Устройство механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса
DEVICE FOR MECHANICAL CLEANING OF THE INNER CAVITY OF THE BOTTOM-HOLE PUMP

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования при ремонте и сборке штангового глубинного насоса (ШГН). Применимо на участке сборки ШГН для скважин одновременно-раздельной эксплуатации.
При изменении конструкции штанговых глубинных насосов производят высверливание дополнительных отверстий, например, при сборке ШГН для одновременно раздельной добычи. В процессе высверливания отверстий во внутреннюю полость цилиндра попадает стружка (возможно попадание и других механических примесей). Для исключения рисков заклинивания плунжера в цилиндре проводят очистку без повреждения внутренней поверхности цилиндра.
Существуют устройства для очистки внутренней поверхности труб, которые являются громоздкими, включающие в себя щетки, работающие от электро или гидропривода, требующие специально обустроенный участок.
Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащее установленный с возможностью вращения цилиндрический корпус с закрепленными на нем манжетами, металлическими щетками и смонтированными в двух кольцеобразных держателях постоянными магнитами (а.с. № 1632527, МПК В08В 9/04, опубл. 07.03.1991). Держатели установлены коаксиально относительно корпуса поршня на ребрах из немагнитного материала, причем каждый постоянный магнит размещен в держателе так, что один его полюс направлен в сторону корпуса поршня, а другой – в сторону периферии поршня, при этом полюса магнита второго держателя направлены противоположно полюсам первого и в корпусе между держателями выполнены окна для удаления магнитных загрязнений.
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и противоположное расположение магнитов, что может привести к примагничиванию отдельных частиц из ферромагнитных материалов к стенке цилиндра ШГН, а наличие металлических щеток приведёт к образованию царапин на внутренней поверхности (зеркале) цилиндра ШГН.
Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопровода, содержащее установленный с возможностью вращения вокруг своей оси цилиндрический корпус с закрепленными на передней и хвостовой его частях манжетами, между которыми расположены на корпусе кольцевые пояса с магнитами, на поверхности которых размещены металлические щетки (а.с. № 1771834, МПК В08В 9/04, опубл. 30.10.1992). Магниты в поясах ориентированы одноименными полюсами в сторону металлических щеток, при этом устройство снабжено дополнительно размещенными между поясами скребками из упругого материала, установленными по касательной к корпусу.
Недостатками известного устройства являются то, что его применение направлено на устранение только металлических примесей, внутренняя полость не очищается от пыли и немагнитных материалов, а применение металлических щеток и скребков приведёт к образованию царапин на внутренней поверхности (зеркале) цилиндра ШГН, что недопустимо. Устройство обеспечивает очистку внутренней поверхности одного типоразмера труб.
Наиболее близким является устройство механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса, включающее несущий полый цилиндрический корпус, очистной и направляющий элементы (патент RU № 2721319, опубл. 18.05.2020). Очистной элемент установлен на корпусе и содержит распылитель с соплами, переднюю и заднюю манжеты с очищающими щетками и магнитный пояс. Направляющий элемент расположен равномерно по длине и периметру корпуса и содержит наружные центрирующие подпружиненные ролики. Сопла распылителя размещены равномерно по периметру и направлены на стенки внутренней полости цилиндра насоса. Корпус выполнен с возможностью соединения с полым толкателем для нагнетания воздуха в сопла через корпус. Центрирующие ролики выполнены из полиамидного материала. Очищающие щетки выполнены из полиамидных волокон. Корпус выполнен с возможностью соединения с полым толкателем, например, при помощи ниппеля для нагнетания воздуха в сопла через корпус. Полый толкатель соединяют с корпусом, например, быстроразъемным соединением (штуцер, ниппель, гайка) и с компрессором для подачи воздуха на распылитель.
Недостатками устройства являются:
- во-первых, частая замена пружин центрирующих роликов из-за снижения их упругости в процессе эксплуатации устройства, а также замкового крепления очищающих щеток из-за его ослабления;
- во-вторых, низкое качество очистки полости ШГН, так как конструкция распылителя, находящегося в начале устройства, предназначенного для выдувания примесей, не позволяет повысить давление воздуха для выдувания прилипших механических примесей с внутренней стенки ШГН;
- в-третьих, низкое качество очистки полости ШГН, так как установленные две пары щеток за распылителем при работе устройства проталкивают механические примеси, что приводит к повреждению внутренней стенки цилиндра ШГН (образование царапин);
- в-четвертых, повышение расхода средств на приобретение магнита, обладающего высокой магнитной энергией, необходимой для удаления металлических примесей;
- в-пятых, низкая эффективность обслуживания устройства, связанная с длительностью сборки-разборки резьбового соединения распылителя с корпусом.
Техническими задачами изобретения являются повышение надежности устройства и эффективности обслуживания устройства, увеличение срока его эксплуатации, снижение материальных затрат при одновременном повышении качества комплексной очистки внутренней поверхности цилиндра ШГН.
