КОМПЕНСАТОР ОСЕВОЙ
AXIAL COMPENSATOR

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в составе технологического и эксплуатационного оборудования для компенсации растяжения (снятия напряжений) в колонне насосно-компрессорных труб, возникающих при запакеровании гидравлического пакера или создании избыточного давления для управления иными гидравлическими механизмами, а также при температурных колебаниях.
Известен компенсатор осевой, содержащий ниппель с установленным на его кольцевом выступе сердечником, соприкасающимся частью своей наружной поверхности с внутренней поверхностью корпуса, насаженного на наружную поверхность ниппеля с образованием между наружной поверхностью сердечника и внутренней поверхностью корпуса пространственного промежутка, втулку с расположенными по периметру ее наружной поверхности радиальными отверстиями для срезных винтов и стопорное кольцо (см. патент ЕПВ №1001132, кл. Е21В 17/07, 1999 г.).
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность, обусловленная невозможностью фиксации компенсатора в исходном (сжатом) положении, которое предотвращает его самопроизвольное открытие. Это необходимо при спуске компенсатора в скважину в составе компоновки подземного оборудования, включающей пакер механического или гидравлического действия.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение его эффективности за счет обеспечения возможности фиксации компенсатора в исходном (сжатом) положении и его раскрытия гидравлическим способом. При этом раскрытие компенсатора осуществляется при заданной величине давления в колонне насосно-компрессорных труб при растягивающем усилии и без предварительного создания осевой сжимающей нагрузки.
Данный технический результат достигается за счет того, что компенсатор осевой, содержащий ниппель с установленным на его кольцевом выступе сердечником, соприкасающимся частью своей наружной поверхности с внутренней поверхностью корпуса, насаженного на наружную поверхность ниппеля с образованием между наружной поверхностью сердечника и внутренней поверхностью корпуса пространственного промежутка, втулку с расположенными по периметру ее наружной поверхности радиальными отверстиями для срезных винтов и стопорное кольцо, согласно предлагаемому изобретению имеет цангу, надетую на сердечник и соприкасающуюся внутренней поверхностью с наружной поверхностью средней части сердечника, резьбовые лепестки цанги прижаты втулкой, при этом основание цанги прикреплено к корпусу посредством винтов, находящихся в сквозных радиальных отверстиях, которые выполнены по периметру основания цанги и корпуса, на наружной поверхности концевой части сердечника со стороны, противоположной расположению ниппеля, выполнена зона с зубьями, контактирующими с зубьями на внутренней поверхности стопорного кольца, которое надето на сердечник и расположено внутри полости, выполненной внутри втулки, удерживаемой на сердечнике срезными винтами, находящимися в ее радиальных отверстиях, причем зубья стопорного кольца и зоны концевой части сердечника выполнены таким образом, чтобы обеспечить однонаправленное осевое перемещение втулки относительно сердечника, а в месте соприкосновения сердечника и ниппеля внутренняя поверхность сердечника и наружная поверхность ниппеля выполнены гранеными для обеспечения передачи вращения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен компенсатор осевой в исходном (сжатом) положении, на фиг.2 компенсатор осевой показан в открытом (растянутом) положении.
Компенсатор осевой состоит из сердечника 1, корпуса 2, который жестко соединен резьбой с ниппелем 3, цанги 4 и втулки 5, он также содержит срезные винты 6, разрезное стопорное кольцо 7. Резьбовые лепестки 8 цанги 4 входят в зацепление с резьбой, выполненной на сердечнике 1. Они застопорены втулкой 5, которая зафиксирована на сердечнике 1 срезными винтами 6, находящимися в ее радиальных отверстиях.
Разрезное стопорное кольцо 7, выполненное в виде храповика, имеет на внутренней поверхности ряд зубьев, которые взаимодействуют с расположенными на наружной поверхности сердечника 1 ответными зубьями. Это позволяет кольцу 7 перемещаться с втулкой 5 по сердечнику 1 только в одном направлении, препятствуя последующему возврату втулки 5 в исходное положение.
