ШТАНГОВЫЙ ЦЕНТРАТОР-КРУТЫШ

Полезная модель относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использована в нефтяной промышленности, более конкретно в составе установок штанговых винтовых насосов. Основная задача, решаемая полезной моделью - это предотвращение абразивного трения наружной поверхности стальных насосных штанг твердыми частицами, выносимыми добываемой жидкостью, которое происходит в ограниченном пространстве между штангой и внутренним отверстием в центраторе, а также центрация штанговой колонны в канале НКТ, что позволяет предотвратить истирание внутренней поверхности НКТ соединительными муфтами насосных штанг.
Известен центратор для насосных штанг (патент РФ №2060350, МПК6 E21B 17/10, дата публ. 20.05.1996), содержащий сформированный на штанге корпус из полимерного материала цилиндрической формы с конусными концами и металлические ребра со скошенными концами. Ребра помещены внутри корпуса с выходом на его цилиндрическую и конусную поверхности и образуют с корпусом неразъемное соединение. Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано в нефтяной промышленности, более конкретно в установках для добычи нефти глубинными штанговыми насосами. Конструкция центратора предназначена для работы в условиях возвратно-поступательного движения насосных штанг, при этом центратор устанавливается в определенных местах насосной штанги без возможности вертикального перемещения и вращения вокруг оси штанги.
Недостатком данной конструкции является, то, что центратор устанавливается на тело насосной штанги неподвижно и не имеет свободы вращения вокруг оси штанг, что не позволяет использовать его в компоновках штанговых винтовых насосов.
Наиболее близкой по техническому назначению является конструкция центратора «Трайлобл», изготавливаемая ЗАО «КАНАРОСС» (ТУ 3665-203-35796774-2001), применяемая в составе установок штанговых винтовых насосов (УШВН ШН-22), включающая формуемые на стержне штанги неподвижные упоры, подвижный элемент центратора, имеющий свободу вращения вокруг оси штанг, продольные перемещения, которого ограничены запрессованными на теле штанге упорами.
Недостатком данной конструкции является то, что подвижный центратор устанавливается с небольшим зазором непосредственно на тело стальной штанги, а вследствие попадания в ограниченное пространство между телом штанги и внутренним отверстием в центраторе твердых частиц из добываемой жидкости, происходит абразивное трение наружной поверхности штанги, что приводит к появлению поперечных борозд, являющихся концентраторами напряжений. В дальнейшем в этих местах зарождаются усталостные трещины, при развитии которых происходит обрыв штанги в местах установки центраторов.
Техническим результатом внедрения предлагаемой полезной модели является снижение обрывности штанг, используемых на фонде установок штанговых винтовых насосов, по причине абразивного износа тела штанги твердыми частицами, выносимыми из продуктивного пласта добываемой жидкостью, а также снижение энергопотребления при извлечении на дневную поверхность добываемой жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что центратор штанговой колонны включает неподвижную, наплавленную на наружную цилиндрическую поверхность штанги бандажную втулку, имеющую ступенчатую цилиндрическую форму с меньшим диаметром в центральной части и большими, одинаковыми в верхней и нижней частях диаметрами, образуя упоры под углом 90° при переходе от меньшего диаметра к большему. Образованные переходом диаметров упоры ограничивают осевые перемещения подвижного элемента в виде центратора-крутыша, совершающего вращательные, относительно оси штанги, движения между упорами по неподвижной поверхности полиамидной бандажной втулки, предохраняя непосредственно металлическую поверхность штанги от абразивного трения твердыми частицами, выносимыми потоком добываемой жидкости, проходящей между бандажной втулкой и внутренней поверхностью центратора-крутыша.
Штанговый центратор (Фиг.1.) включает бандажную втулку 1, наплавленную на наружную поверхность тела штанги 2. Бандажная втулка 1 имеет ступенчатую цилиндрическую форму с меньшим диаметром Д1 в центральной части и большим диаметром Д2, одинаковым в верхней и нижней частях, образуя при переходе под углом 90 от меньшего диаметра к большим упоры 3.
В центральной части бандажной втулки 1 с диаметром Д1 размещен подвижный элемент-центратор-крутыш 4, установленный с возможностью как одновременного вращения вокруг наружной поверхности с диаметром Д1 бандажной втулки, так и возможностью свободного осевого перемещения по этой же поверхности в пределах, ограниченных расстоянием между верхним и нижним упорами 3. Центратор-крутыш 4 имеет в поперечном сечении форму шестиконечной звезды со срезанными вершинами (Фиг.2а), центральный сквозной канал, внутренний диаметр (Дкр.) которого незначительно превышает меньший диаметр Д1 бандажной втулки (Фиг.26), а наружный диаметр центратора-крутыша 4 ограничен внутренним диаметром НКТ. В центральной части боковой поверхности центратора-крутыша 4 выполнен сквозной наклонный вырез под углом 45-60° (Фиг.2в) к центральной оси.
Наплавленная на наружную поверхность штанги бандажная втулка 1 предохраняет насосную штангу 2 от механического истирания в зоне движения центратора-крутыша 4 при воздействии абразивных включений, проходящих с потоком в зазор между центратором-крутышом 4 и поверхностью бандажной втулки 1.
Штанговый центратор работает следующим образом.
В наклонно-направленной и искривленной скважине при вращательном движении колонны, возникают изгибающие напряжения, при этом происходит самоцентрирование штанговой колонны в пределах радиального зазора наружной поверхности подвижной части центратора-крутыша 4 и внутренней поверхности НКТ 5, уменьшая напряжение внутри НКТ от изгиба насосных штанг 2. Одновременно с этим, происходит вращательное и поступательное движения центратора-крутыша 4 по наружной поверхности бандажной втулки 1 в пределах, ограниченных уступами 3. Твердые механические примеси, попадающие в зазор между внутренней поверхностью центратора-крутыша 4 и наружной поверхностью бандажной втулки 1, механически воздействует только на изготовленную из стеклонаполненного полиамида поверхность бандажной втулки, не оказывая абразивного воздействия на тело стальной штанги 2.
Использование предлагаемой полезной модели позволит повысить ресурс наработки на отказ насосных штанг на фонде установок штанговых винтовых насосов.