Устройство для очистки насосных штанг
SUCKER ROD CLEANER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для очистки насосных штанг при подъеме их из скважины и предупреждения загрязнения нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, окружающей территории скважины, а также для улучшения условий труда обслуживающего персонала.
Известно устройство для очистки насосных штанг (авторское свидетельство СССР №1375796, опубл. 23.02.1988), включающее корпус и очистительный элемент. Корпус имеет резьбу и подпружиненную штанговую втулку, на которой закреплен очистительный цанговый элемент, выполненный в виде пружинящих перьев цанги, наклонно закрепленных к оси устройства и жестко закрепленных на цанговой втулке. На концах перьев закреплены секторные скребки.
Недостатки устройства:
- низкая надежность работы. Это обусловлено тем, что устройство не имеет корпуса и при подъеме и очистке штанг, и при отвороте каждой очередной штанги элеватор с подвешенной к нему колонной штанг должен садиться на скребок, не защищенный корпусом и принимающий на себя всю нагрузку от веса колонны штанг, причем эта нагрузка будет распределена неравномерно по площади скребка, в результате того, что скребок, зажатый между элеватором и подвесной муфтой, всегда расположен эксцентрично относительно оси скважины подвесной муфты, так как штанги при их подъеме совершают вместе со скребком радиальные перемещения и практически не могут расположиться по центру подвесной муфты. Это приводит к разрушению и выходу из строя скребка;
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (корпус, подпружиненная штанговая втулка, очистительный цанговый элемент, выполненный в виде пружинящих перьев цанги и т.д.);
- высокая стоимость изготовления устройства, связанная с технически сложными в изготовлении деталями (подпружиненная штанговая втулка, очистительный цанговый элемент, выполненный в виде пружинящих перьев цанги, наклонно закрепленных к оси устройства и жестко закрепленных на цанговой втулке);
- загрязнение нефтью рабочей площадки, работающих техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, так как нефть, оставшаяся на насосных штангах после подъема из скважины в процессе перекладывания насосных штанг на мостки распространяется по окружающей территории скважины;
- ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, так как персоналу приходится работать с некачественно очищенными от нефти насосными штангами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для очистки насосных штанг (патент RU №2052072, опубл. 10.01.1996), включающее корпус с центральным отверстием и со средствами его крепления на устье скважины, состоящей из нижней и верхней частей с узлом их фиксации относительно друг друга, и расположенный в полости корпуса очищающий элемент, в виде эластичных диафрагм с центральным отверстием, верхняя часть корпуса выполнена с прорезью, сопрягающейся с центральным отверстием, а узел фиксации частей корпуса выполнен в виде шпилек и упора на одной части корпуса и фигурной прорези под шпильки и защелки для взаимодействия с упором на другой части корпуса, а эластичные диафрагмы выполнены с радиальными разрезами со смещением разрывов на 45° в смежных диафрагмах.
Недостатки устройства:
- низкое качество очистки поверхности насосных штанг от нефти. Это связано с тем, что очищающий элемент не зафиксирован жестко в корпусе и в процессе подъема насосных штанг из скважины смещается в радиальном направлении, кроме того радиальные разрезы на эластичных диафрагмах и гибкость самих эластичных диафрагм не позволяют им охватить плотно поверхность очищаемой штанги. Все это приводит к неравномерной очистке поверхности как по телу, так и по муфте насосных штанг, и как следствие, к снижению качества очистки;
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (очищающий элемент, узел фиксации, эластичные диафрагмы с радиальными надрезами и т.д.);
- высокая стоимость изготовления устройства, связанная с технически сложными в изготовлении деталями, так как узел фиксации нижней и верхней частей корпуса выполнен в виде шпилек и упора на одной части корпуса и фигурной прорези под шпильки и подпружиненной защелки для взаимодействия с упором на другой части корпуса);
- загрязнение нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, так как нефть, оставшаяся на насосных штангах после подъема из скважины в процессе перекладывания насосных штанг на мостки, распространяется по окружающей территории скважины;
- ухудшаются условия труда обслуживающего персонала, так как персоналу приходится работать с некачественно очищенными от нефти насосными штангами.
