УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТА В СКВАЖИНУ С ПРИВОДОМ ОТ СТАНКА-КАЧАЛКИ
WELL REAGENT FEEDER DRIVEN BY CONVENTIONAL PUMPING UNIT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для внутрискважинной обработки нефти путем дозированной подачи в нее жидких химических реагентов, и может быть использовано при эксплуатации скважин в нефтедобывающих предприятиях отрасли для предотвращения коррозии оборудования, отложений парафина и солей, образования стойких эмульсий, снижения вязкости продукции скважины.
Известно устройство глубинного дозирования реагента в скважину с приводом от станка-качалки (патент на полезную модель RU 45455 U1, МПК Е21В 43/00, дата публ. 10.05.2005), содержащее контейнер для реагента, размещенный под насосом, и связанный с ним дозатор, состоящий из полого цилиндра, размещенного в корпусе, связанного с контейнером, плунжера и штока с ограничительными элементами для ограничения хода возвратно-поступательного перемещения системы. Цилиндр закреплен в скважине посредством эластичного пакера. В корпусе имеется полость, ограниченная двумя перегородками, в верхней перегородке выполнено сквозное отверстие для пропускания плунжера, а в нижней выполнены каналы для прохождения скважинной жидкости и газа и осевой канал для пропускания штока. Плунжер имеет на боковой поверхности, по меньшей мере, одну дозировочную канавку, числом и размером которых можно регулировать разовый объем дозирования реагента в зависимости от его плотности и вязкости.
Недостатками известного устройства являются низкие эксплуатационные возможности, большая трудоемкость при обслуживании устройства, например при замене реагента и изменении объема подачи реагента, связанная с необходимостью остановки работы оборудования, извлечения его из скважины, демонтаж устройства, его настройка и последующий спуск оборудования в скважину, что связано также с большими материально-финансовыми затратами.
Известен малогабаритный устьевой дозатор жидких химических реагентов с приводом от станка-качалки («Малогабаритный устьевой дозатор жидких химреагентов», ТУ 3666-001-97967252-2007. ООО «Нефтехимсервис», г.Октябрьский, Башкортостан), взятый в качестве прототипа, содержащий поршневой насос, включающий цилиндр, в котором установлен поршень со штоком, взаимодействующий с пружиной, и регулятор дозировки реагента, которые установлены на устьевом фланце обсадной колонны. Шток дозатора установлен с возможностью взаимодействия с рычагом, закрепленным на канатной подвеске (траверсе). При опускании канатной подвески рычаг нажимает на шток дозатора, приводя в действие поршень в цилиндре дозатора, в результате чего происходит поступление химического реагента в скважину. Под действием пружины поршень возвращается в исходное положение, всасывая химический реагент из емкости в рабочую полость цилиндра.
Недостатками известного устройства являются: сложность монтирования рычага на канатной подвеске (траверсе) и установки поршневого насоса дозатора относительно рычага из-за наличия осевого вращения сальникового штока штангового насоса при возвратно-поступательном движении штанги; сложность настройки количества подачи химического реагента, связанная с изменением рабочего хода поршня путем перемещения рычага относительно узла его крепления к канатной подвеске (траверсе). Неподвижное крепление устройства на устьевом фланце обсадной колонны не позволяет производить обслуживание и ремонт элементов устьевого сальника обсадной колонны без снятия устройства с устьевого фланца. Недостатком также является необходимость установки емкости с химическим реагентом выше уровня поршневого насоса дозатора для предотвращения падения давления в рабочей полости гидроцилиндра ниже атмосферного и проникновения воздуха в гидроцилиндр через уплотнения поршня при всасывании химического реагента из емкости.
Задача изобретения - создание компактного, мобильного, удобного в эксплуатации устройства дозирования реагента в скважину с приводом от станка-качалки с повышенной надежностью работы, точностью и упрощенным процессом регулирования дозировки подачи реагента в скважину.
Технический результат, получаемый в результате решения задачи, состоит в повышении надежности работы устройства, точности настройки дозирования реагента, ремонтопригодности, удобстве эксплуатации и обслуживании устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве дозирования реагента в скважину с приводом от станка-качалки, содержащем насос-дозатор, выполненный в виде гидроцилиндра с размещенным в нем поршнем, ограничителя возвратно-поступательного перемещения поршня и возвратной пружины, установленной на поршне, дозирующее устройство, соединенное с рабочей полостью гидроцилиндра, регулятор дозировки реагента, механизм передачи движения привода станка-качалки к насосу-дозатору, узел крепления устройства к устьевому фланцу обсадной колонны, согласно изобретению механизм передачи движения привода от станка-качалки к насосу-дозатору выполнен в виде рычага, закрепленного на сальниковом штоке станка-качалки перпендикулярно оси штока с возможностью взаимодействия с поршнем гидроцилиндра, при этом дозирующее устройство выполнено в виде всасывающего и нагнетательного клапанов, расположенных на оси, перпендикулярной оси поршня насоса-дозатора, а регулятор дозировки реагента выполнен в виде механизма изменения величины рабочего хода поршня посредством перемещения гидроцилиндра относительно рычага, закрепленного на сальниковом штоке, при этом узел крепления устройства к устьевому фланцу обсадной колонны выполнен подвижным.
