Устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования и предотвращения падения его на забой скважины

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно, к защите от коррозии погружных электроцентробежных скважинных насосов (ЭЦН) при их эксплуатации в средах с повышенным содержанием сероводорода и углекислого газа, а также может быть использована для предотвращения падения скважинного оборудования на забой скважины. Известно, что одной из причин выхода из строя электроцентробежного насоса, подвешенного на колонне насосно-компрессорных труб в скважине, является коррозия. Причиной коррозии является высокая коррозионная активность перекачиваемой среды. Также при высокой коррозионной активности перекачиваемой среды увеличиваются риски, связанные с обрывом и падением на забой скважинного оборудования (так называемый «полет»).
Известно противополетное устройство для электроцентробежного насоса, содержащее верхний и нижний переводники, ствол с жестко установленным в его верхней части опорным кольцом, расположенные на стволе с возможностью взаимодействия амортизирующий узел с конусом и заякоривающий механизм, причем на стволе ниже конуса выполнен фигурный паз, имеющий осевые короткий и длинный участки, в котором размещен направляющий штифт. Конус выполнен в виде наружной двухступенчатой кольцевой выборки, а заякоривающий механизм выполнен в виде подпружиненной наружу цанги с направляющим штифтом, размещенной подвижно на наружной поверхности ствола напротив фигурного паза, при этом продольные короткий и длинный участки фигурного паза соединены между собой замкнутым фигурным участком так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении цанги относительно ствола направляющий штифт будет расположен то в продольном коротком участке фигурного паза - транспортное положение, в котором цанга с одной стороны взаимодействует с нижним торцом нижней ступени наружной ступенчатой кольцевой выборки конуса, а с другой - с внутренними стенками эксплуатационной колонны, то в продольном длинном участке фигурного паза - рабочее положение, при этом цанга с одной стороны взаимодействует с нижним торцом верхней ступени наружной ступенчатой кольцевой выборки конуса, а с другой - с проточкой муфты эксплуатационной колонны, причем амортизирующий элемент выполнен в виде пружины сжатия, а между стволом и верхним переводником установлена заглушенная снизу шламоклямсоулавливающая камера (патент RU2455454, МПК E21B 23/00, опубл. 10.07.2012 г.).
Известно противополетное устройство, 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. 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 спуско-подъемных 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, имеющей 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 (патент RU2175048, МПК E21B 23/00, опубл 20.10.2001 г.).
Известно противополетное устройство, содержащее удлинитель, вставленный в полумуфту, и вставленный в полумуфту снизу переводник со штоком для крепления к штоку насосных штанг. Отверстие, в которое вставлен удлинитель, выполнено в полумуфте эксцентрично, а переводник ввинчен в эту полумуфту, при этом полумуфта снабжена боковым фиксатором, например винтом для фиксации переводника (патент RU88382, МПК E21B 40/00, опубл. 10.11.2009 г.).
Недостаток известных устройств – сложная конструкция и ограниченные функциональные возможности ввиду защиты скважинного оборудования только от падения на забой скважины.
Известен протектор, выполненный в форме длинномерного цилиндрического стержня с армированием по центру стальной проволокой. Протектор размещают в поднасосном пространстве в стволе скважины с изоляцией контакта со стенками скважины. Контакт протектора с корпусом электроцентробежного насоса осуществляют через стальную армирующую проволоку (патент RU2231629, МПК E21B 41/02, опубл. 27.06.2004).
Известно устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования, выполненное в виде длинномерного протектора со стержневым армирующим элементом, на части поверхности которого, выступающей за край протектора, нанесена резьба, причем на наружной поверхности протектора выполнены продольные ребра, при этом протектор имеет активную цилиндрическую часть, выполненную из сплава алюминия с электродным потенциалом, меньшим по сравнению с защищаемым оборудованием, а стержневой армирующий элемент выполнен во всю длину протектора,  имеет круглую форму в поперечном разрезе, при этом продольные ребра на наружной поверхности протектора выполнены чередующимися с пазами, имеющими П–образную форму (патент RU137329, МПК E21B 41/02, опубл. 10.02.2014 г.). Принято за прототип.
Недостаток известных устройств – ограниченные функциональные возможности ввиду защиты скважинного оборудования только от коррозии.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат – предотвращение падения (полета)  оборвавшегося скважинного оборудования на забой скважины за счет заякоривания в момент спуска колонны труб и выхода на проектную глубину.
Задача решается, а технический результат достигается устройством для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования  и предотвращения падения его на забой скважины, выполненным в виде длинномерного протектора со стержневым армирующим элементом, на части поверхности которого, выступающей за край протектора, нанесена резьба, причем на наружной поверхности протектора выполнены продольные ребра, которые чередуются с пазами, имеющими П–образную форму, при этом протектор имеет активную цилиндрическую часть, выполненную из сплава алюминия с электродным потенциалом, меньшим по сравнению с защищаемым оборудованием, а стержневой армирующий элемент выполнен во всю длину протектора,  имеет круглую форму в поперечном разрезе. В отличие от прототипа стержневой армирующий элемент имеет участки, выступающие за край активной части протектора, с обоих его торцов, и на эти участки нанесена резьба, причем один из указанных участков стержневого армирующего элемента с резьбой при помощи муфты соединен с ограничительной частью, выполненной в виде цельнометаллического патрубка, имеющего первую и вторую части разного наружного диаметра, причем наружный диаметр второй части превышает диаметр используемой для погружения скважинного оборудования обсадной колонны, при этом патрубок имеет на наружной поверхности продольные ребра, которые чередуются с пазами, имеющими П–образную форму.
