плунжер скважинного лифта

Формула изобретения

1. Плунжер скважинного лифта, содержащий шток с направляющими по концам и размещенный в средней части штока набор подвижных в радиальном направлении колец с канавками на наружной цилиндрической поверхности, отличающийся тем, что между набором подвижных колец и направляющими с каждого конца на штоке дополнительно установлены втулки с подшипниками скольжения, выполненными по торцам на втулках, и выступами на наружной поверхности, при этом выступы образованы тремя поверхностями, одна из которых спиральная, направленная под углом к продольной оси плунжера, вторая поверхность совпадает с образующей втулки, а третья замыкает первую и вторую по окружности.

2. Плунжер скважинного лифта по п.1, отличающийся тем, что направляющие штока выполнены с продольными ребрами так, что суммарная длина ребер в 1,3 - 1,5 раза превышает общую длину поверхности вдоль образующей на выступах втулок, при этом наружный диаметр по ребрам направляющих соответствует наружному диаметру выступов втулок.

3. Плунжер скважинного лифта по п.1 или 2, отличающийся тем, что между выступами на втулке выполнены радиальные отверстия, а шток плунжера с нижнего торца имеет отверстие, сообщенное с радиальными отверстиями на нижней втулке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, применяемым при добыче нефти и газа, в частности в установках плунжерного лифта.

Известен плунжер, выполненный в виде цельного цилиндрического стержня с направляющими коническими поверхностями в нижней и верхней части и множеством канавок по наружной цилиндрической поверхности (1). Жесткая конструкция плунжера не обеспечивает эффективного контакта с внутренней поверхностью лифтовых труб, что затрудняет удаление парафинов и гидратов в пристенном слое.

Известен составной плунжер, содержащий шток, в нижней и верхней части которого имеются направляющие, а между ними расположены подвижные в радиальном направлении кольца с канавками по наружной цилиндрической поверхности (2). Ограниченное радиальное перемещение колец в результате вибрации плунжера при спуске или подъеме позволяет увеличить эффективный наружный диаметр плунжера, сохранив в целом его проходимость по внутреннему каналу лифтовых труб. Хаотичное движение колец способствует более эффективной очистке внутренних стенок насосно-компрессорных труб. Однако в случае интенсивного отложения асфальтеносмолопарафинистых веществ действие радиальной нагрузки от подвижных колец вызывает дополнительное уплотнение и консолидацию отложений в пристенном слое, что влечет зависание и остановку плунжера.

Для повышение эффективности работы за счет улучшения очистки проходного канала в лифтовых трубах от тугоплавких парафинов и гидратов предлагается плунжер, содержащий шток с направляющими по концам. В средней части штока размещен набор подвижных в радиальном направлении колец с канавками на наружной цилиндрической поверхности. Между набором подвижных колец и направляющими с каждого конца на штоке дополнительно установлены втулки с подшипниками скольжения, выполненными по торцам на втулках. Втулки на наружной поверхности имеют выступы, которые образованы тремя поверхностями. Одна поверхность спиральная и направлена под углом к продольной оси плунжера, вторая поверхность совпадает с образующей втулки, а третья замыкает первую и вторую по окружности.

Направляющие штока плунжера снабжены продольными ребрами так, что суммарная длина ребер в 1,3 - 1,5 раза превышает общую длину поверхности вдоль образующей на выступах втулок. Наружный диаметр по ребрам направляющих соответствует наружному диаметру выступов втулок. Кроме этого между выступами на втулке выполнены радиальные отверстия, а шток плунжера с нижнего торца имеет отверстие, сообщенное с радиальными отверстиями на нижней втулке.

При доказательстве достижения поставленной цели примем во внимание, что разрушение упруго-пластичных материалов наиболее эффективно при действии напряжений сжатия и промежуточное положение в этом процессе занимают напряжение сдвига или среза. Разрыхление тугоплавких парафинов в пристенном слое предлагается осуществлять выступами вращающихся втулок. Спиральная поверхность выступов является активной, а поверхность, ориентированная вдоль образующей втулки, - режущая. В процессе возвратно-поступательного движения от устья к забою скважины и обратно плунжер проходит интервал интенсивного парафиногидратообразования. Первая по ходу движения втулка встречает со стороны отложений сопротивление осевому перемещению. Спиральная поверхность на выступах втулки воспринимает силу реакции и трансформирует ее в крутящий момент, поворачивающий втулку вокруг штока плунжера. Сам плунжер от проворота удерживается продольными ребрами на направляющей штока. При прочих равных условиях этот эффект обеспечит большая суммарная длина продольных ребер по сравнению с общей длиной режущей поверхности выступов втулки. При вращении втулки режущая поверхность выступов разрушает наиболее консолидированные органические отложения с пристенного слоя внутренней поверхности лифтовых труб. Часть этих продуктов резания измельчается, в раздробленном виде через радиальные отверстия во втулке и отверстия в штоке попадает под плунжер, перемещается в начале вниз, а затем при подъеме плунжера удаляется из скважины потоком газа. Другая часть отложений растирается по внутренней поверхности труб втулками и подвижными кольцами, накапливается в канавках и также удаляется из них газожидкостным потоком после подъема плунжера на поверхность.