Техническими задачами изобретения являются повышение качества очистки поверхности насосных штанг от нефти, снижает потери нефти, упрощение конструкции устройства, снижение стоимости изготовления устройства, исключение загрязнения нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, улучшение условий труда обслуживающего персонала.
Поставленные задачи решаются устройством для очистки насосных штанг, содержащим корпус, состоящий из нижней и верхней частей с узлом их фиксации относительно друг друга, корпус выполнен с центральным отверстием с возможностью крепления с помощью резьбы на устье скважины, в полости корпуса, расположен очищающий элемент, а в верхней части корпуса выполнена прорезь, сопрягающаяся с центральным отверстием.
Новым является то, что очищающий элемент жестко зафиксирован между нижней и верхней частями корпуса, причем очищающий элемент выполнен в виде кольцевой обоймы, состоящей из двух кольцевых сегментов, образующих кольцевую полость, в которой размещена двухступенчатая эластичная манжета внутри армированная С-образным металлическим кольцом, причем первая ступень меньшего диаметра плотно охватывает снаружи поверхность тела штанги, а вторая ступень большего диаметра плотно охватывает снаружи поверхность муфты штанги, а узел фиксации нижней и верхней частей корпуса выполнен в виде двух фиксаторов, расположенных под углом 180° между собой, причем каждый из фиксаторов состоит из штока, а также, расположенных друг под другом, нижнего полого цилиндра с внутренней резьбой приваренного к нижней части корпуса и из верхнего полого цилиндра приваренного к верхней части корпуса, при этом в нижней части шток снабжен наружной резьбой под внутреннюю резьбу нижнего полого цилиндра, причем на верхний конец штока приварено кольцо, а к верхней части корпуса под углом 180° по отношению друг к другу приварены две ручки.
На фиг. 1 схематично изображено устройство в процессе очистки тела насосной штанги при подъеме из скважины.
На фиг. 2 схематично изображено устройство в процессе очистки муфты насосной штанги при подъеме из скважины.
На фиг. 3 схематично изображен вид А устройства.
Устройство для очистки насосных штанг содержит корпус 1 (см. фиг. 1-3), состоящий из нижней 2' (см. фиг. 1-2) и верхней 2'' (см. фиг. 1-3) частей с узлом их фиксации 3 (см. фиг. 1-2) относительно друг друга.
Нижняя часть 2' корпуса 1 имеет центральное отверстие 4' (см. фиг. 1-2) с возможностью крепления корпуса с помощью резьбы 5 на устье скважины.
В полости корпуса, состоящего из нижней 2' (см. фиг. 1-3) и верхней 2'' частей расположен очищающий элемент 6 (см. фиг. 1-2).
В верхней части 2'' корпуса выполнена прорезь 7 (см. фиг. 3), сопрягающаяся с центральным отверстием 4 '' (см. фиг. 1-3) верхней части корпуса. Очищающий элемент 6 жестко зафиксирован между нижней 2' и верхней 2 '' частями корпуса 1.
Очищающий элемент 6 (см. фиг. 1 и 2) выполнен в виде кольцевой обоймы, состоящей из двух кольцевых сегментов 8' (см. фиг. 1-2) и 8'' (см. фиг. 1-3), образующих кольцевую полостью 9 (см. фиг. 1-2), в которой размещена двухступенчатая эластичная манжета 10 внутри армированная С- образным металлическим кольцом 11.
Первая ступень 12' (см. фиг. 1-3) эластичной манжеты 10 меньшего диаметра - d плотно охватывает снаружи поверхность тела 13 (см. фиг. 1, 3) штанги.
Вторая ступень 12'' (см. фиг. 1-2) эластичной манжеты 10 большего диаметра - D плотно охватывает снаружи поверхность муфты 14 (см. фиг. 2) штанги.
Узел фиксации 3 нижней 2' и верхней 2'' частей корпуса 1 выполнен в виде двух фиксаторов 15' и 15'' (см. фиг. 1-2) расположенных под углом 180° между собой.