Согласно полезной модели:
- стержневой армирующий элемент выполнен из стали полым во всю длину протектора;
- патрубок выполнен из стали;
- между патрубком и муфтой расположена стопорная гайка с резьбой;
- количество ребер на наружной поверхности протектора и/или патрубка равно 4 или больше.
Технический результат достигается следующим.
Стержневой армирующий элемент протектора с резьбой при помощи муфты соединен с ограничительной частью, выполненной в виде патрубка, наружный диаметр одной из частей которого превышает диаметр используемой для погружения скважинного оборудования обсадной колонны.  С другой стороны протектор при помощи резьбы на стержневом армирующем элементе надежно крепится к погружному оборудованию, а именно к погружному электродвигателю. В момент спуска колоны насосно-компрессорных труб (НКТ) происходит заякоривание оборудования по принципу разности диаметров обсадной колонны и патрубка. Это предотвращает полет оборудования на забой скважины в случае обрыва колонны труб или расчленения насосного агрегата выше протекторного устройства. Заякоривание происходит из-за меньшего диаметра внутренней части обсадной колоны по сравнению с внешним диаметром патрубка. Для перевода устройства в транспортное положение колонну труб приподнимают до полного снятия сжимающей нагрузки на ограничительную часть устройства.
Сущность полезной модели поясняют чертежи, где показано заявляемое устройство для защиты от коррозии погружного скважинного оборудования  и предотвращения падения его на забой скважины:
На фиг.1 – общий вид;
На фиг.2 – ограничительная часть в виде патрубка в разрезе.
Устройство состоит из  (фиг.1 ) протектора, имеющего активную часть 1, стержневой армирующий элемент 2 (резьба обозначена позицией 3),  соединительную муфту 4, ограничительную часть устройства в виде патрубка 5. Позицией 6 обозначена стопорная гайка. На фиг.2 позицией 7 показана первая часть патрубка, позицией 8 – вторая часть патрубка, наружный диаметр которой превышает диаметр обсадной колонны.
Устройство работает следующим образом.
На колонне насосно-компрессорных труб в скважину спускают погружной электродвигатель и центробежный насос (ЭЦН) установки погружных центробежных насосов (УЭЦН). К нижней части ЭЦН предварительно прикрепляют заявляемое устройство. Таким образом, устройство помещают в поднасосное пространство.
Активную часть 1 выполняют из протекторного сплава, т.е. из сплава металла с большим отрицательным потенциалом, чем у материала защищаемого оборудования, так могут быть использованы алюминиевые сплавы. Протектор прикрепляют к погружному оборудованию, а именно к погружному электродвигателю, с помощью резьбы 3, а с другой стороны при помощи резьбы 3 и муфты 4 крепится ограничительная часть в виде патрубка 5, наружный диаметр части 8 которого превышает диаметр используемой для погружения скважинного оборудования обсадной колонны.
В момент спуска колоны насосно-компрессорных труб (НКТ) происходит заякоривание оборудования по принципу разности диаметров обсадной колонны и патрубка. Это предотвращает полет оборудования на забой скважины в случае обрыва колонны труб или расчленения насосного агрегата выше протекторного устройства. Заякоривание происходит из-за меньшего диаметра внутренней части обсадной колоны по сравнению с внешним диаметром патрубка. Для перевода устройства в транспортное положение колонну труб приподнимают до полного снятия сжимающей нагрузки на ограничительную часть устройства.
В поперечном сечении устройство имеет форму четырехгранной звезды. Данная геометрия обеспечивает беспрепятственное протекание пластовой жидкости вдоль активной части и защищает УЭЦН от механических повреждений при спуско-подъемных операциях. В результате использования устройства возникает протекторная защита в гальванической паре, у которой катодом является погружное оборудование, а анодом - протектор, присоединенный к данному оборудованию, в частности к ЭЦН, перекачиваемая скважинная жидкость является электролитом. В результате электрохимических реакций происходит разрушение анода-протектора, при этом освободившиеся электроны протектора перетекают как избыточные на катод - ЭЦН, заряжая его отрицательно. Под действием электродвижущей силы данной гальванопары возникает защитный ток, натекающий на защищаемое погружное оборудование.
Устройство имеет активную часть, выполненную из сплава алюминия, имеющего электродный потенциал, меньший по сравнению с защищаемым оборудованием, тем самым ток, стекая с протектора, проходит по короткому пути, входит в защищаемое оборудование и подавляет коррозионное разрушение, при этом активная часть протектора выполнена в виде цилиндрического тела с пазами П-образной формы, что увеличивает площадь активной части протектора по сравнению с цилиндрической формой и позволяет беспрепятственно протекать пластовой жидкости вдоль тела протектора.
Устройство представляет собой длинномерный протектор с полым стержневым армирующим элементом, размещенным вдоль всей длины протектора, что исключает обрыв активной части протектора при неравномерной выработке поверхности протектора. Кроме того, за счёт полого армирующего элемента уменьшается вес протектора, что в свою очередь уменьшает нагрузку на резьбовое соединение и облегчает проведение монтажных работ.  Выполнение продольных ребер на наружной поверхности активной части придает ему дополнительную жесткость, исключая его повреждение, например, при спуске в скважину и повышая тем самым его надежность, увеличивает площадь поверхности протектора, что в свою очередь увеличивает токоотдачу. Наличие ребер на ограничительной части устройства позволяет беспрепятственно производить нефтесбор из скважины и обеспечивает беспрепятственное протекание пластовой жидкости.
Практическое использование устройства показало увеличение межремонтного периода погружного оборудования и сокращение отказов оборудования по причине коррозионного разрушения, а также сокращение трудозатрат на извлечение оборвавшегося погружного оборудования.