Участок 9 сердечника 1, соприкасающийся с ниппелем 3 и корпусом 2, имеет на внутренней поверхности грани 10, благодаря которым осуществляется передача крутящего момента от колонны насосно-компрессорных труб (на фиг.1 и 2 не показаны) на взаимодействующий с ним ниппель 3 посредством ответных граней на его наружной поверхности. Эти грани находятся вдоль всей длины хода L (см. фиг.1) сердечника 1 относительно ниппеля 3, что позволяет передавать вращение на оборудование, расположенное ниже компенсатора. Компенсатор также имеет упор 11 для втулки 5. Он может быть выполнен в виде гайки, навинченной на сердечник 1. Кроме того, в устройстве цанга 4 соединена винтами 12 с корпусом 2.
Компенсатор осевой работает следующим образом.
Перед спуском компенсатора осевого известным способом рассчитывают необходимое давление его раскрытия, величина которого зависит от характеристик оборудования, совместно с которым он используется, а также с учетом проводимых с его помощью технологических операций.
При спуске компенсатора в скважину в составе компоновки подземного оборудования его ниппель 3 находится ниже упора 11.
Давление раскрытия компенсатора регулируется количеством и характеристиками срезных винтов 6. Компенсатор осевой спускается в скважину совместно с другим оборудованием на колонне насосно-компрессорных труб.
При создании во внутренней полости предлагаемого компенсатора избыточного давления, равного величине давления его раскрытия, благодаря разнице площадей сечений верхней и нижней частей втулки 5 результирующее усилие, действующее на втулку, направлено вверх. Это приводит к срезу винтов 6 и перемещению втулки 5 с разрезным стопорным кольцом 7 вверх по сердечнику 1 в крайнее верхнее положение до упора 11.
Таким образом, в результате перемещения втулки 5 освобождаются резьбовые концы лепестков 8 цанги 4, которая соединена винтами 12 с корпусом 2. Это позволяет перемещать сердечник 1 по ниппелю 3 с корпусом 2.
В дальнейшем возврат втулки 5 в исходное положение и блокирование резьбовых концов лепестков 8 цанги 4 (например, при опрессовке гидравлического пакера по межтрубному пространству) невозможен. Это обусловлено тем, что втулка 5 зафиксирована стопорным кольцом 7, препятствующим ее перемещению вниз по сердечнику 1.
Под действием растягивающей нагрузки, возникающей в колонне насосно-компрессорных труб при создании в ее внутренней полости избыточного давления для приведения в действие оборудования с гидравлическим управлением, резьбовые концы лепестков 8 цанги 4 упруго разжимаются и сердечник 1 перемещается по ниппелю 3. В результате этого компенсатор раскрывается, увеличивая свою длину, и, таким образом, компенсирует величину растяжения колонны насосно-компрессорных труб. Это позволяет снять возникшие в колонне труб напряжения.
Данный компенсатор может найти применение в составе компоновки подземного оборудования, включающего гидравлический пакер. Перед спуском предлагаемого компенсатора определяют необходимое давление его раскрытия и устанавливают требуемое количество срезных винтов 6 из расчета, что величина давления раскрытия была бы выше той, при которой происходит выход шлипсов и заякоривание пакера на обсадной колонне (на фиг.1 и 2 не показаны).
Для запакерования гидравлического пакера проходное сечение колонны насосно-компрессорных труб должно быть перекрыто ниже пакера и создано избыточное давление. При этом возникает усилие, под действием которого происходит растяжение колонны насосно-компрессорных труб до тех пор, пока шлипсы пакера не войдут в зацепление с обсадной колонной. При этом происходит раскрытие предлагаемого компенсатора, который, телескопически раздвигаясь, компенсирует величину растяжения колонны насосно-компрессорных труб и снимает возникшие в ней напряжения.
Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить его эффективность за счет обеспечения возможности фиксации компенсатора в исходном (сжатом) положении и его раскрытия гидравлическим способом.