Каждый из фиксаторов 15' и 15'' состоит из соответствующего штока 16' и 16'' (см. фиг. 1-3), а также расположенных друг под другом нижнего полого цилиндра 17' и 17'' (см. фиг. 1-2) с внутренней резьбой 18' и 18'' (см. фиг. 1-2), соответственно, жестко приваренного к нижней части 2' корпуса 1, и верхнего полого цилиндра 19' и 19'' (см. фиг. 1-2), соответственно, жестко приваренного к верхней части 2'' корпуса 1. Центральные оси нижнего полого цилиндра 17' и 17'' и верхнего полого цилиндра 19' и 19'' совпадают.
В нижней части шток 16' и 16'' снабжен наружной резьбой 20' и 20'' (см. фиг. 1-2) под внутреннюю резьбу 18' и 18'' нижнего полого цилиндра 17' и 17'', соответственно.
На верхний конец штока 16' и 16'' приварено кольцо 21' и 21'' (см. фиг. 1-3).
К верхней части 2'' корпуса 1 под углом 180° по отношению друг к другу приварены две ручки 22' и 22'' (см. фиг. 3), соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают на устье скважины перед подъемом штанг, подлежащих очистке от нефти, в следующей последовательности.
После снятия устьевого тройника скважины на подвесную муфту устанавливают нижнюю часть 2' корпуса 1 (см. фиг. 1) с помощью резьбы 5.
Устанавливают очищающий элемент 6, выполненный в виде кольцевой обоймы, состоящей из двух кольцевых сегментов 8' и 8'', в которой размещена двухступенчатая эластичная манжета 10 внутри армированная С- образным металлическим кольцом 11.
шт
Далее пропускают штангу через нижнюю часть 2' корпуса 1 и эластичную манжету 10 очищающего элемента 6, при этом первая ступень 12' эластичной манжеты 10 меньшего диаметра - d плотно охватывает снаружи поверхность тела 13 штанги диаметром D.
Затем с помощью узла фиксации 3, состоящего из фиксаторов 15' и 15'' собирают нижнюю 2' и верхнюю'' части корпус 1 между собой.
Сначала на нижнюю часть 2 ' устанавливают верхнюю часть 2'' корпуса 1. Для этого берут верхнюю часть 2'' корпуса 1 за ручки 22' и 22'' и устанавливают на нижнюю часть 2' корпуса 1, вращением верхней части 2'' корпуса 1 за ручки 22' и 22'' относительно нижней части 2' корпуса 1 совмещают центральные оси нижнего полого цилиндра 17' и 17'' и верхнего полого цилиндра 19' и 19'', соответственно, между собой. Далее вставляют шток 16' и 16'' в соответствующий верхний полый цилиндр 19' и 19'' и с помощью кольца 21' и 21'' соответственно вворачивают шток 16' и 16'' соответствующей резьбой 20' и 20'' во внутреннюю резьбу 18' и 18'' нижнего полого цилиндра 17' и 17'' до упора. В результате фиксаторы 15' и 15'' собраны и узел фиксации 3 жестко фиксирует верхнюю часть 2'' корпуса 1 от осевого и вращательного относительно нижней части 2' корпуса 1.
Таким образом верхняя часть 2'' крепится к нижней части 2' корпуса 1 и устройство принимает рабочее положение.
шт
Затем начинают подъем штанг, при этом первая ступень 12' (см. фиг. 1) эластичной манжеты 10 меньшего диаметра - d плотно охватывает снаружи поверхность тела 13 (D) штанги. При последующем подъеме штанги из скважины первая ступень 12' эластичной манжеты 10 очищает тело 13 штанги от нефти. В результате нефть с поверхности тела 13 штанги стекает обратно в скважину через отверстие 4'.
м
При проходе муфты 14 (см. фиг. 2) штанги через эластичную манжету 10 очищающего элемента 6 в работу вступает вторая ступень 12 '' эластичной манжеты 10 большего диаметра - D, которая плотно охватывает снаружи поверхность муфты 14 (D) штанги. При подъеме штанги из скважины она очищает муфту 14 штанги от нефти. В результате нефть с поверхности муфты 14 штанги стекает в скважину через отверстие 4'.
