НАСОСНАЯ ШТАНГА С ЦЕНТРАТОРОМ

Полезная модель относится к оборудованию для добычи нефти и может использоваться в установках для добычи нефти глубинными штанговыми насосами.
При работе указанных установок колонна насосных штанг совершает циклические возвратно - поступательные движения внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), сопровождающиеся износом труб и штанг. Наиболее интенсивен износ в искривленных участках ствола скважины. На этих участках колонна насосных штанг прилегает к внутренней поверхности НКТ муфтовыми соединениями, расположенными через интервалы, соответствующие длине штанги. Для снижения скорости износа НКТ, штанг и штанговых муфт используют штанговые центраторы различных конструкций, которые центрируют колонну штанг внутри НКТ и принимают на себя основные контактные механические нагрузки. Для удаления отложений парафинов, смол, асфальтенов на поверхности НКТ используют скребки - центраторы различных конструкций. Но проблема борьбы с отложениями актуальна для металлических НКТ. При использовании НКТ и насосных штанг из композитных материалов (в основном из стеклопластика), как показывает опыт эксплуатации, отложений на стенках НКТ не происходит.
Известен центратор для насосных штанг, предназначенный для уменьшения износа насосных штанг и НКТ (патент RU №2060350, опубл. 20.05.1996), включающий сформированный на штанге корпус с конусными поверхностями на торцах, выполненный из полимерного материала. Корпус снабжен расположенными внутри него с выходом на его боковую и конусные поверхности металлическими ребрами со скошенными концами, причем металлические ребра неразъемно связаны с корпусом.
Такая конструкция центратора пригодна для использования в металлических НКТ. Металлические ребра снижают износ полимерного корпуса центратора, продлевают срок его службы.
Однако из-за особенностей, присущих композиционным материалам, конструкция центратора мало пригодна для использования на насосных штангах в НКТ, выполненных из этих материалов:
1. В процессе эксплуатации трение между стенкой НКТ и ребрами центратора осуществляется в среде, содержащей абразивные частицы, поэтому за счет более высокой износостойкости металла ускоренному износу подвергается внутренняя стенка НКТ. При этом сначала разрушается поверхностный слой полимерного связующего, оголяются армирующие стеклонити, происходит их «распушение», что в свою очередь увеличивает трение и ускоряет износ НКТ. Кроме того, в трубах из композиционного материала поверхностный слой, контактирующий с транспортируемой средой, как правило, является герметизирующим, поэтому его нарушение сокращает срок службы трубы.
2. Центратор формируется на штанге литьем смеси компонентов в установленную на ней форму с последующей полимеризацией. При этом центратор удерживается на штанге силой трения, возникающей после его формования. Недостатком указанного крепления является, с одной стороны, низкая надежность сцепления центратора со штангой, вследствие чего возможен сдвиг центратора и последующее его скольжение вдоль оси штанги, а с другой - такое крепление усложняет замену изношенного центратора. При замене изношенного центратора на металлической штанге его просто разрушают под прессом и на его месте формируют новый. Однако на штанге из композиционного материала сложно удалить изношенный центратор. При разрушении его под прессом или применением других разрушающих механических воздействий нарушается целостность армирующих волокон композиционного материала штанги, в результате чего штанга теряет свои прочностные характеристики.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является составной скребок - центратор для насосных штанг (патент на полезную модель RU №135707, опубл. 20 12.2013), содержащий полимерный корпус, образованный посредством соединения двух деталей в виде полухомутов с ребрами, имеющими цилиндрическую контактную поверхность, и каналами между ними для прохода откачиваемой жидкости. Соединение деталей корпуса осуществлено с помощью клиньев, кроме того, детали дополнительно зафиксированы посредством клеевого соединения, при этом клеевое соединение выполнено также между корпусом центратора и наружной поверхностью насосной штанги.
Недостатком составного скребка - центратора является низкая надежность его сцепления со штангой, не обеспечивающая необходимое усилие сопротивлению сдвигу центратора вдоль оси штанги, сложность замены изношенного скребка - центратора при проведении ремонтных работ в полевых условиях. Это обусловлено, как и в рассмотренном выше случае, сложностью удаления изношенного центратора, зачистки места установки нового и проведение склеивания деталей корпуса между собой и с поверхностью штанги.
Из описания изобретения к патенту «Способ установки центратора на насосной штанге» (патент RU №2211911, опубл. 10.09.03) известна штанга с центратором и способ установки центратора на штанге.
Насосная штанга выполнена с бесшовным утолщением в месте установки центратора, а центратор сформирован, например, способом литья в месте утолщения. Бесшовное утолщение выполнено, например, путем локального нагрева штанги с последующим ее осаживанием.
