НАСОСНАЯ ШТАНГА С ЦЕНТРИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
PUMP ROD WITH CENTRING ELEMENT

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в эксплуатационных скважинах для центрирования колонны насосных штанг при вращении в насосно-компрессорных трубах, снятия нагрузок на колонну насосных штанг и применимо к установке штангового винтового насоса с наземным приводом.
Известен центратор для насосных штанг, содержащий корпус с центрирующим элементом, корпус выполнен в виде цилиндрического стержня с кольцевым выступом и присоединительными резьбовыми нарезками на концевых участках, а его центрирующий элемент выполнен в виде подшипника качения, с натягом насаженного на корпус до кольцевого выступа, и снабжен герметизирующими крышками, закрепленными между собой крепежными резьбовыми деталями, при этом герметизирующие крышки выполнены с продольными вырезами или со сквозными продольными отверстиями для прохода пластовой жидкости, причем уплотнительное кольцо, установленное между герметизирующими крышками, выполнено с продольными вырезами или со сквозными продольными отверстиями (см. патент РФ на полезную модель №84442, кл. Е21В 17/10, опубл. 06.02.2009 г.).
Недостатки данного центратора заключаются в возможности проворачивания центратора в насосно-компрессорных трубах (НКТ) при небольшом угле наклона скважины и наличии технологического зазора между центратором и НКТ, что не позволяет установить колонну насосных штанг соосно и непосредственно по центру по отношению к внутренней стенке труб НКТ.
Известно устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, содержащее корпус, включающий соединяющиеся первый и второй элементы корпуса, при этом первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу и расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо первого элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа, второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа, для осевого скользящего зацепления с, по меньшей мере, одной внешней конической поверхностью первого элемента корпуса, для перемещения, по меньшей мере, части корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги, внутреннюю поверхность зацепления штанги, проходящую радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо второго элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа на расстоянии в осевом направлении от нагруженного плеча первого элемента корпуса, и муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго элементов корпуса и имеющую внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса и внешнюю поверхность износа для контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода (см. патент на изобретение RU №2374423, опубл. 27.11.09, МПК Е21В 17/10). Указанное направляющее приспособление штанги по технической сущности более близко к предлагаемой насосной штанге с центрирующим элементом, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатки данного направляющего приспособления штанги заключаются в невозможности снятия осевой нагрузки, низкой эффективности и низкой надежности в сильно искривленных и горизонтальных скважинах, где трудно установить колонну насосных штанг по центру НКТ, в результате чего происходят удары и истирание штанг о насосно-компрессорные трубы и увеличивается количество обрывов и отворотов колонны насосных штанг. К недостаткам следует отнести и низкую ремонтопригодность, невозможность оценки состояния штанги внутри устройств при диагностике штанг.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание конструкции, позволяющей центрировать вращательную колонну соосно с внутренней стенкой насосно-компрессорных труб, увеличение надежности внутрискважинного оборудования, исключение возможности проворачивания центратора в насосно-компрессорных трубах, снижение себестоимости добычи скважинной продукции.
Поставленный технический результат решается описываемой насосной штангой с центрирующим элементом, содержащей насосную штангу.
Новым является то, что на насосной штанге установлены нижняя и верхняя упорные разъемные втулки, состоящие из разъемных полувтулок,  стянутых между собой крепежными деталями, между упорными разъемными втулками на насосной штанге размещен центрирующий элемент, который состоит из нижнего и верхнего разъемных полувкладышей, содержащих кольцевые выступы по наружному диаметру, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента и за одно целое с разъемными полувкладышами; нижней и верхней разъемных полуобойм, содержащих канавки по внутреннему диаметру разъемных полуобойм, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента; нижнего и верхнего хомутов, стянутых через монтажные отверстия крепежными деталями и установленных в проточках разъемных полуобойм, а также центрирующих ребер, выполненных в форме упругих дугообразных планок заданного профиля и сечения, количество которых должно быть не менее трех, причем центрирующие ребра на концевых участках имеют сгибы, входящие в пазы разъемных полуобойм.
Новым является также то, что на внутренних ребордах разъемных полуобойм выполнены вырезы, количество которых соответствует количеству центрирующих ребер.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлена насосная штанга с центрирующим элементом (фото);
- на фиг.2 - упорная разъемная втулка, в разрезе (вид снизу);
- на фиг.3 - упорная разъемная втулка (вид спереди);
- на фиг.4 - центрирующий элемент, в разрезе (вид спереди);
- на фиг.5 - центрирующий элемент, сечение А-А;
- на фиг.6 - центрирующий элемент, сечение Б-Б;
- на фиг.7 - рабочее расположение насосной штанги с центрирующим элементом в насосно-компрессорных трубах, вид снизу;
- на фиг.8 - скважина, оборудованная установкой штангового винтового насоса с наземным приводом.