Очищающий элемент жестко зафиксирован между нижней и верхней частями корпуса, а также выполнен в виде кольцевой обоймы, состоящей из двух кольцевых сегментов, образующих кольцевую полость, в которой размещена двухступенчатая эластичная манжета внутри армированная С- образным металлическим кольцом. Благодаря такой конструкции устройства в процессе подъема насосных штанг из скважины исключается радиальное перемещение очищающего элемента относительной корпуса. Эластичная манжета выполнена двухступенчатой и плотно охватывает наружную поверхность штанги, что приводит к равномерной очистке поверхности как по телу, так и по муфте насосных штанг.С- образное металлическое кольцо, которым армирована эластичная манжета, придает ей жесткость. Все вышеотмеченное повышает качество очистки поверхности насосных штанг от нефти.
При отвороте очередной штанги штанговый элеватор сажается на верхнюю часть 2'' корпуса 1 устройства. Если скважина оборудована трубным насосом и на штангах поднимается не весь насос, а только его плунжер, имеющий сравнительно небольшой диаметр, то обе ступени (первая ступень 12' и вторая ступень 12'' эластичной манжеты 10) пропускают через себя плунжер и после извлечения из скважины штанг и плунжера насоса устройство в собранном виде снимается с подвесной муфты.
Если скважина оборудована вставным насосом, который полностью поднимается из скважины на штангах, то эластичная манжета 10 очищающего элемента 6 не пропускает через себя насос, имеющий сравнительно больший диаметр кожуха насоса, чем обе ступени (первая ступень 12' (d) и вторая ступень 12 '' (D)) эластичной манжеты 10.
Поэтому в этом случае для демонтажа устройства элеватор с подвешенной к нему последней штангой с насосом приподнимают и снимают верхнюю часть 2'' с нижней части 2' корпуса 1. Для этого сначала раскрепляют фиксаторы 15' и 15'' путем отворачивания штоков 16' и 16'' с помощью соответствующих колец 21' и 21'' с внутренней резьбы 18' и 18'' нижнего полого цилиндра 17' и 17'', соответственно.
Далее берут верхнюю часть 2'' корпуса 1 за ручки 22' и 22 '' приподнимают на 0,2-0.3 м и выводят штангу через прорезь 7 верхней части 2'' корпуса 1. Таким образом снимают верхнюю часть корпуса. Затем извлекают из скважины штангу с глубинным насосом и очищающим элементом 6, затем снимают нижнюю часть 2' корпус 1 с подвесной муфты и готовят устройство для очередного использования.
Упрощается конструкция устройства по сравнению с прототипом, благодаря усовершенствованной конструкции очищающего элемента и узла фиксации.
Снижается стоимость изготовления устройства, так как в конструкции устройства отсутствуют технически сложные в изготовлении детали.
Исключается загрязнение нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины, так как нефть, при подъеме из скважины насосных штанг, благодаря предложенной конструкции очищающего элемента, полностью стекает обратно в скважину, и не остается на насосных штангах в процессе перекладывания насосных штанг на мостки и не распространяется по окружающей территории скважины.
Использование предлагаемого устройства устраняет разливы и потери нефти при подъеме насосных штанг из скважины, предотвращает замазучивание прискважинного оборудования, рабочей площади и территории вокруг скважины улучшает тем самым экологическую обстановку на скважине, сокращает затраты труда и средств на уборку замазученности вокруг скважины.
Улучшаются условия труда обслуживающего персонала, так как персонал работает с качественно очищенными от нефти насосными штангами.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить качество очистки поверхности насосных штанг от нефти;
- снизить потери нефти;
- упростить конструкцию устройства;
- снизить стоимость изготовления устройства;
- исключить загрязнение нефтью рабочей площадки, работающей техники и устьевого оборудования, а также окружающей территории скважины;
- улучшить условий труда обслуживающего персонала.