функциональный элемент гибкого тягового органа насосной штанги (варианты)

Формула изобретения

1. Функциональный элемент гибкого тягового органа насосной штанги, содержащий корпус с центральным каналом, радиальными пазами и аксиальными углублениями на внешней поверхности и упругий кольцевой элемент, отличающийся тем, что корпус элемента выполнен из двух одинаковых частей в виде полувтулок, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема, скрепленных упругим кольцевым элементом, с образованием их аксиальными канавками общего центрального канала, с одинарными фланцами, расположенными по торцам корпуса, с радиальными пазами в них, вскрытыми в них до центрального канала, и аксиальными углублениями на их внешних поверхностях, смещенных между собой относительно их аксиального направления.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что аксиальные углубления на внешних поверхностях фланцев симметрично расположены между собой относительно плоскости симметрии радиальных пазов.

3. Элемент по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что на свободных концах полувтулок выполнены внешние полукольцевые выступы.

4. Функциональный элемент гибкого тягового органа насосной штанги, содержащий корпус с центральным каналом, радиальными пазами и аксиальными углублениями на внешней поверхности и упругий кольцевой элемент, отличающийся тем, что корпус элемента выполнен из двух одинаковых частей в виде полувтулок с внутренними полукольцевыми выступами по концам, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема, скрепленных упругим кольцевым элементом, с образованием их аксиальными канавками общего центрального канала, с одинарными фланцами, расположенными по торцам корпуса, с радиальными пазами в них, вскрытыми до центрального канала, и аксиальными углублениями на их внешних поверхностях, смещенных между собой относительно их аксиального направления.

5. Элемент по п.4, отличающийся тем, что аксиальные углубления на внешних поверхностях фланцев симметрично расположены между собой относительно плоскости симметрии радиальных пазов.

6. Элемент по любому из пп.4 и 5, отличающийся тем, что на свободных концах полувтулок выполнены внешние полукольцевые выступы.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области нефтедобычной техники и могут быть использованы, в частности, в функциональных элементах гибкого тягового органа насосной штанги.

К функциональным элементам гибкого тягового органа насосной штанги предъявляются повышенные требования, связанные с обеспечением ими высокой надежности, уменьшением износа колонны, сокращением времени на установку и съем с гибкого тягового органа при проведении технологических и ремонтных операций, формировании штанг, спускоподъемных операциях, сокращением времени простоя скважин.

Известен функциональный элемент гибкого тягового органа насосной штанги, содержащий корпус с центральным каналом, радиальными пазами и аксиальными углублениями на внешней поверхности и упругий кольцевой элемент (патент US №3650579, НКИ 175-325, 1972).

Известен функциональный элемент - протектор, выполненный из двух частей с возможностью радиального перемещения одной относительно другой и общим центральным каналом для размещения на штанге (патент RU №2026952, МПК⁶ Е 21 В 17/10, 1995).

Известно использование функционального элемента в гибком тяговом органе насосной штанги (патент RU №2184833, МПК⁷ Е 21 В 17/00, 2002).

К общим недостаткам известных функциональных элементов следует отнести сложность их изготовления в комбинации с упругим кольцевым элементом. Съем со штанги при проведении технологических и ремонтных работ требует специальных инструментов.

Без фиксации частей функционального элемента возникает неопределенное их положение относительно канала скважины, что может привести к истиранию поверхностей в результате перекосов гибкового тягового органа, затратам на ремонт и восстановление скважин.

В качестве ближайшего аналога, выбранного в качестве прототипа по совокупности общих существенных признаков, принят функциональный элемент по патенту US №3650579.

Основной задачей является создание нового функционального элемента гибкого тягового органа насосной штанги, в котором были бы устранены вышеуказанные недостатки, элемент был бы эффективен в скважинных условиях эксплуатации.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении затрат на обслуживание при проведении технологических и ремонтных работ со скважиной, связанных с их установкой, съемом и ремонтом, повышением надежности функционирования.

Основная задача решена и технический результат достигнут за счет изменения конструкции, основания ее на новой независимой концепции перемещения каждого функционального элемента от соседних элементов, перекрытия проекциями их профиля всего канала скважины.

Для этого в первом варианте функционального элемента гибкого тягового органа насосной штанги, содержащем корпус с центральным каналом, радиальными пазами и аксиальными углублениями на внешней поверхности и упругий кольцевой элемент, корпус элемента выполнен из двух одинаковых частей, в виде полувтулок, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема, скрепленных упругим кольцевым элементом, с образованием их аксиальными канавками общего центрального канала, с одинарными фланцами, расположенными по торцам корпуса, с радиальными пазами в них, вскрытыми в них до центрального канала, и аксиальными углублениями на их внешних поверхностях, смещенных между собой относительно их аксиального направления.

