ПРОТИВОПОЛЁТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в процессе добычи нефти электроцентробежными насосами для предотвращения их падения на забой скважины.
Известно устройство для предотвращения падения колонны подъемных труб с электропогружным насосом на забой скважины (авторское свидетельство СССР №1541373, МПК8 Е21В 23/00, 31/00, 1990 г.), содержащее размещенный в колонне обсадных труб заякоривающий узел и механизм его привода, выполненный в виде установленного на устье скважины с возможностью взаимодействия с колонной подъемных труб подпружиненного ролика с генератором электрического тока, установленной под электропогружным насосом с возможностью взаимодействия с колонной обсадных труб пары взаимно подпружиненных дополнительных роликов, имеющих по крайней мере один генератор электрического тока, заякоривающий узел выполнен в виде конусного плашечного захвата, размещенного под ним стержня с расположенным на нем основным и дополнительным электромагнитами противоположного действия, причем подвижные клинья плашечного захвата шарнирно соединены посредством планок со стержнем, а генераторы основного и дополнительных роликов электрически связаны между собой посредством кабеля электропогружного насоса и коллектора кабельного барабана.
Недостатком данного устройства является его ненадежность в работе из-за применения электрической схемы в управлении заякоривающего механизма, а именно:
- вероятность отказа электросистемы из-за ее работы в агрессивной среде, которая может привести к пробоям электрических узлов;
- ненадежность контактных соединений;
- возможное повреждение проводов при спускоподъемных операциях и в агрессивной среде;
- наличие в скважине отложений, приводящих к заклинке роликов, дальнейшему их проскальзыванию и, как следствие, несрабатыванию генератора электрического тока.
Отсутствие амортизирующего узла может привести к срыву и поломке заякоривающего механизма от удара или смятию деталей устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является противополетное устройство (патент RU №2175048, МПК8 Е21В 23/00), содержащее верхний и нижний переводники, ствол с установленным в его верхней части опорным кольцом, расположенные на стволе с возможностью взаимодействия амортизирующий узел с конусом и заякоривающий механизм, при этом на стволе ниже конуса выполнены симметричные фигурные пазы, имеющие короткий и длинный участки, соединенные между собой переходным участком с углом наклона 45°, причем длинный участок выполнен от нижней части конуса до нижнего переводника, длина короткого участка равна удвоенной длине минимального подрыва инструмента при спускоподъемных операциях, а расстояние от нижней части конуса до верхней части короткого участка фигурного паза равно высоте заякоривающего механизма, кроме того, в фигурном пазу при входе переходного участка в длинный установлено замковое устройство одностороннего действия, а в сквозном отверстии, выполненном в конусе и стволе, установлен срезной штифт, при этом заякоривающий механизм состоит из корпуса, расположенного на стволе с возможностью осевого перемещения, установленных равномерно по окружности корпуса и подпружиненных относительно него захватов двойного действия, в нижней части выполненных в виде заходного кулачка и в верхней имеющих зубья, кольца, установленного на корпусе, опоясывающего захваты и являющегося осью, относительно которой качаются захваты, обоймы, расположенной в нижней части корпуса с возможностью радиального вращения относительно него и жестко связанной с ним в осевом направлении, причем на внутренней поверхности обоймы выполнены канавка прямоугольного профиля и над ней выемка, а на наружной поверхности корпуса в виде секторов выполнены буртики прямоугольного профиля, во внутренней части обоймы жестко по посадке с натягом перпендикулярно оси устройства установлены диаметрально противоположные направляющие штифты.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, амортизирующий элемент выполнен резиновым, что в агрессивной среде при длительной эксплуатации электроцентробежного насоса может привести к потере амортизирующих свойств;
- во-вторых, низкая надежность, связанная с тем, что отсутствие камеры для улавливания шлама и клямс кабеля электроцентробежного насоса приводит к тому, что весь шлам и оторвавшиеся от кабеля клямсы попадают на якорный узел, что может привести к заклиниванию устройства в скважине при срыве с целью извлечения его из скважины. Кроме того, наличие в конструкции устройства срезного элемента, от разрушения которого зависит, сработает устройство или нет, т.е. в случае обрыва колонны труб устройство может оказаться на забое скважины вместе с электроцентробежным насосом и кабелем, а также замкового устройства, которое может заклинить в скважине и в результате не сработает заякоривающий узел.
