УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА ОТ ШЛАМА

Предлагаемая полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» относится к добыче нефти и может выть использована в нефтедобывающей промышленности при эксплуатации скважин для защиты штанговых насосов от шлама.
Известен скважинный шламоуловитель, (см. авт. с-во СССР №1689586, МПК E21B 31/03 опубл. 07.11.91), включающий корпус с осевым промывочным отверстием и верхней частью, расположенной эксцентрично относительно нижней, установленный на нижней части корпуса соосно с его верхней частью и образующий с нижней приемную полость цилиндрический кожух с открытым верхним торцом и вогнутым к оси кожуха участком боковой поверхности, скребки, жестко установленные на нижнем торце кожуха, причем нижняя часть корпуса установлена в зоне переходного участка от цилиндрической к вогнутой боковой поверхности кожуха, причем осевое промывочное отверстие корпуса гидравлически связано в нижней части с полостью кожуха и в верхней части имеет диаметр, больший диаметра осевого промывочного отверстия нижней части корпуса.
Недостатком известного скважинного шламоуловителя является сложность изготовления и установки.
Эти недостатки обусловлены конструктивными особенностями известного скважинного шламоуловителя, а именно громоздкостью.
Известна также, принятая за прототип, скважинная насосная установка со шламоуловителем, содержащая секции электродвигателя и многоступенчатого центробежного насоса, на выходе которого установлен шламоуловитель, содержащий цилиндрический корпус, в основании которого закреплен нагнетательный патрубок с компенсатором радиальных смещений, причем корпус шламоуловителя посредством ловильной головки с конической резьбой навинчен на напорном трубопроводе ниже сливного клапана, нагнетательный патрубок снабжен обратным клапаном, седло которого имеет отверстия для прохода пластовой жидкости, перекрываемые при остановке насоса запорным элементом, выполненным в виде конуса, переходящего в цилиндр и стержень с ограничителем осевых перемещений запорного элемента (См. Патент РФ №2135836, МПК F04D 13/10, опубл. 27.08.1999).
Недостатком известного шламоуловителя является сложность изготовления и установки на рабочее место шламоуловителя и низкая надежность.
Эти недостатки обусловлены конструктивными особенностями известного шламоуловителя, поскольку шлам постоянно накапливается в корпусе шламоуловителя, а это не может длиться бесконечно и приводит, в конечном итоге, к выходу из строя запорного элемента и, как следствие, к остановке насоса.
Из известных наиболее близким к заявленному является принятое за прототип, устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама, (см. Патент на полезную модель №33153, МПК E21B 1/03, опубликован 10.10.2003), содержащее цилиндрический корпус с конусным сужением и с отверстиями для прохода пластовой жидкости, причем цилиндрический корпус состоит из двух частей, верхней и нижней, жестко связанных между собой и связанных с вкладышем, дополнительно установленным на штанге скважинного насоса, верхняя часть цилиндрического корпуса имеет наружный диаметр меньший диаметра насосно-компрессорных труб, и образует с ними кольцевой (шламовый) карман, а нижняя часть цилиндрического корпуса выполнена с внутренним диаметром большим диаметра штанги скважинного штангового насоса и образует с ней кольцевое пространство, при этом наружный диаметр нижней части цилиндрического корпуса имеет конусное сужение книзу, образующее, так называемый, посадочный конус, установленный в патрубке, выполненный с внутренней конической поверхностью, дополнительно установленный над скважинным штанговым насосом и связанный с последним и с колонной насосно-компрессорных труб, причем, упомянутое выше кольцевое пространство связано с кольцевым (шламовым) карманом посредством, по меньшей мере, двух радиальных отверстий для прохода пластовой жидкости, расположенных под углом «α» к оси симметрии насосной штанги. Отверстия для прохода пластовой жидкости расположены под углом «а» к оси симметрии насосной штанги равном 30-90°, а патрубок связан с колонной насосно-компрессорных труб посредством муфты, патрубок может быть связан со скважинным штанговым насосом посредством дополнительного патрубка и дополнительных муфт, а вкладыш, дополнительно закрепленный на штанге скважинного насоса состоит, по меньшей мере, из двух частей, причем наружный диаметр вкладыша больше диаметра головки штанги скважинного насоса (см. Патент на полезную модель №33153, МПК E21B 1/03, опубл. 10.10.2003).
Недостатком известного устройства является низкая надежность и производительность и высокая трудоемкость при демонтаже устройства во время спуско-подъемных операций.