В другом варианте функционального элемента гибкого тягового органа насосной штанги, содержащем корпус с центральным каналом, радиальными пазами и аксиальными углублениями на внешней поверхности и упругий кольцевой элемент, корпус элемента выполнен из двух одинаковых частей, в виде полувтулок с внутренними полукольцевыми выступами по концам, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема, скрепленных упругим кольцевым элементом, с образованием их аксиальными канавками общего центрального канала, с одинарными фланцами, расположенными по торцам корпуса, с радиальными пазами в них, вскрытыми до центрального канала, и аксиальными углублениями на их внешних поверхностях, смещенных между собой относительно их аксиального направления.

В корпусах функциональных элементов аксиальные углубления на внешних поверхностях фланцев могут быть симметрично расположены между собой относительно плоскости симметрии радиальных пазов, на свободных концах их полувтулок могут быть выполнены внешние полукольцевые выступы.

Отличительными особенностями функционального элемента гибкого тягового органа являются признаки:

первого варианта:

- выполнение корпуса из двух одинаковых частей в виде полувтулок,

- сочленение их между собой по аксиальной плоскости разъема,

- скрепление полувтулок упругим кольцевым элементом,

- образование аксиальными канавками полувтулок общего центрального канала,

- выполнение полувтулок с одинарными фланцами,

- расположение фланцев полувтулок по торцам корпуса,

- выполнение радиальных пазов и аксиальных углублений на внешних поверхностях фланцев,

- вскрытие радиальных пазов фланцев до центрального канала,

- смещение радиальных пазов и аксиальных углублений между собой во фланцах, второго варианта:

- выполнение корпуса из двух одинаковых частей в виде полувтулок с внутренними полукольцевыми выступами по концам,

- сочленение полувтулок по аксиальной плоскости разъема,

- скрепление их упругим кольцевым элементом,

- образование аксиальными канавками полувтулок общего центрального канала,

- выполнение полувтулок с одинарными фланцами,

- расположение фланцев по торцам корпуса,

- выполнение по наружным поверхностям фланцев радиальных пазов, вскрытых до центрального канала, и аксиальных углублений,

- смещение радиальных пазов и аксиальных углублений на фланцах между собой относительно их аксиального направления.

Другими отличительными особенностями функционального элемента первого и второго варианта являются признаки:

- выполнение на свободных концах полувтулок внешних полукольцевых выступов,

- расположение аксиальных углублений на внешних поверхностях фланцев симметрично между собой относительно плоскости симметрии радиального паза, каждого из них.

Указанные отличительные признаки функционального элемента двух вариантов являются существенными, так как каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи создания новой конструкции, позволяющей формирование гибкого тягового органа насосной штанги двух вариантов. Первый функциональный элемент может быть установлен между двумя ограничительными элементами на гибком тяговом органе, второй функциональный элемент может быть установлен на самом ограничительном элементе гибкого тягового органа. Функциональные элементы устанавливаются в количестве, необходимом для уменьшения усилий воздействия на обсадную трубу в процессе добычи нефти через скважину. Конструктивные особенности функционального элемента позволяют их выполнять из двух одинаковых деталей с использованием упругого кольцевого элемента и упрощает проведение технологических и ремонтных работ. Повышаются надежность и безопасность работы гибкого тягового органа насосной установки.

Указанные отличительные существенные признаки являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналогах и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать предложенные технические решения функционального элемента соответствием критерию "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу создания с функциональными элементами нового гибкого тягового органа насосной штанги и достичь новый технический результат на основе новой концепции их формирования благодаря оригинальности, неочевидности решений, что характеризует их существенными отличиями от известного уровня техники, аналогов и прототипа. Новые технические решения являются результатом опытно-экспериментальных работ, творческого вклада без использования известных разработок или рекомендаций в данной отрасли техники, соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретений поясняется чертежами с кратким их описанием.

На фиг.1 представлен общий вид функционального элемента первого варианта, на фиг.2 представлен общий вид функционального элемента второго варианта, на фиг.3 - вид с торца функционального элемента первого варианта, на фиг.4 - вид с торца функционального элемента второго варианта, на фиг.5 - поперечное сечение функционального элемента первого варианта, на фиг.6 - поперечное сечение функционального элемента второго варианта.

Более подробное описание сущности изобретений с указанием позиций на чертежах состоит в следующем.

Функциональный элемент (фиг.1) гибкого тягового органа (первого варианта) насосной штанги содержит корпус 1 с центральным каналом 2 (фиг.3), (фиг.5), радиальными пазами 3 и аксиальными углублениями 4 на внешней поверхности 5 и упругий кольцевой элемент 6.