Технический результат достигается тем, что в устройстве механизм изменения величины хода поршня выполнен в виде резьбового стержня, один конец которого жестко соединен с гидроцилиндром и блоком клапанов, а другой конец снабжен регулирующим и ограничивающим элементами и закреплен на опорном элементе с возможностью осевого перемещения и фиксации в разных положениях, что позволяет упростить процесс регулировки количества подачи химреагента.
Выполнение регулирующего элемента механизма изменения величины рабочего хода поршня в виде резьбовой гайки позволяет осуществлять плавную точную настройку количества подачи химреагента.
Технический результат достигается тем, что в устройстве опорный элемент выполнен в виде цилиндрической детали с сквозным пазом для закрепления в нем ограничивающего перемещение стержня элемента, выполненного, например, в виде поперечно установленного стержню болтового соединения, что предотвращает вращение стержня вместе с резьбовой гайкой при плавной настройке количества подачи химреагента, что повышает точность настройки.
Технический результат достигается тем, что устройство снабжено механическим регулируемым уплотнением поршня, выполненным в виде кольца из упругого материала, например фторопласта, что предотвращает утечку реагента из рабочей полости гидроцилиндра.
Технический результат достигается тем, что в устройстве механизм регулирования механического уплотнения поршня выполнен в виде гайки, которая служит также для упора пружины и ограничения движения поршня при нагнетании реагента в скважину, что позволяет оптимизировать (уменьшить) габариты насоса-дозатора.
Технический результат достигается тем, что устройство снабжено гидравлическим уплотнением поршня, выполненным в виде емкости с жидкостью, например в виде стакана, в дне которого выполнено отверстие для прохода поршня, что предотвращает попадание воздуха в рабочую полость гидроцилиндра и таким образом позволяет размещать емкость с химреагентом в любом месте в независимости от расположения насоса-дозатора.
Технический результат достигается тем, что в устройстве ограничитель возвратно-поступательного перемещения поршня выполнен в виде трубы, один конец которой жестко закреплен на стержне, а второй снабжен крышкой с отверстием для прохода штока поршня, взаимодействующей с ограничительной шайбой, установленной на штоке поршня, что позволяет упростить конструкцию дозатора, обеспечить доступ к гидравлическому уплотнению и гайке механизма регулирования механического уплотнения и защитить гидравлическое уплотнение, гайку и возвратную пружину от механических повреждений.
Выполнение рычага, закрепленного на сальниковом штоке, в виде пластины, имеющей форму сектора, например полукруга, позволяет повысить точность взаимодействия рычага со штоком поршня вне зависимости от осевого вращения сальникового штока при возвратно-поступательном движении насосной штанги, что повышает надежность работы устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройстве узел крепления устройства к устьевому фланцу обсадной колонны выполнен в виде шарнирного соединения, что позволяет отклонять насос-дозатор от устьевого сальника на некоторый угол и таким образом повысить мобильность и удобство эксплуатации устройства.
Наличие указанных признаков позволяет сделать вывод о новизне технического решения.
При сравнении заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не выявлена совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, заявленное решение является новым, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.
На фиг.1 приведен общий вид устройства дозирования реагента в скважину с приводом от станка-качалки, на фиг.2 - вид сверху устройства с изображением формы рычага, на фиг.3 - вид сбоку устройства с вариантом откидывания устройства на угол α от устьевого сальника.
Устройство дозирования реагента в скважину с приводом от станка-качалки содержит насос-дозатор, выполненный в виде гидроцилиндра 1 с поршнем 2 (фиг.1), который вертикально установлен в корпусе, выполненном в виде, например, резьбового стержня 3, в котором установлено дозирующее устройство, выполненное в виде всасывающего и нагнетательного клапанов 4 и 5 соответственно, расположенных на оси, перпендикулярной оси поршня 2 гидроцилиндра 1. В стержне 3 выполнены каналы 6 и 7, соединяющие рабочую полость 8 гидроцилиндра 1 с выходом клапана 4 и входом клапана 5 соответственно. На стержне 3 установлен ограничитель хода поршня 2, выполненный в виде трубы 9, с закрепленной на ней крышкой 10, взаимодействующей с ограничительной шайбой 11, установленной на штоке 12 поршня 2 и прижимаемой к крышке 10 возвратной пружиной 13. Пружина 13 размещена на штоке 12 поршня 2 между ограничительной шайбой 11 и дном емкости 14, содержащей запирающую жидкость 15, используемую в качестве гидравлического уплотнения поршня 2, предотвращающего подсос воздуха в рабочую полость гидроцилиндра 1. В качестве запирающей жидкости 15 может быть использована любая неагрессивная жидкость (например, моторное масло), имеющая вязкость, большую, чем вязкость химического реагента, дозируемого в скважину.
