УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПАДЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для удерживания оборудования, в том числе, электроцентробежного насоса, от перемещения вниз по скважине, включая полет на забой скважины. Полезная модель может также быть использована для предотвращения падения предметов, фиксируемых внутри любых цилиндрических объемов (труб, колодцев и т.п.).
Известно устройство для предотвращения падения оборудования на забой скважины (заявка на изобретение №93006860/03, опубл. 27.10.1996, МПК Е21В 23/00), содержащее корпус с заклинивающими элементами (плашками) и механизмом их выдвижения. При падении оборудования плашки входят в зацепление с эксплуатационной колонной при срабатывании устройства под напором жидкости. Устройство присоединяется к оборудованию, спускаемому в скважину, с помощью патрубка.
Известен якорь механический, принятый за прототип (патент РФ №2352752, опубл. 20.04.2007, МПК Е21В 23/00), предназначенный для фиксации насоса в обсадной трубе. Якорь содержит корпус, выполненный в виде нескольких цилиндрических поверхностей, и подпружиненные тела заклинивания в виде шариков, имеющих возможность качения вдоль винтовых канавок на корпусе. Для реализации назначения известный якорь содержит также накладки, снабженные штырями, имеющими возможность перемещения вместе с накладкой вдоль оси якоря относительно закрепленных на корпусе верхней и нижней направляющих втулок для этих штырей, каждая нижняя направляющая втулка снабжена пружиной, поджимающей накладку к соответствующей верхней направляющей втулке, каждая поверхность вдоль дорожек качения шариков на корпусе якоря сопряжена с винтовой канавкой для последних и выполнена с незначительным уклоном вдоль его оси, винтовые пазы накладок ориентированы в направлении, обеспечивающем заклинивание шариками якоря при их перемещении по окружности и вниз вдоль винтовых пазов накладок. Известный якорь надежен в работе, однако он достаточно сложен конструктивно и имеет высокую стоимость.
Задачей полезной модели является создание устройства для предотвращения падения в скважину оборудования, лишенного указанных недостатков.
Техническим результатом, получаемым при использовании предложенной полезной модели, является существенное упрощение конструкции и повышение надежности работы вне зависимости от качества внутренней поверхности трубы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для предотвращения падения оборудования в скважине, содержащем цилиндрический корпус и тела заклинивания в виде шариков, расположенные в пазах корпуса, согласно полезной модели, тела заклинивания выполнены в виде стержней или сегментов, внутри корпуса на уровне тел заклинивания установлен конус с закрепленной в его нижней части втулкой, имеющие совместно возможность перемещения вдоль оси устройства, конус имеет осевое отверстие и установлен широким диаметром кверху, а на нижней части втулки, выступающей ниже корпуса, установлена пружина, поджимающая с помощью шайбы конус относительно дна корпуса.
Выполнение тел заклинивания в виде как шариков, так и стержней или сегментов расширяет технологические возможности изготовления устройства.
Применение в устройстве конуса, контактирующего внутри корпуса с телами заклинивания, позволяет существенно упростить конструкцию при одновременном обеспечении безупречной надежности работы устройства.
Закрепление в нижней части конуса втулки, на которой установлена пружина, поджимающая конус относительно корпуса, дает возможность перемещения конуса вдоль оси устройства, что, в свою очередь, регулирует радиальное перемещение тел заклинивания в пазах корпуса под действием давления боковой поверхности перемещающегося конуса.
Установка конуса широким диаметром кверху обеспечивает срабатывание устройства автоматически под действием силы тяжести, реализуя, таким образом, принцип пассивной безопасности устройства.
Выполнение конуса полым дает скважинной жидкости возможность свободно проходить сквозь устройство, что необходимо для его беспрепятственного перемещения вдоль трубы, а также для подвода жидкости к насосу в случаях, когда устройство используется для предотвращения падения насоса.
Указанные отличительные признаки предложенного устройства в своей совокупности позволяют надежно и предельно просто заклинивать устройство относительно трубы при его малейшем движении вниз и, также, без усилий расклинивать его сразу после начала подъема устройства при незначительном перемещении вверх.
На чертеже представлен продольный разрез устройства, которое включает в себя корпус 1, тела расклинивания 2, выполненные в виде шариков, или стержней, или сегментов и расположенные в радиальных пазах корпуса 1. Внутри корпуса 1 установлен конус 3 таким образом, чтобы при движении конуса 3 вверх-вниз относительно корпуса 1 контактировать боковой конусной поверхностью с шариками 2. Внутри конуса 3 выполнено сквозное осевое отверстие 4. В нижней части конуса 3 закреплена втулка 5, выполненная в виде трубки, имеющей резьбу на верхнем и на нижнем концах. На нижнем конце втулки 5, выступающем ниже корпуса 1, установлена пружина 6. Верхней частью пружина 6 упирается в дно корпуса 1, а нижней - в шайбу 7, установленную на нижнем конце втулки 5.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину производят его регулировку с целью подгонки под внутренней диаметр обсадной колонны, в которую предстоит спуск оборудования, в частности, электроцентробежного насоса. Для этого шайбой 7 поджимают пружину 6 таким образом, чтобы втулка 5 совместно с конусом 3 переместилась относительно корпуса 1 до того уровня, когда шарики 2, переместившись вглубь пазов корпуса 1, образуют наружными точками диаметр, сопоставимый с внутренним диаметром колонны.
В процессе спуска устройство, отрегулированное как описано выше, свободно перемещается по обсадной колонне в заданный интервал скважины.
Возможны различные способы спуска устройства в скважину, один из которых - это спуск устройства вместе с насосом (или с другим оборудованием). В этом случае устройство крепится под насосом (под оборудованием) с помощью патрубка, после чего сборка опускается в заданный интервал добычи (или, соответственно, исследований).
Устройство можно также спускать в скважину до спуска насоса (или другого оборудования). В этих случаях спуск устройства производят с помощью кабеля, троса или проволоки. Такие работы выполняются до начала процесса добычи или исследований силами геофизических производственных партий.
При достижении заданной глубины установки устройство приводится в рабочее положение перемещением конуса 3 вниз относительно корпуса 1.
Подъем устройства на поверхность можно производить как одновременно с оборудованием, так и после подъема оборудования, используя для этого кабель, трос или проволоку.
В случае обрыва насоса в процессе его спуска, работы или при подъеме происходит немедленное срабатывание устройства. Падающий насос своим весом давит на конус 3 и перемещает его вниз относительно подпружиненного корпуса 1. Конус 3 наезжает своей более широкой боковой частью на шарики (тела заклинивания) 2, которые выдвигаются из глубины пазов корпуса 1 и заклинивают устройство относительно обсадной колонны. При этом фиксация устройства в колонне тем надежнее, чем сильнее давление на конус 3.