Пакерний замок рилова б.м. – попівчака с.і. для свердловинного штангового насоса

Винахід відноситься до нафтовидобувної промисловості і призначений переважно для експлуатації нафтових свердловин з допомогою свердловинних штангових насосів, а також може бути використаний для заякорювання або пакерування насосно-компресорних труб в нафтових і газових свердловинах. Відома найбільш поширена замкова опора свердловинного штангового насоса, яка включає укріплений на насосно-компресорних трубах корпус з встановленими в ньому посадочним конусним опорним кільцем і якірною пружиною, в якій штанговий насос встановлюється з допомогою посадочного конусного вузла (Справочник по добыче нефти. - М.: Гостоптехиздат, 1959. - Т.II. С.196, рис.101). Суттєвим недоліком відомої замкової опори є те, що при зміні типорозміру штангових насосів, а також зміні глибини їх підвіски необхідно проводити підйом і спуск насосно-компресорних труб з метою зміни типорозміру замкової опори і місця її розміщення. Внаслідок цього суттєво збільшуються експлуатаційні витрати коштів. Найбільш близьким до заявленого винаходу є труболовка, яка призначена для недопущення падіння в свердловину труб при їх обриві, і має трубчатий корпус, на якому розміщені послідовно зверху вниз упорний конус, вантаж з шліпсами, причому шліпси розміщені над вантажем, і утримуюча вантаж пружина. Суттєвим недоліком відомої труболовки є те, що вона може непередбачене заякорюватися в трубах при підвищених швидкостях спуску насосно-компресорних труб під дією кінетичного напору рідини (Силаш А.П. Добыча и транспорт нефти и газа. - М.: Недра, 1980. - Ч.I. - С.305, рис.4.1 - 38). Суттю винаходу є те, щоби створити такий пакерний замок для свердловинного штангового насоса, в якому введення нових конструктивних елементів і їх взаємне розміщення дало б можливість суттєво зменшити експлуатаційні витрати при експлуатації нафтових свердловин штанговими насосами і підвищити надійність їх застосування. Суть винаходу полягає в тому, що пакерний замок свердловинного штангового насоса, який вміщує опорну трубу, встановлений в ній і розміщений над циліндром насоса посадковий вузол, який включає з'єднаний з циліндром трубчатий корпус, до верхньої частини якого послідовно прикріплені навантажувальне кільце і викидна клітка штангового насоса, послідовно розміщені під навантажувальним кільцем і з можливістю осьового переміщення ущільнюючий еластичний елемент, посадковий конус, установлююча пружина, штовхач шліпсового конуса, який розміщений над штовхачем і з'єднаний із штовхачем гнучким стержнем, який відрізняється тим, що штовхач зв'язаний з трубчатим корпусом легкоходовим різьбовим з'єднанням і встановлений з можливістю осьового переміщення на трубчатому корпусі до виходу із зчеплення з трубчатим корпусом при прокручуванні трубчатого корпуса, а в нижній частині штовхача утворена внутрішня кільцева порожнина, в якій розміщений парасолеподібний еластичний елемент, причому він укріплений на трубчатому корпусі і виконаний з можливістю розкриття в радіальному напрямі до контакту з опорною трубою і нижнім торцем штовхача при переміщенні штовхача вище еластичного елемента. На фіг.1 та 2 показана принципіальна схема заявленого пакерного замка, де фіг.1 відповідає умовам спуску штангового насоса в свердловину, а фіг.2 - умовам закріплення штангового насоса в опорній трубі. Пакерний замок включає трубчатий корпус 1, на верхньому торці якого послідовно укріплені навантажувальне кільце 2 і викидна клітка 3 штангового насоса. Нижній торець трубчатого корпуса 1 закріплений на циліндрі 4 штангового насоса, в якому розміщені приймальний клапан 5, плунжер 6 з нагнітальним клапаном 7. На частині нижнього торця трубчатого корпуса 1 є фрикційна насічка 8, з якою контактує плунжер 6. Під навантажувальним кільцем 2 осеметрично і з можливістю осьового переміщення послідовно розміщені ущільнюючий еластичний елемент 9, посадковий конус 10, установлююча пружина 11, штовхач 12 якірного шліпса 13, причому зовнішній діаметр штовхача є більшим від зовнішніх діаметрів циліндра 4 штангового насоса, деталей 2, 9, 10. Якірний шліпс 13 з'єднаний з штовхачем 12 гнучким стержнем 14 і розміщений в інтервалі меншого діаметра посадкового конуса 10, і не контактує з опорною трубою 1. Якірний шліпс 13 зі сторони контактної стінки труби має фрикційну насічку (умовно не позначено). Штовхач 12 має внутрішню легкоходову гвинтову нарізку, в якій розміщено палець 15 трубчатого корпуса 1. В нижній частині штовхача 12 є внутрішня кільцева порожнина 16, в якій у стисненому стані розміщений ларасолеподібний еластічний елемент 17. Елемент 17 укріплено в кільцевій проточці на трубчатому корпусі 1 І виконаний з можливістю саморозкриття в радіальному напрямі до контакту з опорною трубою 19 і штовхачем 12 при переміщенні штовхача 12 вище елемента 17. Плунжер 6 зв'язаний з верстатом-качалкою штангою 18. Пакерний замок разом із штанговим насосом встановлені в опорній (насоснокомпресорній) трубі 19. Робота пакерного замка здійснюється слідуючим чином. В процесі спуску штангового насоса в свердловину (схема "а") якірний шліпс 13 знаходиться в зоні