Таким образом, за счет комбинированного механизма разрушения отложений достигается более эффективная работа плунжера по очистке внутреннего канала лифтовых труб.

Конструкция плунжера поясняется чертежом.

На фиг. 1 показан предлагаемый плунжер в сборе.

На фиг. 2 представлена развертка наружной поверхности втулки 8.

Конструкция плунжера (фиг. 1) содержит шток 1, на котором имеются направляющие 2 и 3 с продольными ребрами 4. Верхняя направляющая 3 выполнена съемной, монтируется на штоке 1 с помощью резьбового соединения и фиксируется штифтом 5. В средней части штока 1 установлен набор колец 6 с возможностью ограниченного (до 0,3 - 0,4 мм) перемещения в радиальном направлении. На наружной цилиндрической поверхности колец 6 выполнено множество канавок 7. Между направляющими 2 и 3 и набором колец 6 снизу и сверху на штоке 1 установлены втулки 8 с подшипниками скольжения 9, изготовленные, например, из композиционного материала. На втулках 8 выполнены выступы 10, образованные тремя поверхностями (фиг.2). Поверхность 11 спиральная с углом подъема, обеспечивающим заданный поворот втулки 8 при осевом ее перемещении на определенное расстояние. Поверхность 12 ориентирована по образующей наружной поверхности втулки 8, а поверхность 13 замыкает поверхности 11 и 12 по окружности. Выступы 10 разделены на секторы канавками 14. В нижней части штока 1 имеется осевое отверстие 15, сообщенное радиальными отверстиями 16 с цилиндрической проточкой 17. На втулках 8 выполнены отверстия 18, ось которых направлена наклонно к оси плунжера. При этом отверстия 18 располагаются между выступами 10. Регулировочными прокладками 19 достигается необходимый осевой натяг подвижных деталей на штоке 1.

Плунжер работает следующим образом. С началом закрытого периода установки плунжерного лифта плунжер освобождается от захвата в лубрикаторе и под действием собственного веса начинает движение к забою скважины. Кольца 6 и втулки 8 совершают колебательные перемещения относительно штока 1, что обусловлено вибрацией плунжера при падении. При этом диаметр, описанный по наружной поверхности колец 6 и втулок 8, несколько превышает номинальный диаметр плунжера по ребрам 4 направляющих 2 и 3. В интервале интенсивного отложения парафинов и гидратов сопротивление перемещению плунжера возрастает, скорость падения замедляется, вибрация подвижных деталей 6 и 8 уменьшается или полностью исчезает. Сопротивление со стороны отложений на стенках труб теперь в основном воспринимается спиральной поверхностью 11 выступов 10 нижней втулки 8. Возникшая реактивная сила поворачивает втулку 8 вокруг центральной оси, а шток 1 с установленными на нем деталями удерживается от вращения ребрами 4 направляющей 2. Отложения, консолидированные у стенок лифтовых труб, вначале срезаются поверхностью 12 выступов 10, а затем измельчаются, проходя через канавки 14 при вращении втулки 8. Часть измельченных отложений через отверстия 18, проточку 17 и отверстия 16 попадают в осевое отверстие 15 и удаляются под плунжер. Накопленные здесь с разрушенной структурой отложения не оказывают прежнего сопротивления перемещению плунжера вниз. Другая часть отложений растирается по стенкам лифтовых труб, не успевая образовать структуру до следующего прохода плунжера.

После периода накопления плунжер под действием перепада давления между затрубным и трубным пространствами поднимается к устью скважины. Разрушение сформировавшихся отложений происходит теперь в результате аналогичной работы верхней втулки 8. Достигнув устья скважины вместе с жидкостью, в выкидную линию сбрасываются отложения под плунжером. Последующей продувкой газа из труб выносятся продукты резания, накопленные в канавках 7 и из-под плунжера.

Технико-экономический эффект выражается в уменьшении количеств зависания плунжера и сокращении числа остановок скважины для проведения райбирования внутреннего канала лифтовых труб и тепловых обработок.

На предлагаемый плунжер разработана конструкторская документация и изготовлена опытная партия для проведения промысловых испытаний в условиях нефтяных скважин Уренгойского газоконденсатного месторождения, эксплуатация которых осложнена отложениями асфальтеносмолопарафинистых веществ. Разработка выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НТЦ ПО "Урегнойгазпром" (этап 2).

Список литературы:

1. Оборудование скважинного плунжерного лифта. Каталог фирмы Mc Murry, 1996.

2. Plunger Lift Equipment Manufacturer. Каталог фирмы Production Control Services, 1997.