Насосная штанга с центрирующим элементом (фиг.1) состоит из насосной штанги 1, на тело которой установлены нижняя 2 и верхняя 3 упорные разъемные втулки (фиг.1). Нижняя 2 и верхняя 3 упорные разъемные втулки (фиг.1) состоят из разъемных полувтулок 4 и 5 (фиг.2 и 3) и стянуты между собой крепежными деталями 6.
Нижняя 2 и верхняя 3 упорные разъемные втулки являются ограничителями хода центрирующего элемента 7 вдоль насосной штанги 1 (фиг.1).
Между нижней 2 и верхней 3 упорными разъемными втулками на насосной штанге 1 (фиг.1) размещен центрирующий элемент 7 (фиг.1 и 4), который состоит из нижнего 8 и верхнего 9 разъемных полувкладышей (фиг.4), содержащих кольцевые выступы 10 и 11 по наружному диаметру, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента 7 и за одно целое с разъемными полувкладышами 8 и 9 соответственно; нижней 12 и верхней 13 разъемных полуобойм, содержащих канавки 14 и 15 по внутреннему диаметру разъемных полуобойм 12 и 13, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента 7; нижнего 16 и верхнего 17 хомутов, стянутых через монтажные отверстия (на фигурах не указаны) крепежными деталями 18 и установленных в проточках (на фигуре 4 указан правой фигурной скобкой) разъемных полуобойм 12 и 13, а также центрирующих ребер 19, выполненных в форме упругих дугообразных планок заданного профиля и сечения, количество которых должно быть не менее трех, причем центрирующие ребра 19 на концевых участках имеют сгибы 20 и 21, входящие в пазы 22 и 23 разъемных полуобойм 12 и 13. На внутренних ребордах 24 и 25 разъемных полуобойм 12 и 13 выполнены вырезы 26 и 27, количество которых соответствует количеству центрирующих ребер 19.
На фигурах 5 и 6 показаны сечения центрирующего элемента 7 для лучшего восприятия.
Нижняя 8 и верхняя 9 разъемные полувкладыши являются подшипниками скольжения. Центрирующих ребер 19 должно быть не менее трех для соосного размещения насосной штанги 1 относительно насосно-компрессорных труб 28 (фиг.7). На фигурах 1, 4-8 представлен вариант центрирующего элемента 7 с тремя центрирующими ребрами 19. В центрирующем элементе 7 возможно размещение и более трех центрирующих ребер 19. Применение центрирующих ребер 19 обеспечит концентричное размещение насосных штанг 1 в насосно-компрессорных трубах 28 и предотвратит прилегание насосных штанг 1 к стенкам насосно-компрессорных труб 28. Наружный диаметр центрирующих ребер 19 в свободном состоянии больше внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб 28.
Скважина, оборудованная установкой штангового винтового насоса с наземным приводом (фиг.8), содержит пласт 29, обсадную колонну 30 с перфорационными отверстиями 31, штанговый винтовой насос 32 с колонной насосных штанг 1, насосно-компрессорные трубы 28, приводную головку 33 с двигателем 34, устьевую арматуру 35 и линию перекачки 36 жидкости.
Насосная штанга с центрирующим элементом работает следующим образом.
Перед монтажом в скважину на насосные штанги 1 в определенном месте устанавливаются нижние 2 и верхние 3 упорные разъемные втулки, после чего между ними устанавливается центрирующий элемент 7. При прохождении через различные диаметры насосно-компрессорных труб 28, обусловленных их толщиной стенки, центрирующие ребра 19 деформируются, перемещаются в радиальном направлении и вместе с насосными штангами 1 проходят дальше. Сила упругости центрирующих ребер 19 устанавливает насосные штанги 1 по центру насосно-компрессорных труб 28. При увеличении диаметра насосно-компрессорных труб 28 центрирующие ребра 19 возвращаются в первоначальное положение.
При включении двигателя 34 (фиг.8) приводной головки 33 вращается полированный шток (на фиг.8 не обозначен), колонна насосных штанг 1, при этом центрирующий элемент 7 находится в неподвижном состоянии, обеспечивая центрирование насосной штанги 1 на всю длину.
Продукция пласта 29 (фиг.8) через перфорационные отверстия 31 поднимается штанговым винтовым насосом 32 по кольцевому зазору между насосно-компрессорными трубами 28 и колонной насосных штанг 1 в линию перекачки 36 жидкости. Перекачиваемая жидкость штанговым винтовым насосом 32 по зазору между разъемными полувкладышами 8 и 9 и насосной штангой 1 является смазкой.
Такая конструкция насосных штанг с центрирующими элементами особенно эффективна в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, на которых межмуфтовые центраторы не позволяют центрировать тело штанги относительно насосно-компрессорных труб вследствие наличия веса штанг и отклонения от оси штанг.
Благодаря такой конструкции насосной штанги с центрирующим элементом увеличивается надежность колонны насосных штанг и достигается необходимая соосность колонны насосных штанг по отношению к насосно-компрессорным трубам.
Предлагаемая насосная штанга с центрирующим элементом имеет низкую стоимость и простую конструкцию.