Недостатком устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, принятое за прототип, описанное в патенте RU №2175048, МПК8 Е21В 23/00, содержащее верхний и нижний переводники, корпус, состоящий из заякоривающего и амортизирующего узлов, ствола, расположенного в его центральной части, имеющего коническую и цилиндрическую части, отличающееся тем, что в нижней части корпуса внутри его продольных пазов установлены сухари, которые имеют возможность отклоняться от оси корпуса за счет осевого перемещения вдоль конической части ствола, а амортизирующий узел состоит из пружинного центратора, плоские рессоры которого выполнены из металла с эффектом памяти формы.
Существеннейший недостаток прототипа - для запуска спускового механизма на основе металла с памятью формы необходимо получить точные исходные данные по температуре в рабочем режиме предстоящей эксплуатации данной скважины в данном интервале с конкретным насосом и подобрать нужные параметры спускового механизма с памятью формы, что в условиях производства представляет значительную трудность.
Еще один недостаток - даже если удачно спустили ЭЦН без срабатывания охранного устройства, удачно запустили и вывели на режим - не известен факт расклинивания на колонну фонаря с памятью формы и достаточность создаваемого им тормозного усилия, а значит, неизвестна степень риска и возможность выполнения устройством своих функций, а также же при изменении режима эксплуатации скважины, обводненности и степени охлаждения при условии не герметичности обсадной колонны или забоя.
Для исключения перечисленных недостатков прототипа противополетного устройства на основе материала с памятью формы предлагается устройство расклинивания плашек якоря за счет депрессии в стволе скважины, создаваемого работающим насосом.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы за счет гарантированного срабатывания заякоривающего узла и исключения заклинивания устройства при срыве устройства с целью его перевода в транспортное положение и извлечения с возможностью длительной работы амортизирующего элемента в агрессивной среде с расчетной нагрузкой.
Поставленная задача решается вновь разработанным противополетным устройством для электроцентробежного насоса.
На рисунке в продольном разрезе представлено противополетное устройство для электроцентробежного насоса.
Устройство содержит: верхнюю 1 и нижнюю 2 присоединительные муфты. Верхняя муфта 1 соединена со стволом 10, оканчивающимся снизу конусом, упирающимся в наклонные плоскости тормозных сухарей 5 и 8. На стволе 10 между верхней муфтой 1 и конусом подвижно закреплена труба 6 спускового устройства так, что она может двигаться под своим весом от верха до низа паза 3 ствола 10 и в транспортном положении над устьем скважины, и в скважине она висит на соединителе - ограничительном упоре 4 так, что конус ствола 10 находится в контакте с тормозными сухарями 5 и 8, висящими на своих осях 9 в продольных пазах 7 этой скользящей трубы 6 и не выталкивает тормозные сухари 5 и 8 из трубы 6, и все устройство может свободно перемещаться в обсадной колонне скважины.
При этом поршень 11 с уплотнительными кольцами 15 и обратный клапан 13 образуют балансировочную камеру 12, первоначально заполненную воздухом до спуска в жидкость, заполняющую скважину.
Устройство работает следующим образом.
По мере спуска под уровень жидкости в скважине она через фильтр 14 проникает в камеру 12 через обратный клапан 13 и сжимает находящийся там воздух до гидростатического давления соответствующего глубине спуска ЭЦН под уровень. При этом то же самое скважинное гидростатическое давление через паз 3 действует и на обратную сторону поршня 11 и он продолжает находиться висящим на стопоре - ограничителе 4 в нижнем положении паза 3 и не выдавливает тормозные сухари 5 и 8.
После запуска ЭЦН и создания рабочей депрессии она через паз 3 действует на поршень 11 и обратный клапан 13. Обратный клапан 13 закрывается и гидростатическое давление, соответствующее глубине спуска ЭЦН под уровень, толкает поршень 11 и через упор - соединитель 4 надвигает расклинивающую скользящую трубу 6 с тормозными сухарями 5 и 8 на конус ствола 10, расклинивает тормозные сухари 5 и 8 на обсадную колонну скважины (на рисунке не показана), заякоривает устройство и предотвращает возможный полет на забой.
Для спуско-подъемных операций оборудования достаточно приподнять сборку до схода тормозных сухарей 5 и 8 с конуса ствола 10 и возвращения их в пазы скользящей трубы 6 в транспортное положение, что позволит продолжить подъем или спуск оборудования.
Данное противополетное устройство допускает каскадное соединение нескольких подобных устройств с целью увеличения надежности и может применяться в скважинных условиях для различных видов погружного оборудования.
Предлагаемое противополетное устройство для электроцентробежного насоса оборудования позволяет повысить надежность работы и предполагает использование материалов, обладающих высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, позволяет длительно работать в агрессивной среде с расчетной нагрузкой.