В гидроцилиндре 1 установлено уплотняющее поршень 2 кольцо 16, выполненное из упругого материала, например фторопласта, и регулируемое с помощью гайки 17, на которой установлена емкость, выполненная, например, в виде стакана 14 с запирающей жидкостью 15. В дне стакана 14 выполнено отверстие для прохода поршня 2.
Механизм передачи движения привода станка-качалки к насосу-дозатору выполнен в виде рычага 18, закрепленного на сальниковом штоке 19 станка-качалки с помощью зажима 20 перпендикулярно оси штока 19 с возможностью взаимодействия с штоком 12 поршня 2. Рычаг 18 выполнен в виде пластины, имеющей форму, например, полукруга (фиг.2). Сальниковый шток 19 соединен с траверсой 21 подвески станка-качалки (не показан).
Стержень 3 установлен на опоре 22, выполненной в виде полой цилиндрической детали, посредством регулировочной гайки 23 с внутренней и наружной резьбой и закреплен в сквозном продольном пазу 24 опоры 22 с помощью болтового соединения 25 с возможностью вертикального перемещения и фиксации в разных положениях. Болтовое соединение 25 предотвращает вращение и ограничивает вертикальное перемещение стержня 3 относительно опоры 22. Опора 22 установлена с помощью шарнирного соединения 26 на основании 27, которое жестко закрепляют, например, с помощью болтового соединения 28 на фланце 29 (фиг.3) обсадной колонны 30, на которой также установлен устьевой сальник 31.
Устройство работает следующим образом.
Устройство устанавливают на фланец 29 обсадной колонны 30. Подачу химического реагента осуществляют за счет перемещения поршня 2 в гидроцилиндре 1 посредством воздействия на шток 12 поршня 2 рычага 18, закрепленного на сальниковом штоке 19. При опускании траверсы 21 подвески насосных штанг на некотором расстоянии до крайнего нижнего положения рычаг 18 упирается в шток 19, приводя его таким образом в движение вместе с поршнем 2, в результате чего в рабочей полости 8 гидроцилиндра 1 поднимается давление и химический реагент поступает через нагнетательный клапан 5 в нефтяную скважину до момента, когда траверса 21 подвески опустится до нижней мертвой точки. Когда траверса 21 подвески насосных штанг начинает подниматься вверх из нижней мертвой точки, шток 12 вместе с поршнем 2 под действием пружины 13 также поднимается вверх до того момента, когда шайба 11 упрется в крышку 10 ограничителя 9, в результате происходит всасывание химического реагента в рабочую полость 8 гидроцилиндра 1 через всасывающий клапан 4. Далее процесс периодически повторяется в зависимости от темпа работы станка-качалки.
Количество подачи химического реагента за одно нажатие рычага 18 на шток 12 зависит от величины (длины) рабочего хода поршня 2. Настройку величины рабочего хода поршня 2 производят перемещением гидроцилиндра 1 относительно нижнего крайнего положения рычага 18. Для этого вращением регулировочной гайки 23 осуществляют подъем-опускание резьбового стержня 3, жестко соединенного с гидроцилиндром 1, относительно фланца 29 обсадной колонны 30, а следовательно, относительно нижнего крайнего положения рычага 18, при этом вращение резьбового стержня 3 вместе с гайкой 23 предотвращает болтовое соединение 25, блокирующее осевое вращение резьбового стержня 3 относительно неподвижной опоры 22, но позволяющей перемещаться стержню 3 вверх и вниз в пределах величины сквозного продольного паза 24.
Шарнирное соединение 26 позволяет отклонять устройство от устьевого сальника 31 на угол α, что исключает необходимость снятия (демонтировки) устройства для обеспечения беспрепятственного доступа к устьевому сальнику 31 при осуществлении, например, ремонтных работ устьевого оборудования штангового насоса.
Использование устройства дозирования химических реагентов с приводом от станка-качалки предложенной конструкции позволяет повысить надежность работы, увеличить точность дозировки реагента, мобильность и ремонтнопригодность.