ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОЙ КОЛОННЫ
CENTRATOR FOR ROTARY COLUMN

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в эксплуатационных скважинах для центрирования колонны насосных штанг при вращении в насосно-компрессорных трубах, снятия нагрузок на колонну насосных штанг и применим к установке штангового винтового насоса с наземным приводом.
Известен центратор для насосных штанг, содержащий корпус с центрирующим элементом, корпус выполнен в виде цилиндрического стержня с кольцевым выступом и присоединительными резьбовыми нарезками на концевых участках, а его центрирующий элемент выполнен в виде подшипника качения, с натягом насаженного на корпус до кольцевого выступа и снабжен герметизирующими крышками, закрепленными между собой крепежными резьбовыми деталями, при этом герметизирующие крышки выполнены с продольными вырезами или со сквозными продольными отверстиями для прохода пластовой жидкости, причем уплотнительное кольцо, установленное между герметизирующими крышками, выполнено с продольными вырезами или со сквозными продольными отверстиями (см. патент РФ на полезную модель №84442, кл. Е21В 17/10, опубл. 06.02.2009 г.).
Недостатки данного центратора заключаются в возможности проворачивания центратора в насосно-компрессорных трубах (НКТ) при небольшом угле наклона скважины и наличия технологического зазора между центратором и НКТ, что не позволяет установить колонну насосных штанг соосно и непосредственно по центру по отношению к внутренней стенке труб НКТ.
Известно устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, содержащее корпус, включающий соединяющиеся первый и второй элементы корпуса, при этом первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу и расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо первого элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа, второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа, для осевого скользящего зацепления с, по меньшей мере, одной внешней конической поверхностью первого элемента корпуса, для перемещения, по меньшей мере, части корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги, внутреннюю поверхность зацепления штанги, проходящую радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо второго элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа на расстоянии в осевом направлении от нагруженного плеча первого элемента корпуса, и муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго элементов корпуса и имеющую внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса и внешнюю поверхность износа для контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода (см. патент на изобретение RU №2374423, опубл. 27.11.09, МПК Е21В 17/10).
Недостатки данного направляющего приспособления штанги заключаются в невозможности снятия осевой нагрузки, низкой эффективности и низкой надежности в сильно искривленных и горизонтальных скважинах, где трудно установить колонну насосных штанг по центру НКТ, в результате чего происходят удары и истирание штанг о насосно-компрессорные трубы и увеличивается количество обрывов и отворотов колонны насосных штанг. К недостаткам следует отнести и низкую ремонтопригодность, невозможность оценки состояния штанги внутри устройств при диагностике штанг.
Известна насосная штанга с центрирующим элементом, содержащая насосную штангу с установленными на ней нижней и верхней упорные разъемные втулки, состоящие из разъемных полувтулок и стянутых между собой крепежными деталями, между упорными разъемными втулками на насосной штанге размещен центрирующий элемент, который состоит из нижнего и верхнего разъемных полувкладышей, содержащие кольцевые выступы по наружному диаметру, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента и за одно целое с разъемными полувкладышами; нижнего и верхнего разъемных полуобойм, содержащие канавки по внутреннему диаметру полуобойм, выполненные перпендикулярно оси центрирующего элемента; нижнего и верхнего хомутов, стянутых через монтажные отверстия крепежными деталями и установленных в проточках разъемных полуобойм, а также центрирующих ребер, выполненных в форме упругих дугообразных планок заданного профиля и сечения, количество которых должно быть не менее трех, причем центрирующие ребра на концевых участках имеют сгибы, входящие в пазы разъемных полуобойм, на внутренних ребордах разъемных полуобойм выполнены вырезы, количество которых соответствует количеству центрирующих ребер (см. патент на изобретение RU №2523267, опубл. 20.07.2014, МПК Е21В 17/10). Указанная насосная штанга с центрирующим элементом по технической сущности более близка к предлагаемому центратору для вращательной колонны, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатком насосной штангой с центрирующим элементом является низкая надежность хомутов разъемных полуобойм, из пазов которых центрирующие ребра вытаскиваются при работе устройства, что приводит к выходу из строя центрирующего элемента и аварийной ситуации в скважине.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание конструкции, позволяющей повысить надежность крепления центрирующих ребер в разъемных полувкладышах, центрировать вращательную колонну соосно с внутренней стенкой насосно-компрессорных труб, а также исключить возможность проворачивания центратора в насосно-компрессорных трубах.
