замковая опора вставного скважинного насоса

Формула изобретения

Замковая опора вставного скважинного насоса, включающая установленный на колонне подъемных труб посадочный ниппель, двухступенчатый корпус крепления и эластичную манжету, отличающаяся тем, что большая ступень корпуса крепления установлена ниже малой ступени и сопряжена с посадочным ниппелем по цилиндрической поверхности, с которым образует подвижную плунжерную пару, малая ступень корпуса крепления подвижно уплотнена эластичной манжетой, закрепленной в посадочном ниппеле, а в полости последнего ниже эластичной манжеты выполнена расточка, диаметр которой превышает соответствующие размеры большой ступени корпуса крепления, причем эластичная манжета, корпус крепления и внутренняя поверхность посадочного ниппеля образуют замкнутую камеру, заполненную жидкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности, к вставным скважинным насосам для добычи жидкости из скважины.

Известна замковая опора вставного скважинного насоса, содержащая посадочный ниппель и корпус крепления с элементами уплотнения [1]

Однако для их срабатывания в момент установки насоса необходимо создание избыточного давления в насосных трубах по отношению к затрубному давлению, достигаемого заполнением колонны насосных труб жидкостью с устья скважины.

Известна замковая опора вставного скважинного насоса, содержащая посадочный ниппель и корпус крепления с элементами уплотнения, причем корпус выполнен двухступенчатым с герметизирующими элементами, установленными на обеих ступенях, а посадочный ниппель снабжен сквозным каналом с обратным клапаном [2]

Недостатком данной конструкции опоры является недостаточная надежность крепления насоса в момент установки при небольшом погружении последнего под уровень жидкости. В этом случае можно увеличить требуемое усилие крепления (около 3000 Н), увеличив кольцевую площадь между ступенями корпуса. Однако возможности в этом направлении ограничены следующими обстоятельствами:

наибольшая площадь поперечного сечения большой ступени корпуса крепления ограничена просветом колонны насосных труб;

наименьшая площадь поперечного сечения малой ступени корпуса крепления ограничена, во-первых, необходимостью иметь в ней канал, обеспечивающий приемлемый уровень гидравлических сопротивлений на приемке насоса, во-вторых, поперечным размером цилиндра насоса если опора верхнего исполнения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является конструкция, замковой опоры, содержащая закрепленный на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб посадочный ниппель, двухступенчатый корпус крепления, эластичную подпружиненную) манжету, установленную на верхней большой ступени корпуса крепления, которые вместе с посадочным ниппелем образуют верхнюю замковую опору. Нижняя малая ступень корпуса крепления известного устройства с посадочным ниппелем стыкованы в виде конусной уплотнительной пары и образуют нижнюю замковую опору (3). Однако указанному известному устройству присущ тот же недостаток, о котором сказано выше при описании первого аналога в начале нашей заявки, то есть для фиксации обеих его опор, в полости НКТ в начале работы вставного насоса над ним, необходимо создавать избыточное давление, превышающее давление на глубине подвески насоса. Величина такого перепада давления, по крайней мере, должна быть не меньше силы поджатия подпружиненной эластичной манжеты, так как полость под указанной манжетой с началом ее перемещения вверх (вместе с корпусом крепления) немедленно сообщается с забоем скважины в результате размыкания конусной пары нижней опоры устройства. Кроме того, имеется следующий недостаток известного устройства, связанный с наличием в его конструкции пружины. Дело в том, что хотя из его нижней опоры исключена якорь-пружина, в верхней опоре все же содержится спиральная пружина, которая, несмотря на более высокую надежность по сравнению с плоским якорем-пружиной, склонна к отказам в определенных условиях, например, когда в откачиваемой среде содержится значительное количество сероводорода и углекислоты.

Технический задачей поставленной в настоящем изобретении является обеспечение фиксации замковой опоры при любых погружениях насоса под уровень жидкости, причем без создания перепада давления между полостью НКТ и приемом насоса. Кроме того, в настоящем изобретении поставлена задача повышения надежности устройства, путем исключения из его конструкции пружинного элемента.