Технические задачи решаются устройством механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса, включающим несущий полый цилиндрический корпус, очистной и направляющие элементы.
Новым является то, что в качестве очистного элемента с одной стороны корпуса установлен импеллер при помощи разрывной муфты, на валу импеллера жестко установлены щетки из полиамидных волокон с возможностью вращения, в качестве направляющих элементов по длине корпуса равномерно размещены полиамидные центраторы, а с другой стороны корпус соединен с компрессором через разрывную муфту со шлангом и ниппелем.
На фиг. 1 изображено устройство в рабочем состоянии.
На фиг. 2 схематично изображен центратор.
Устройство механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса включает несущий полый цилиндрический корпус 1 (фиг. 1) диаметром 20-25 мм и длиной 6 м, очистной и направляющие элементы. В качестве очистного элемента с одной стороны корпуса установлен импеллер 2 при помощи разрывной муфты 3. Импеллер представляет собой рабочее колесо, состоящее из крыльчатки, заключенной в сплюснутый корпус 4 и вала, который передает вращательную энергию от лопастей к валу очищающих щеток. Вращение лопастей осуществляется под действием потока воздуха, нагнетаемого компрессором через корпус 1. На валу 5 импеллера жестко установлены щетки 6 из полиамидных волокон, обеспечивающих очистку внутренней поверхности цилиндра насоса от пыли и мелкого мусора. Применяют, например, набивные цилиндрические щетки Lessmann с полиамидным ворсом. Диаметр щеток равен внутреннему диаметру цилиндра ШГН (38, 44, 57, 70, 95 мм). Импеллер передает вращение от своего выходного вала щеткам. Разрывная муфта выполнена из быстроразъемного соединения (стандарт ISO А 7241) для гидросистем производства, например, ООО "ГЕРМЕС". В качестве направляющих элементов по длине и периметру корпуса 1 равномерно размещены полиамидные центраторы 7´, 7´´. Центраторы изготавливают в пресс-формах из высокопрочного стеклонаполненного полиамида с центральным осевым каналом диаметром равным наружному диаметру корпуса 1 устройства, и сквозной прорезью вдоль образующей центратора для размещения на корпусе 1. На наружной поверхности центратора симметрично размещены центрирующие ребра (фиг. 2) диаметром меньше внутреннего диаметра цилиндра ШГН на 1 мм. Центраторы, например, производства ООО «ТМС-групп». С другой стороны корпус соединен с компрессором (на чертеже не показан) через разрывную муфту 8 со шлангом и ниппелем 9, полым толкателем.
Предлагаемое устройство механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса исключает необходимость частой замены пружин центрирующих роликов а также замкового крепления очищающих щеток; повышает качество очистки полости ШГН, так как конструкция импеллера позволяет повысить давление воздуха для выдувания прилипших механических примесей с внутренней стенки ШГН в 1,5 раза, а также за счет исключения повреждения внутренней стенки цилиндра ШГН (образование царапин); исключает расход средств на приобретение магнита, обладающего высокой магнитной энергией; повышает эффективность обслуживания устройства за счет снижения длительности сборки-разборки устройства.
Устройство механической очистки внутренней полости штангового глубинного насоса работает следующим образом.
Устройство собирают в следующей последовательности: с одного конца на корпус 1 диаметром 25 мм и длиной 6 м устанавливают равномерно по его длине и периметру центраторы 7 на расстоянии 1,5 м друг от друга. Наружный диаметр центратора составляет 43 мм. С другого конца корпуса монтируют при помощи разрывной муфты 3 корпус 4 импеллера с валом 5 и установленными тремя вращающимися щетками 6. Диаметр колеса импеллера составляет 30 мм, обеспечивающего направление потока воздуха на внутреннюю поверхность цилиндра ШГН. Наружный диаметр окружности щеток выбирают равным внутреннему диаметру цилиндра ШГН (например, 44 мм). С ответной стороны к корпусу присоединяют через разрывную муфту 8 рукав от компрессора, включающий шланг и ниппель 9.
Очистку внутренней поверхности цилиндра ШГН производят в следующей последовательности. Запускают компрессор, устройство вводят во внутрь цилиндра ШГН и осуществляют движение устройства в цилиндре. При установке устройства в цилиндр ШГН воздух от компрессора подают по корпусу 1 в корпус импеллера и далее за счет давления воздуха происходит вращение импеллера 2 с валом 5 на котором установлены щетки 6. Вращение щеток обеспечивает очистку цилиндра от механических примесей, а воздух, выходящий из отверстий в корпусе импеллера, выдувает механические примеси наружу. Центровку устройства при работе в цилиндре ШГН осуществляют полиамидными центраторами. Корпус 1 проталкивают по внутренней полости цилиндра ШГН до момента выхода второй щетки 6.
Разбирают устройство в обратной последовательности.
Устройство позволяет повысить надежность и эффективность обслуживания устройства, увеличить срок его эксплуатации, снизить материальные затраты при одновременном повышении качества комплексной очистки внутренней поверхности цилиндра ШГН.