - посадочное кольцо и, соответственно, наличие утечки пластовой жидкости из лифтовой колонны труб в скважину.

Известна замковая опора глубинного насоса. Узел замковой опоры состоит из переводника, опорного седла, цангового пружинного захвата и посадочной муфты. Насос оснащается фиксатором в виде втулки с кольцевым выступом на нижнем конце. При спуске и установке насоса в скважине фиксатор пропускается внутрь цангового пружинного захвата, с раздвиганием последних в радиальном направлении, посадкой на конусную фаску опорного седла, с герметизацией осевого канала лифтовой колонны труб от призабойной зоны скважины (см. «Глубинонасосный способ добычи нефти». Открытое акционерное общество «Роснефть - Ставрополь - нефтегаз». Ковалев Н.И., Черников B.C., Чесноков С.И., г.Нефтекумск, 2001 г., с.30).

Недостатки конструкции аналогичны тем, что имеет замок для вставных штанговых насосов, выпускаемых по ГОСТ Р 51896 - 2002 г.

Известна замковая опора вставного скважинного штангового насоса, включающая посадочный ниппель (муфту) с конической фаской внутри, в составе лифтовой колонны труб, корпус крепления с двумя связанными между собой верхним и нижним плунжерами, взаимодействующими с соответствующими ступенями посадочного ниппеля. В осевом канале нижнего плунжера установлен обратный клапан и запорное устройство в виде затвора с поршнем, жестко связанным с нижним плунжером. Нижняя ступень посадочного ниппеля снабжена коническими седлами. Фиксация вставного штангового насоса осуществляется за счет восприятия перепада верхним плунжером, диаметр которого принят больше диаметра плунжера нижнего (см. SU 987177, 07.01.83)

Известна конструкция замковой опоры вставного скважинного штангового насоса, принятая авторами в качестве прототипа. Замковая опора содержит опорную муфту с внутренней цилиндрической поверхностью и посадочным конусом, замковый элемент с наружной цилиндрической поверхностью, установленный с натягом в опорной муфте уплотнитель (см. SU 1232843А, 23.05.1986).

Опорная муфта и замковый элемент установлены с возможностью взаимодействия их опорных конических поверхностей. Замковый элемент снабжен кольцевыми канавками, в которых установлены уплотнительные элементы с продольными ребрами на внешней стороне, по их периметру.

Недостатки:

- усилие удержания скважинного насоса напрямую зависит от упругих свойств материала, находящегося в замкнутом объеме канавок трапецеидального сечения. Деформация эластичных продольных ребер к центру, при контакте с внутренней цилиндрической поверхностью опорной муфты, не позволяет обеспечить полную герметизацию продольных пазов между продольными ребрами.

При наличии механических примесей в добываемой продукции может иметь место случай заклинивания плунжера в цилиндре, с соответствующим увеличением осевой нагрузки. Это, в свою очередь, может привести к образованию щели между коническими поверхностями опорной муфты и замковым элементом, что, при наличии продольных пазов, приведет к утечке пластовой жидкости из лифтовой колонны труб в скважину и необходимости извлечения насоса.

- применение упругих элементов из эластомеров в условиях скважины и негативного воздействия на них пластовой жидкости существенно снижает долговечность и наработку на отказ скважинного насоса.

Задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности фиксации вставного скважинного насоса, обеспечение герметичности (изоляции) полости лифтовой колонны труб от полости скважины, позволяет увеличить внутренний диаметр цилиндра и снизить гидравлическое сопротивление.

Технический результат достигается тем, что замковая опора, содержащая опорную муфту, с внутренней цилиндрической поверхностью и посадочным конусом, замковый элемент с наружной цилиндрической поверхностью, установленный с натягом в опорной муфте и уплотнитель, замковый элемент снабжен резьбой на наружной поверхности и уплотнителем в виде цилиндрической втулки, нижний конец которой снабжен внутренней резьбой, а верхний имеет кольцевой выступ, причем уплотнитель установлен на резьбе замкового элемента, с образованием между ними кольцевого зазора, в верхней части и напряженного контакта кольцевого выступа с внутренней цилиндрической поверхностью опорной муфты.

Конструкция замковой опоры поясняется чертежом.

Замковая опора состоит из опорной муфты 1, установленной на лифтовой трубе 2 и содержащей конический опорный выступ 3.

В осевой канал опорной муфты 1 пропущен корпус 4 скважинного насоса, связанный через замковый элемент 5 с корпусом уплотнения 6 плунжера 7.

Замковый элемент 5 снабжен ответным опорным выступом 8 с конической поверхностью, аналогичной конической поверхности опорного выступа 3 опорной муфты 1.

Замковый элемент 5 снабжен соединительной резьбой 9 для соединения с цилиндром 4 скважинного насоса и уплотнителем, выполненным в виде цилиндрической втулки 10, с внутренней резьбой на нижнем конце и кольцевым наружным выступом 11 на верхнем конце. Между наружной поверхностью замкового элемента 5 и внутренней поверхностью цилиндрической втулки 10 образован кольцевой зазор 12.

Между наружной поверхностью уплотнителя в виде цилиндрической втулки 10, под кольцевым наружным выступом 11 и внутренней цилиндрической поверхностью опорной муфты 1 образован кольцевой зазор 13.

Замковая опора работает следующим образом.

На лифтовой колонне труб 2 опорная муфта 1 опускается на заданную глубину.

Вставной скважинный насос, в сборе с замковым элементом 5, спускается в скважину на глубину установки опорной муфты 1.

Уплотнитель (в виде цилиндрической втулки), далее - уплотнитель 10, выполнен с диаметральными размерами кольцевого наружного выступа 11, превосходящими размеры внутреннего диаметра осевого канала опорной муфты 1, чтобы обеспечить напряженный герметичный контакт.

При вводе уплотнителя 10 внутрь осевого канала опорной муфты 1 ее кольцевой выступ 11 взаимодействует с ее конической поверхностью и вводится внутрь, с перемещением до упора конической поверхностью 8 замкового элемента 5 в ответную коническую поверхность 3 опорной муфты 1.

Уплотнитель 10, при взаимодействии с внутренней поверхностью опорной муфты 1, своим кольцевым наружным выступом 11 упруго деформируется к оси с сохранением кольцевого зазора 12 между внутренней поверхностью уплотнителя 10 и наружной замкового элемента 5. Напряженный контакт, в месте их взаимодействия, позволяет удерживать на месте цилиндр 4 штангового насоса, с сохранением герметичности осевого канала лифтовой колонны труб 2 от полости скважины, даже в случае отсутствия герметичного контакта конической поверхности 8 замкового элемента 5 с ответной конической поверхностью 3 опорной муфты 1.

Перемещением плунжера 7 в крайнее верхнее положение относительно цилиндра 4 скважинного насоса и приложением осевой нагрузки уплотнитель 10 перемещается вверх относительно опорной муфты 1, с выходом из взаимодействия с ее внутренней поверхностью кольцевого выступа 11 уплотнителя 10. Далее скважинный насос извлекается из скважины.