Устройство для свабирования

 

Изобретение относится к нефтяной, газовой и вододобывающей промышленности и может быть использовано при освоении скважин свабированием. Устройство содержит стержень с обособленной частью, установленной на подшипниках со степенью свободы вокруг своей оси. В качестве свабирующего элемента на стержне закреплены две втулки с проходным наклонным зазором между ними. Этот зазор выходит под углом и с пересечением наружной поверхности втулок в районе фаски на верхней втулке. Угол наклона зазора выбран из условия расположения точки пересечения оси наклонного зазора с внутренней поверхностью трубы, в которой выполняется свабирование, выше торцевой поверхности верхней втулки. Имеются наклонные отверстия, выполненные в верхней втулке, имеющие выход в зазор между втулками. Угол наклона отверстий выбран из условия получения заданного числа оборотов стержня с втулкой. Угол фаски на верхней втулке выполнен из условия параллельности отраженной на фаске струи жидкости оси наклонного зазора. Высота нижней втулки выполнена из условия превышения муфтового зазора в трубе, в которой выполняется свабирование. Уплотняется зазор между свабирующим элементом и трубой, приведенной в движение удаляемой жидкостью. 2 ил.

Изобретение относится к нефтяной, газовой и вододобывающей промышленности и может быть использовано при освоении скважин свабированием.

Известны различные устройства для свабирования, представляющие собой изготовленные с зазором относительно трубы поршни в виде обрезиненного каркаса из проволоки, металла или пластмассы (Джафаров К.И. Поршневое тартание. Журнал "Нефтяное хозяйство". 5/6, 1995, с.91-93; авт. св. 1761941, 15.09.92, SU; 5119874, 09.06.92, SU; 5069285, 03.12.91, SU).

Недостатком известных устройств для свабирования является то, что наружная поверхность поршней быстро изнашивается в результате трения о внутреннюю поверхность трубы, зазор между поршнем и трубой увеличивается, коэффициент свабирования понижается, а износ поршня быстро доходит до недопустимого значения.

Этот недостаток частично устранен в известном устройстве для свабирования, принятом за прототип.

Устройство по прототипу содержит стержень, присоединительную головку, свабирующий элемент на стержне (Патент 2136875, 23.12.97, RU).

Недостатком прототипа является то, что свабирующий элемент, изготовленный в виде обрезиненных гибких металлических лепестков, хотя и адаптивно повторяет поверхность трубы, однако не может закрыть всех каверн, рисок, углублений, заусенцев. Кроме того, износ лепестков, хотя он и компенсируется до расчетного предела их прижатием к поверхности трубы, является из-за прижатия более интенсивным, чем в аналоге, где поршень скользит по поверхности трубы, но не прижимается.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков прототипа и создание малоизнашиваемого свабирующего элемента.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является уплотнение зазора между свабирующим элементом и трубой, приведенной в движение удаляемой жидкостью.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для свабирования, содержащем стержень, присоединительную головку, свабирующий элемент на стержне, согласно изобретению, обособленная часть стержня установлена на подшипниках со степенью свободы вращения вокруг своей оси; в качестве свабирующего элемента на стержне закреплены две втулки с проходным наклонным зазором между ними, выходящим под углом и с пересечением наружной поверхности втулок в районе фаски на верхней втулке; угол наклона зазора выбран из условия расположения точки пересечения оси наклонного зазора с внутренней поверхностью трубы, в которой выполняется свабирование, выше торцовой поверхности верхней втулки; в верхней втулке выполнены наклонные отверстия, имеющие выход в зазор между втулками; угол наклона отверстий выбран из условия получения заданного числа оборотов стержня с втулками; угол фаски на верхней втулке выполнен из условия параллельности отраженной на фаске струи жидкости оси наклонного зазора; высота нижней втулки выполнена из условия превышения муфтового зазора в трубе, представленной для свабирования.

Обособление части стержня и установка ее на подшипники дает возможность вращаться этой части, в то время как другая часть стержня не вращается. Это позволяет создать механизм заполнения зазора жидкостью.

Выполнение свабирующего элемента в виде втулок с наклонным зазором между ними с выходом зазора на поверхность втулок в районе фаски на верхней втулке и выполнение в верхней втулке наклонных отверстий, имеющих выход в зазор, позволяет удаляемой жидкости заходить в отверстие и зазор и выходить в районе фаски на поверхность трубы, обеспечивая уплотнение зазора между втулками и трубой. Кроме того, заходящая в отверстия жидкость воздействует на наклонную поверхность отверстия и создает крутящий момент, вынуждающий втулки и стержень вращаться. Вращение втулок приводит к возникновению центробежных сил, обеспечивающих увеличение объема и давления выходящей через наклонный зазор жидкости. Качество уплотнения зазора между втулками и трубой увеличивается.