Техническое решение пригодно для металлических штанг и обеспечивает надежное крепление центратора на штанге, исключая его осевое перемещение. При проведении ремонтных работ изношенный центратор может быть разрушен и на его месте сформирован новый. Однако такое техническое решение мало пригодно для штанг из композиционных материалов. Как показано выше, это обусловлено сложностью удаления изношенного центратора без нарушения целостности самой штанги. Кроме того, формование нового центратора в полевых условиях сопряжено с дополнительными сложностями, обусловленными необходимостью наличия на производственном участке литьевого оборудования и его использованием.
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции насосной штанги из композиционного материала со съемным центратором, обеспечивающей возможность замены изношенного центратора без разрушающего воздействия на него и нарушения целостности насосной штанги.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение быстрой замены центратора на насосной штанге без использования специального оборудования в полевых условиях непосредственно на производственном участке, исключение разрушающих воздействий на насосную штангу из композиционных материалов при замене центратора. Полезная модель является универсальной и пригодна для использования для насосных штанг как из композиционных материалов, так и металлических.
Указанный технический результат достигается тем, что в насосной штанге с центратором, включающей сформированное на штанге на участке установки центратора утолщение и закрепленный на утолщении центратор, утолщение выполнено в виде крепежной втулки из полимерного материала, неразъемно закрепленной на штанге, например, формированием способом литья, а центратор выполнен съемным и образован из двух деталей в виде полухомутов, соединенных между собой любым из известных видов крепления, например резьбовым, клеевым и т.д. или их любой комбинацией.
Технический результат достигается также тем, что в съемном центраторе, содержащем корпус из полимерного материала в виде цилиндра с центрирующими ребрами и центральным осевым каналом для размещения на штанге, образованный посредством соединения двух деталей в виде полухомутов, детали корпуса выполнены в виде симметричных полухомутов, полученных делением его по середине диаметрально расположенных ребер, а в середине центрального осевого канала выполнено уширение по форме и размеру соответствующее крепежной втулке насосной штанги, при этом полухомуты соединены между собой по плоскостям разрезанных ребер болтами, клеевым соединением или их комбинацией.
Кроме того, на плоскостях разрезанных ребер выполнены соответственно пазы и выступы или рифление, предотвращающие продольное смещение полухомутов относительно друг друга.
На фиг. 1 представлен общий вид насосной штанги со съемным центратором, а на фиг. 2 - насосная штанга со съемным центратором в разрезе А-А; на фиг. 3 - детали в виде полухомутов, составляющие съемный центратор.
Насосная штанга со съемным центратором (фиг. 1, 2) включает в себя собственно штангу 1, жестко закрепленную на ней крепежную втулку 2, например, сформированную на ней способом литья, и закрепленный на ней съемный центратор 3.
Корпус съемного центратора 3 выполнен в виде цилиндра 4 с центрирующими ребрами 5 и центральным осевым каналом 6 (фиг. 3), в середине которого выполнено уширение 7, соответствующее форме и размеру крепежной втулки 2. Корпус 3 состоит из двух частей в виде симметричных полухомутов 8, 9, полученных продольным делением корпуса по середине диаметрально расположенных ребер. Полухомуты соединены между собой по плоскостям разрезанных ребер 10, 11 болтами 12 (фиг. 1) Для предотвращения продольного смещения полухомутов 8, 9 относительно друг друга на плоскостях разрезанных ребер 10, 11 выполнены соответственно пазы 13 и выступы 14.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает достижение заявленного технического результата. Крепежная втулка 2 крепится на насосной штанге 1 формированием литьевым способом или изготавливается разрезной и крепится посредством клеевого соединения. Эта операция осуществляется единожды при изготовлении насосной штанги в заводских условиях или в специализированных ремонтных цехах производственных предприятий. Установка на насосную штангу съемного центратора и последующая замена изношенного не требует особых условий и оборудования и может осуществляться в полевых условиях непосредственно на скважине. При этом отсутствие адгезионного контакта корпуса центратора с поверхностью штанги исключает необходимость применения механических разрушающих нагрузок при замене изношенного центратора, т.к. для этого достаточно извлечь крепежные элементы, снять изношенные полухомуты 8 и 9, заменить новыми и закрепить их крепежными элементами. Полезная модель особо актуальна при эксплуатации насосных штанг, выполненных из композиционных материалов, так как исключает нарушение их целостности при замене изношенных центраторов.
Полезная модель обеспечивает быструю замену центратора на насосной штанге без использования специального оборудования в полевых условиях непосредственно на производственном участке, исключает использование разрушающих механических воздействий на насосную штангу из композиционных материалов при замене центратора. Полезная модель является универсальной и пригодна для использования для насосных штанг как из композиционных материалов, так и металлических.