Данный недостаток обусловлен тем, что выполненный из металлического материала вкладыш обуславливает высокий коэффициент трения пары вкладыш-штанга, что приводит к повышенному износу трущихся деталей, снижая надежность устройства в целом. Расположение радиальных отверстий для прохода жидкости удаленное от конусного соединения образует застойный карман, в котором скапливается и слеживается шлам, что усложняет демонтаж устройства и насоса. Кроме того, недостаточная или избыточная конусность соединения цилиндрического корпуса с патрубком, не может обеспечить надежного соединения деталей устройства при спуско-подъемных операциях и требует лишних затрат рабочего времени.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности и производительности спуско-подъемных операций и монтажно-демонтажных работ.
Техническим результатом заявляемой полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» является сокращение времени на монтаж- демонтаж устройства и насоса в целом в скважину при одновременном повышении надежности и долговечности работы, как самого устройства, так и скважинных штанговых насосов.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для защиты скважинного штангового насоса от шлама, установленном в колонне насосно-компрессорных труб на штанге скважинного штангового насоса, содержащее, цилиндрический корпус с отверстиями для прохода пластовой жидкости, состоящий из двух частей, верхней и нижней, жестко связанных между собой и связанных с закрепленным на штанге скважинного насоса вкладышем, состоящим, по меньшей мере из двух продольных частей, верхняя часть цилиндрического корпуса имеет наружный диаметр меньший диаметра насосно-компрессорных труб, и образует с ними кольцевой (шламовый) карман, а нижняя часть цилиндрического корпуса выполнена с внутренним диаметром большим диаметра штанги скважинного штангового насоса и образует с ней кольцевое пространство, при этом наружный диаметр нижней части цилиндрического корпуса имеет конусное сужение книзу, образующее, так называемый посадочный конус, установленный в патрубке, выполненным с внутренней конической поверхностью установленным над скважинным штанговым насосом и связанным с последним и с колонной насосно-компрессорных труб, причем, упомянутое выше кольцевое пространство связано с кольцевым (шламовым) карманом посредством, по меньшей мере, двух радиальных отверстий для прохода пластовой жидкости, расположенных под углом «а» к оси симметрии насосной штанги, согласно полезной модели, его цилиндрический корпус связан с вкладышем, выполненным из неметаллических материалов, причем радиальные отверстия для прохода жидкости расположены в непосредственной близости с конусным соединением под углом «α» к оси симметрии насосной штанги, причем наружный диаметр нижней части цилиндрического корпуса имеет конусное сужение книзу от 1°-2°, образующее посадочный конус, установленный в патрубке, выполненным с внутренней конической поверхностью от 1°-2°, одинаковой с нижней частью цилиндрического корпуса, установленным над скважинным штанговым насосом, а вкладыш может быть выполнен, например, из капролона или фторопласта.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от известных аналогов и прототипа выполнение установленного на штанге скважинного штангового насоса, вкладыша, состоящем по меньшей мере из двух половин, выполненных из неметаллических материалов, в частности капролона или фторопласта, обеспечивает низкий коэффициент трения пары вкладыш-штанга, что существенно снижает износ трущихся деталей, повышая надежность устройства в целом, поскольку исключает искрообразование. Выполнение наружного диаметра нижней части цилиндрического корпуса с конусным сужением книзу от 1°-2°, образующим посадочный конус, установленный в патрубке, выполненным с одинаковой внутренней конической поверхностью от 1°-2°, установленным над скважинным штанговым насосом, а также расположение радиальных отверстий для прохода жидкости в непосредственной близости с конусным соединением, облегчает демонтаж устройства при проведении спуско-подъемных операций, одновременно снижая время на проведение спуско-подъемных операций.
В совокупности признаков, в предложенном устройстве сокращается время на ремонт и установку насоса в целом в скважину при одновременном повышении надежности и долговечности работы, как самого устройства, так и скважинного штангового насоса.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного технического решения. По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» критерию “новизна”. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама», изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» соответствует критерию “новизна”.
Для проверки соответствия заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» критерию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совокупность признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама». Результаты поиска показали, что заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» соответствует критерию “изобретательский уровень”.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» совокупности условий в том виде, как заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» охарактеризовано в формуле изобретения, т.е. подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Технологические приемы, воплощающие заявленную полезную модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» при его осуществлении, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно снижение трудоемкости и себестоимости, при одновременном повышении надежности, следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» соответствует критерию "промышленная применимость".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» может быть многократно использована с получением технического результата, заключающегося в сокращение времени на монтаж-демонтаж устройства и насоса в целом в скважину при одновременном повышении надежности и долговечности работы, как самого устройства, так и скважинных штанговых насосов следовательно, заявленная полезная модель «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» соответствует критерию “промышленная применимость”.