меншого діаметра посадкового конуса 10 і не контактує з опорною трубою 19. В заданому положенні якірний шліпс 13 утримується штовхачем 12 через гнучкий стержень 14. При цьому штовхач 12 знаходиться у крайньому нижньому положенні на легкоходовому різьбовому з'єднанні штовхача 12 і трубного корпуса 1 через палець 15, а еластичний парасолеподібний елемент 17 захований в кільцевій порожнині 16. Ущільнюючий еластичний елемент 9 знаходиться в розвантаженому стані відносно навантажувального кільця 2 і посадкового конуса 10, але вказані деталі контактують між собою за рахунок незначної вертикальної сили, яка створюється установлюючою пружиною 11. Установлююча пружина 11 не допускає також контактування посадкового конуса 10 з якірним шліпсом 13 з метою недопущення непередбаченого зчеплення пакерного замка з опорною трубою 19 в процесі спуску штангового насоса в свердловину. Штанговий насос із штангою 18, який включає циліндр 4, приймальний клапан 5, плунжер 6 з нагнітальним клапаном 7, контактує плунжером 6 з трубчатим корпусом 1 через фрикційну насічку 8, виконану на торці трубчатого корпуса 1. При цьому плунжер 6 через фракційну насічку 8 сприймає всю масу штангового насоса і пакерного замка, внаслідок чого на фракційній насічці 8 виникає сила зчеплення, яка утримує трубчатий корпус 11 плунжер 6 від можливого взаїмного кругового переміщення. Закріплення штангового насоса в опорній трубі 19 проводиться у два етапи. Перший етап передбачає розфіксацію шліпсового якоря 13 і парасолеподібного еластичного елемента 17. Для досягнення цієї мети здійснюється прокручування штанги 18 на декілька обертів в сторону закручування штанг, число яких має бути більшим від числа витків гвинтової нарізки в парі деталей 12 і 15. При прокручуванні штанги 18 виникає силовий момент закручування, який через плунжер 6 і фракційну насічку 8 діє на трубчатий корпус 1. При цьому штовхач 12, зовнішній діаметр якого більше зовнішніх діаметрів деталей 4, 10, 9, 2, контактує з опорною трубою і за рахунок відповідної сили тертя між штовхачем 12 і опорною трубою 19 виникає реактивний утримуючий силовий момент, який є протилежним до моменту закручування штанги 18. Внаслідок цього трубчатий корпус 1, прокручуючись разом з пальцем 15 в легкоходовій різьбовій нарізці на штовхачі 12, переміщає з допомогою пальця 15 штовхач 12 у верхнє положення до повного виходу пальця 15 із різьбової нарізки, переміщаючи тим самим шліпсовий якір 13 вверх до контакту його з опорною трубою 19 і посадковим конусом 10. При цьому парасолеподібний елемент виходить із кільцевої порожнини 16 і розкривається переважно в радіальному напрямі до контакту з опорною трубою 19 і нижнім торцем штовхача 12, а пружина 11 стискається. Другий етап передбачає укріплення пакерного вузла разом з штанговим насосом на опорній трубі 19 з допомогою шліпсового якоря 13 і запакерування ущільнюючого еластичного елемента 9. Для досягнення цієї мета пакерний замок разом з штанговим насосом на підвищеній швидкості опускається на штанзі 18 вниз на віддаль 0,5 - 1,0м. При цьому внаслідок кінетичного напору рідини (знизу) штовхач 12 і парасолеподібний елемент 17 переміщаються вверх, доштовхуючи шліпсовий якір 13 до надійного контакту з опорною трубою 19 і посадковим конусом 10. Парасолеподібний елемент 17 збільшує силу дії штовхача 12 на шліпсовий якір 13 за рахунок сприйняття всієї сили кінетичного напору рідини в кільцевому просторі між опорною трубою 19 і трубчатим корпусом 1, внаслідок чого підвищується надійність заякорювання пакерного замка. Ефект заякорювання пакерного замка визначається зменшенням ваги всієї штангової колони. Після заякорювання пакерного замка проводиться його запакерування шляхом стиснення еластичного ущільнюючого елемента 9. Для цього штанга 18 опускається до крайнього нижнього положення в циліндрі 4 штангового насоса, насос запускається в роботу. Наявність подачі штангового насоса буде підтверджувати надійне і герметичне укріплення пакерного замка в опорній трубі 19. При підійманні штангового насоса із свердловини пакерний замок автоматично роз'якорюється і розпакеровується. Це досягається тим, що посадковий конус 10 відходить від шліпсового якоря 13, який в початковий момент підіймання насоса утримується опорною трубою 19, ущільнюючий еластичний елемент розвантажується від стиснення його деталями 10 і 3, а штовхач 12 під дією кінетичного напору рідини (зверху) і пружини 11 переміщається вниз до контакту з пальцем 15, стягуючи при цьому шліпсовий якір 13 вниз. Парасолеподібний еластичний елемент пропускає навколо себе рідину, зменшуючись в діаметральному розмірі. Пакерний замок для свердловинного штангового насоса може бути встановлений в насосно-компресорних трубах на необхідній глибині без їх підіймання і може бути укомплектований з штанговими насосами різних типорозмірів. Крім того пакерний замок може бути застосований для безтрубної експлуатації свердловин штанговими насосами (по експлуатаційній колоні). Внаслідок вищезгаданого суттєво зменшуються експлуатаційні витрати коштів при експлуатації свердловин штанговими насосами, підвищується експлуатаційна надійність їх роботи.