Расположение точки пересечения оси зазора с поверхностью трубы выше торцовой поверхности верхней втулки обеспечивает направление отраженной от трубы жидкости выше торцовой поверхности без помех этому движению жидкости, что опять же способствует улучшению уплотнения уже упоминавшегося зазора.

Угол наклона отверстий выбран из условия получения заданного числа оборотов втулок с частью стержня.

Угол фаски на верхней втулке, выполненный из условия параллельности отраженной жидкости оси наклонного зазора, обеспечивает использование отраженной жидкости также для уплотнения зазора без помех движению жидкости, выходящей из наклонного зазора.

Высота нижней втулки выбрана из условия, чтобы верхняя и нижняя втулки не проваливались в муфтовый зазор и не создавали аварийной ситуации.

Предложенное устройство показано на чертежах, где на фиг.1 изображен его продольный разрез, а на фиг.2 - разрез А-А (на фиг.1).

Устройство содержит стержень 1, имеющий обособленную часть 2, установленную на подшипнике 3, дающем степень свободы вращения этой части 2 вокруг своей оси 4; присоединительную головку 5, свабирующий элемент в виде верхней втулки 6 и нижней втулки 7; между втулками 6 и 7 оставлен проходной наклонный зазор 8, выходящий под углом α и с пересечением наружной поверхности 9 и 10 втулок 6 и 7 в районе фаски 11 на верхней втулке 6; угол α наклона зазора 8 выбран из условия расположения точки пересечения оси 12 наклонного зазора 8 с внутренней поверхностью трубы, в которой выполняется свабирование, выше торцовой поверхности 13 верхней втулки 6; в верхней втулке 6 выполнены наклонные отверстия 14, имеющие выход в зазор 8 между втулками 6 и 7; угол β наклона отверстий 14 выбран из условия получения заданного числа оборотов стержня 1 совместно с втулками 6 и 7; угол γ фаски 11 на верхней втулке 6 выполнен из условия параллельности отраженной на фаске 11 струи жидкости оси 12 наклонного зазора 8; высота нижней втулки 7 выполнена из условия превышения величины муфтового зазора в трубе, назначенной для свабирования.

Устройство работает следующим образом.

При спуске устройства в скважину оно находится в исходном состоянии, и его работа начинается в процессе его подъема. Работа устройства основывается на том, что при его подъеме на торцовой поверхности 13 втулки 6 возникает повышенное динамическое давление удаляемой свабированием жидкости, величина которого растет пропорционально росту скорости подъема. С другой стороны, давление жидкости в зазоре между устройством и трубой является статическим, то есть всегда меньшим, чем на поверхности 13. Из-за указанной разности давлений жидкость входит в отверстие 14 и канал 8, а из канала выходит в зазор между поверхностями 9 и 10 и трубой. Кроме того, жидкость, проходя через отверстие 14, воздействует на боковую наклонную поверхность отверстия 14, как на лопатку турбины, в результате чего возникает вращающий момент, и втулки 6 и 7 начинают вращаться совместно с частью 2 стержня 1 на подшипниках 3. От вращения втулок 6 и 7 возникают центробежные силы и выходящая из зазора 8 жидкость получит дополнительное давление. Суммарное давление выходящей из зазора 8 жидкости играет роль клина, который вытесняет жидкость из зазора между поверхностями 9 и 10 и тем самым уплотняет зазоры, повышая коэффициент свабирования.

Фаска 11 отражает фронт жидкости с направлением ее параллельно оси 12, в результате чего отраженная жидкость усиливает действие жидкости, выходящей из зазора 8, и зазоры между устройством и трубой уплотняются еще больше.

Коэффициент свабирования и производительность свабирования возрастают, а использование струи жидкости под давлением в качестве уплотнения позволяет иметь безызносное уплотнение.

Формула изобретения

Устройство для свабирования, содержащее стержень, присоединительную головку, свабирующий элемент на стержне, отличающееся тем, что обособленная часть стержня установлена на подшипниках со степенью свободы вращения вокруг своей оси, в качестве свабирующего элемента на стержне закреплены две втулки с проходным наклонным зазором между ними, выходящим под углом и с пересечением наружной поверхности втулок в районе фаски на верхней втулке, угол наклона зазора выбран из условия расположения точки пересечения оси наклонного зазора с внутренней поверхностью трубы, в которой выполняется свабирование, выше торцовой поверхности верхней втулки, в верхней втулке выполнены наклонные отверстия, имеющие выход в зазор между втулками, угол наклона отверстий выбран из условия получения заданного числа оборотов стержня с втулками, угол фаски на верхней втулке выполнен из условия параллельности отраженной на фаске струи жидкости оси наклонного зазора, высота нижней втулки выполнена из условия превышения муфтового зазора в трубе, представленной для свабирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2