Это достигается тем, что большая часть ступень корпуса крепления установлена ниже малой ступени и сопряжена с посадочным ниппелем по цилиндрической поверхности, образуя подвижную плунжерную пару, а верхняя (малая) ступень корпуса крепления подвижно уплотнена эластичной манжетой, закрепленной в верхней части посадочного ниппеля, причем эластичная манжета, корпус крепления и внутренняя поверхность посадочного ниппеля образуют замкнутую камеру, заполненную жидкостью. Кроме того, в полости посадочного ниппеля ниже манжеты выполнена расточка, диаметр и длина которой превышают наружный диаметр и длину большой (нижней) ступени корпуса крепления.

В известной конструкции фиксирование насоса от перемещения вверх обеспечивается за счет заранее соединенного избыточного давления в полости колонны насосных труб над манжетой. Новым в принципе действия предлагаемой опоры является то, что в ней фиксирование насоса осуществляется за счет избыточного давления, под манжетой, причем это давление возникает в рабочей камере самого устройства в процессе его работы в результате перемещения корпуса крепления вверх относительно посадочного ниппеля и его манжеты. Отмеченные особенности придают техническому решению новые свойства - возможность надежного крепления насоса при малых величинах его погружения под уровень жидкости в НКТ, без специального заполнения последних жидкостью. Кроме того, выполненная в верхней части посадочного ниппеля расточка позволяет уменьшить износ эластичного элемента.

На фиг. 1 изображена замковая опора вставного скважинного насоса, продольный разрез.

Замковая опора состоит из посадочного ниппеля 1, имеющего посадочную полость 2 и жестко связанной с ниппелем 1 эластичной манжеты 3, установленной в его верхней части. Эту часть устройства спускают в скважину на колонне подъемных труб 4. Корпус крепления 5 опоры выполнен двухступенчатым, с большей ступенью 6 и с малой ступенью 7. Корпус крепления 5 жестко крепится к цилиндру 8 насоса и составляет часть устройства, спускаемую в скважину на колонне штанг, к которой крепится шток 9 насоса. Посадочный ниппель 1, эластичная манжета 3, двухступенчатый корпус крепления 5 образуют герметичную замкнутую камеру 10, заполненную жидкостью. В верхней части посадочного ниппеля 1, ниже эластичной манжеты 3 выполнена расточка 11, диаметр которой больше диаметра посадочной полости 2, а длина больше длины большой ступени 6. Сопрягаемые поверхности большой ступени 6 корпуса крепления 5 и посадочного ниппеля 1 выполнены цилиндрическими и составляют плунжерную пару с обеспечением необходимого зазора.

Замковая опора работает следующим образом.

При пуске вставного скважинного насоса его цилиндр 8 проходит через эластичную манжету 3 и посадочный ниппель 1, после чего через эластичную манжету 3 в посадочный ниппель 1 входит двухступенчатый корпус крепления, образуя герметичную камеру 10. Эта камера заполняется жидкостью из полости подъемных труб 4, проходя между малой ступенью 7 и эластичной манжетой 3, так как последняя не воспринимает перепад давления, направленный в сторону камеры 10. При спуске насоса в работу при движении корпуса крепления 5 вверх камера 10 уменьшается в объеме и в результате сжатия жидкости, заключенной в образовавшейся полости, в ней повышается давление, которое еще больше герметизирует уплотнительную пару "эластичная манжета 3 малая ступень 7". Избыточное давление в полости 10, действующее на кольцевую площадь между ступенями 6 и 7, создает силу удерживания. При необходимости подъема насоса, размыкание замковой опоры происходит в процессе вытягивания насоса за его шток 9 в течение определенного промежутка времени. При этом, жидкость из камеры 10 через зазор между большой ступенью 6 корпуса крепления и посадочным ниппелем 1 медленно вытекает из камеры 10. После того как большая ступень 6 подходит к манжете 3, она входит в область расточки 11 посадочного ниппеля 1, в результате, еще до момента касания большой ступени 6 манжеты 3, полость 10 резко разгерметизируется. При этом, откачиваемая жидкость, содержащаяся в трубах, начинает перетекать в скважину (в случае, когда уровень жидкости в трубах выше уровня жидкости в скважинах, так бывает в большинстве случаев ремонта скважин). Поток жидкости, перетекающий в скважину, отжимает эластичную манжету 3 от корпуса крепления 5. Благодаря этому, трение манжеты 3 о корпус крепления 6 будет иметь место лишь гидродинамический контакт между ними, что уменьшает износ манжеты в процессе прохода корпуса крепления 5 через нее.