Сущность заявляемой полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» поясняется примером конкретного выполнения с иллюстрацией, где
на фиг. 1 изображен общий вид устройства для защиты скважинного штангового насоса от шлама;
- на фиг. 2 изображено устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама, разрез по А-А фиг. 1;
1
1
1
1
Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама, устанавливается в колонне насосно-компрессорных труб 1 на штанге 2 скважинного штангового насоса 3. Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама содержит цилиндрический корпус 4, состоящий из верхней части 5 и нижней части 6, жестко связанных между собой резьбовым соединением, и вкладыша 7, состоящем из двух половин, выполненных из неметаллического материала. Выполнение двух половин вкладыша 7 из неметаллических материалов, в частности фторопласта, обеспечивает снижения износа пары вкладыш-штанга. Верхняя часть 5 цилиндрического корпуса 4 имеет наружный диаметр «D» меньший внутреннего диаметра «D» насосно-компрессорных труб 1. В результате разницы диаметров «D» и «D» образуется кольцевой карман 8, так называемый «шламовый карман». Нижняя часть 6 цилиндрического корпуса 4 выполнена с внутренним диаметром «d» большим диаметра «d» штанги 2 скважинного штангового насоса 3. В результате разницы диаметров «d» и «d» под вкладышем образуется кольцевое пространство 9. Снаружи нижняя часть 10 цилиндрического корпуса 4 имеет конусное сужение 11 сверху вниз равное 1,5°, что значительно облегчает демонтаж при проведении спуско-подъемных операций и снижает время их проведения. Колонна насосно-компрессорных труб 1 оснащена патрубком 12, связанным с ней с помощью муфты 13. Патрубок 12 выполнен в верхней части 14 с внутренней конической поверхностью 15, которая также имеет аналогичное конусное сужение, сверху вниз равное 1,5°, как и наружная нижняя часть 10 цилиндрического корпуса 4. Такая конусность обеспечивает надежную установку нижней части 10 цилиндрического корпуса 4 в верхнюю часть патрубка 14. Наружная нижняя часть 10 цилиндрического корпуса 4, связана с верхней стороны 14 с колонной насосно-компрессорных труб 1 посредством муфты 13. С нижней стороны 16 патрубок 12 связан с помощью дополнительной муфты 17 с дополнительным патрубком 18, который, в свою очередь, связан с глубинным штанговым насосом 3 с помощью муфты 19. Кольцевое пространство 9 связано со шламовым карманом 8 проточными отверстиями 20, выполненными в виде цилиндрических сквозных каналов в верхней части цилиндрического корпуса 4. Проточные отверстия 20 в виде цилиндрических сквозных каналов расположены под углом «α» к оси симметрии насосной штанги равным 45° таким образом, что нижняя часть цилиндрического сквозного канала 21 выходит к основанию 22 кольцевого кармана (шламового кармана) 8.
Устройство работает следующим образом.
В процессе спуска насоса в скважину и его эксплуатации, шламоуловитель защищает скважинный штанговый насос от попадания в него шлама. Шлам оседает в шламовом кармане 8, то есть в кольцевом канале 8 между насосно-компрессорными трубами 1 и корпусом 4, состоящим из верхней части 5 и нижней части 6 жестко связанных между собой резьбовым соединением и закрепленных на вкладыше 7, состоящем из двух половин, выполненных из неметаллического материала, в частности фторопласта, обеспечивающего снижения износа пары вкладыш-штанга. В процессе работы насоса, откачиваемая скважинным штанговым насосом жидкость проходит сначала по кольцевому каналу 9 и затем по проточными отверстиями 20, выполненными в виде цилиндрических сквозных каналов, попадает в шламовый карман 8, в котором создается гидромониторный эффект, то есть размыв шлама. После этого по колонне насосно-компрессорных труб 1 жидкость вместе с размытым шламом поступает на поверхность.
Применение предложенной полезной модели «Устройство для защиты скважинного штангового насоса от шлама» позволяет значительно сократить время при проведении спуско-подъемных операций на скважине при одновременном повышении надежности и долговечности работы как самого устройства, так и скважинных штанговых насосов.