Функциональный элемент (фиг.2) гибкого тягового органа (второго варианта) насосной штанги содержит корпус 7 с центральным каналом 8 (фиг.4), (фиг.6), радиальными пазами 9 и аксиальными углублениями 10 на внешней поверхности 11 и упругий кольцевой элемент 12.

Функциональный элемент первого варианта содержит корпус 1, выполненный из двух одинаковых частей 13, 14, в виде полувтулок, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема 15, скрепленных упругим кольцевым элементом 6 (фиг.1), (фиг.5) с образованием их аксиальными канавками 16, 17 общего центрального канала 2, с одинарными фланцами 18, 19, расположенными по торцам корпуса 1, с радиальными пазами 3 в них, вскрытыми до центрального канала 2, и аксиальными углублениями 4 на внешней поверхности 5, смещенными между собой относительно их аксиального направления.

Функциональный элемент второго варианта содержит корпус 7, выполненный из двух одинаковых частей 20, 21, в виде полувтулок с внутренними полукольцевыми выступами 22, 23 по концам, сочлененных между собой по аксиальной плоскости разъема 24, скрепленных упругим кольцевым элементом 12 (фиг.2), (фиг.6), с образованием их аксиальными канавками 25, 26 общего центрального канала 8, с одинарными фланцами 27, 28, расположенными по торцам корпуса 7, с радиальными пазами 9 в них, вскрытыми до центрального канала 8, и аксиальными углублениями 10 на их внешних поверхностях 11, смещенных между собой относительно их аксиального направления.

Аксиальные углубления 4 на внешних поверхностях 5 фланцев 18, 19 и аксиальные углубления 10 на внешних поверхностях 11 фланцев 27, 28 соответственно первого и второго вариантов функционального элемента могут быть симметрично расположены между собой относительно плоскости симметрии их радиальных пазов 3 и 9. На свободных концах полувтулок 13, 14 и 20, 21 корпусов 1, 7 могут быть выполнены внешние полукольцевые выступы 29 и 30.

Сборка функционального элемента производится установкой его полувтулок 13, 14 (фиг.1) или полувтулок 20, 21 (фиг.2) с разных сторон на гибкий тяговый орган (канат) так, что соответственно корпус 1 из полувтулок 13, 14 размещается между ограничительными элементами 31, 32, а корпус 7 из полувтулок 20, 21 размещается на ограничительном элементе 33, после чего корпуса 1, 7 скрепляются упругими кольцевыми элементами 6, 12.

Функционирование корпусов 1, 7 заключается в пропуске жидкой среды (нефти) через аксиальные углубления 4 и пазы 3 на фланцах 18, 19 (вариант 1) и через аксиальные углубления 10 и пазы 9 на фланцах 27, 28 (вариант 2), при этом промежутки между аксиальными углублениями 4 и пазом 3 фланца 18 в аксиальной проекции перекрывают аксиальные углубления 4 и паз 3 фланца 19 (вариант 1), а промежутки между аксиальными углублениями 10 и пазом 9 фланца 27 в аксиальной проекции перекрывают аксиальные углубления 10 и паз 9 фланца 28 и соответственно наоборот промежутки между аксиальными углублениями 4 и пазом 3 фланца 19 в аксиальной проекции - аксиальные углубления 4 и паз 3 фланца 18 (вариант 1), промежутки между аксиальными углублениями 10 и пазом 9 фланца 28 в аксиальной проекции - аксиальные углубления 10 и паз 9 фланца 27 (вариант 2), что позволяет при возвратно-поступательном продольном перемещении функциональных элементов очищать внутреннюю поверхность скважинной обсадной трубы 34 от осадочных отложений (парафина). В варианте 1 корпус 1 выполнен с возможностью перемещения между ограничительными элементами 31, 32, закрепленными на гибком тяговом органе, а в варианте 2 корпус 7 выполнен с возможностью перемещения относительно ограничительного элемента 33 между его внутренними полукольцевыми выступами 22, 23. Разборка корпусов 1,7 производится после съема упругих кольцевых элементов 6, 12.

Экспериментальные работы, проведенные с функциональными элементами, выполненными на основе новых технических решений (вариантов) в совокупности существенных признаков в условиях, приближенных к натурным, показали положительные результаты и преимущества по сравнению с известным уровнем техники, аналогами и прототипом, подтвердили новые свойства, обеспечивающие новый положительный эффект благодаря новой концепции их формирования, конструктивного выполнения. Новые технические решения воспроизводимы промышленным способом, соответствуют и критерию "промышленная применимость", т.е. уровню изобретения.

В описании представлены только возможные предпочтительные варианты выполнения функциональных элементов гибкого тягового органа насосной штанги, могут быть различные комбинации в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов, если все это не выходит за пределы объема технических решений, изложенных в пунктах формулы.