БЛОК ЦЕНТРИРОВАНИЯ НАСОСНЫХ ШТАНГ
UNIT FOR ALIGNMENT OF PUMP SUCKER RODS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использована в эксплуатационных скважинах для центрирования колонны насосных штанг (далее - КНШ) при вращении в насосно-компрессорных трубах (далее - НКТ), снятия осевых усилий КНШ и применим к установке штангового винтового насоса с наземным приводом.
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).
Недостатки данного приспособления 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 насосно-компрессорных труб, в результате чего происходят удары и истирание штанг о НКТ и увеличивается количество обрывов и отворотов КНШ. К недостаткам следует отнести и низкую ремонтопригодность, невозможность оценки состояния штанги внутри устройств при диагностике штанг.
Известен центратор пружинный неразборный, содержащий кольца, соединенные пружинными дугообразными планками, закрепленными на наружной поверхности колец (см. патент на полезную модель RU №20923, опубл. 10.12.2001, МПК Е21В 17/10).
Недостаток указанного центратора - невозможность применения в качестве центрирующего устройства для установки штангового винтового насоса с наземным приводом, т.к. в конструкции не предусмотрен подшипниковый узел.
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 (далее - центратор) (см. патент РФ на полезную модель №84442, кл. Е21В 17/10, опубл. 06.02.2009 г.). Указанный центратор по технической сущности более близок к предлагаемому блоку центрирования насосных штанг, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатки данного центратора заключаются в возможности проворачивания центратора в НКТ при небольшом угле наклона скважины и наличия 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.
Техническим результатом заявляемого изобретения являются создание конструкции, позволяющей центрировать вращательную колонну соосно с внутренней стенкой труб НКТ, увеличение надежности оборудования, исключение возможности проворачивания центратора в НКТ.
Поставленный технический результат решается описываемым блоком центрирования насосных штанг, содержащим верхний центратор, закрепленный нижней присоединительной резьбовой нарезкой с муфтой.
Новым является то, что с другой стороны муфты закреплен верхней присоединительной резьбовой нарезкой нижний центратор, аналогичный верхнему центратору, причем в крепежные резьбовые детали верхнего и нижнего центраторов вставлены ребра специально изогнутых планок, наружный диаметр которых больше внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб, а на концах крепежных резьбовых деталях установлены стопорные гайки.
Применение планок в конструкции предлагаемого блока центрирования насосных штанг позволит исключить проворачивание центраторов в НКТ, обеспечит концентричное размещение КНШ в НКТ и предотвратит прилегание КНШ к стенкам НКТ.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен блок центрирования насосных штанг в разрезе, вид спереди;
- на фиг.2 - рабочее расположение блока центрирования насосных штанг по фиг.1 в НКТ, вид снизу.
Блок центрирования насосных штанг (фиг.1) содержит центрирующий элемент в виде подшипника качения, а именно - вращающееся внутреннее кольцо 1, неподвижное наружное кольцо 2 и размещенные между ними тела качения 3. Вращающееся внутреннее кольцо 1 насаживается с натягом на корпус 4, выполненный в виде цилиндрического стержня, до кольцевого выступа 5, который служит для предотвращения осевого смещения вращающегося внутреннего кольца 1 относительно корпуса 4. В качестве защиты тел качения 3 от перекачиваемой среды служит уплотнительное устройство, состоящее из герметизирующих крышек 6 и 7, стянутых между собой крепежной резьбовой деталью 8. Для уплотнения зазоров между герметизирующими крышками 6 и 7 и неподвижным наружным кольцом 2 служит радиальное уплотнение - уплотнительное кольцо 9. Для прохождения жидкости герметизирующие крышки 6 и 7 выполнены с продольными выступами 10. У герметизирующих крышек 6 и 7 имеются жировые кольцевые проточки 11 и 12. Детали по позициям с 1 по 12 образуют верхний центратор I и показан на фиг.1 штриховой линией. Детали по позициям с 16 по 28 образуют нижний центратор II, показанный на фиг.1 штриховой линией. Корпус 4 верхней присоединительной резьбовой нарезкой 13 на концевом участке соединяется с КНШ муфтой (на фигурах не показана), а нижней присоединительной резьбовой нарезкой 14 - с нижним центратором II через муфту 15. Нижний центратор II соединяется с муфтой 15 верхней присоединительной резьбовой нарезкой 16. Нижний центратор II аналогичен верхнему центратору I и состоит из тех же деталей, а именно: вращающегося внутреннего кольца 17, неподвижного наружного кольца 18, тел качения 19, корпуса 20 с кольцевым выступом 21, герметизирующих крышек 22 и 23, стянутых между собой крепежной резьбовой деталью 24 и выполненных с продольными выступами 25 и жировыми кольцевыми проточками 26 и 27, уплотнительного кольца 28. Количество продольных выступов 10 и 25 составляет не менее двух.
Для исключения проворачивания верхнего I и нижнего II центраторов относительно НКТ, при эксплуатации в скважине, в крепежные резьбовые детали 8 и 24 вставляются ребрами 29 и 30 специально изогнутые планки 31. Для исключения выхода из крепежных резьбовых деталей 8 и 24 ребер 29 и 30 служат стопорные (самоконтрящиеся) гайки 32 и 33. Наружный диаметр планок 31 больше внутреннего диаметра НКТ 34 (фиг.2). Количество планок 31 соответствует количеству продольных выступов 10 и 25.
Для облегчения разбора блока центрирования насосных штанг на корпусах 4 и 20 предусмотрены лыски 35 и 36.
Корпус 20 нижнего центратора II нижней присоединительной резьбовой нарезкой 37 соединяется с КНШ (на фигурах не показаны).
Блок центрирования насосных штанг работает следующим образом.
Блок центрирования насосных штанг спускается в НКТ 34 в качестве элементов КНШ (на фигурах не показаны), при прохождении через различные диаметры НКТ 34, обусловленных их толщиной стенки, планки 31 деформируются, перемещаются в радиальном направлении и вместе с КНШ проходит дальше. При увеличении диаметра труб планки возвращаются в первоначальное положение. При деформации планок 31 ребра 29 и 30 перемещаются вдоль крепежных резьбовых деталей 8 и 24.
При вращении КНШ вращаются корпусы 4 и 20, вращающиеся внутренние кольца 1 и 17, а неподвижные наружные кольца 2 и 18, герметизирующие крышки 6, 7, 22 и 23, а также планки 31 остаются неподвижными. Продукция пласта скважины поднимается винтовым штанговым насосом (на фигурах не показан) вдоль продольных выступов 10 и 25, и далее по кольцевому зазору между НКТ и КНШ в линию перекачки жидкости.
Благодаря предлагаемому техническому решению исключается соприкосновение КНШ со стенкой НКТ, т.к. блок центрирования насосных штанг остается неподвижным относительно НКТ при вращении КНШ, причем насосные штанги будут расположены практически по центру насосно-компрессорных труб, в результате чего устраняется износ штанг и насосно-компрессорных труб. Блок центрирования насосных штанг снижает также момент трения, уменьшает постоянную осевую нагрузку, уменьшает крутящий момент в колонне насосных штанг, дает возможность применения вращения колонны насосных штанг не только в искривленных, наклонных, но и в горизонтальных скважинах. Изобретение отличает простота монтажа, обслуживания при демонтаже, а также невысокая стоимость вследствие не сложной конструкции.
Благодаря применению блока центрирования насосных штанг достигается необходимая соосность КНШ по отношению к НКТ.