Поставленный технический результат решается описываемым центратором для вращательной колонны, содержащим верхнюю и нижнюю обоймы, каждая из которых состоит из разъемного полувкладыша с кольцевыми выступами по наружному диаметру и разъемной полуобоймы, нижний и верхний ограничители хода центратора, центрирующие ребра со сгибами, выполненные в форме упругих дугообразных планок.
Новым является то, что по внутреннему диаметру с торца разъемных полуобойм выполнен выступ, центрирующие ребра на концевых участках имеют сгибы, входящие в пазы, образованные выступами разъемных полувкладышей и полуобойм, а разъемные полуобоймы стянуты между собой крепежными деталями.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен центратор для вращательной колонны на насосной штанге (вид спереди);
- на фиг. 2 - центратор для вращательной колонны, в разрезе (вид слева);
- на фиг. 3 - центратор для вращательной колонны, сечение А-А;
- на фиг. 4 - обойма, сечение Б-Б;
- на фиг. 5 - ограничитель, сечение В-В;
- на фиг. 6 - скважина, оборудованная установкой штангового винтового насоса с наземным приводом;
- на фиг. 7 - фото центратора, изготовленного согласно заявляемого изобретения.
Центратор для вращательной колонны (фиг. 1) состоит из нижней 1 и верхней 2 обойм, центрирующих ребер 3, нижнего 4 и верхнего 5 ограничителей, которые установлены на насосную штангу 6.
Центрирующие ребра 3 выполнены в форме упругих дугообразных планок заданного профиля и сечения, количество которых должно быть не менее трех, на фиг. 2, как вариант, показаны центрирующие ребра 3 в количестве четырех штук. Центрирующие ребра 3 на концевых участках имеют сгибы 7 (фиг. 3), входящие в пазы 8 (фиг. 3 и 4) между разъемными полувкладышами 9 и полуобоймами 11 (фиг. 3). Количество пазов 8 соответствует количеству центрирующих ребер 3.
Нижняя 1 и верхняя 2 обоймы (фиг. 1) состоят из разъемных полувкладышей 9 (фиг. 3), содержащие кольцевые выступы 10 по наружному диаметру, выполненные перпендикулярно оси насосной штанги 6 и за одно целое с разъемными полувкладышами 9 соответственно; разъемных полуобойм 11, по внутреннему диаметру с торца выполнен выступ 12; крепежные детали 13 (фиг. 4), которые стягивают между собой разъемные полуобоймы 11 и надежно фиксируют центрирующие ребра 3 в пазах 8. Выступы 12 и кольцевые выступы 10 необходимы для предотвращения выхода сгиба 7 из пазов 8.
Нижний 4 и верхний 5 ограничители (фиг. 1, 3 и 5) являются ограничителями хода центратора вдоль насосной штанги 6. Ограничители 4 и 5 состоят из разъемных полувтулок 14 и 15 (фиг. 5) и стянуты между собой крепежными деталями 16.
Разъемные полувкладыши 9 являются подшипниками скольжения. Применение центрирующих ребер 3 в составе центратора обеспечит концентричное размещение насосных штанг 6 в насосно-компрессорных трубах 17 (фиг. 6) и предотвратит прилегание насосных штанг 6 к стенкам насосно-компрессорных труб 17. Наружный диаметр центрирующих ребер 3 в свободном состоянии больше внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб 17.
Скважина, оборудованная установкой штангового винтового насоса с наземным приводом (фиг. 6), содержит продуктивный пласт 18, обсадную колонну 19 с перфорационными отверстиями 20, штанговый винтовой насос 21 с колонной насосных штанг 6, насосно-компрессорные трубы 17, приводную головку 22 с двигателем 23, устьевую арматуру 24 и линию перекачки жидкости 25.
На фиг. 7 представлена фотография центратора, изготовленного согласно заявляемому изобретению.
Центратор для вращательной колонны работает следующим образом.
Перед монтажом в скважину на насосные штанги 6 устанавливаются нижние 4 и верхние 5 ограничители, после чего между ними устанавливается центратор для вращательной колонны. При установке центратора на штангу сначала вставляются в пазы 8 центрирующие ребра 3, затем при помощи крепежных деталей 13 (фиг. 4) стягиваются между собой разъемные полуобоймы 11. При прохождении через различные диаметры насосно-компрессорных труб 17 (фиг. 6), обусловленных их толщиной стенки или выточкой муфт, центрирующие ребра 3 деформируются, перемещаются в радиальном направлении и вместе с насосными штангами 6 проходят дальше. Сила упругости центрирующих ребер 3 устанавливает насосные штанги 6 по центру насосно-компрессорных труб 17. При увеличении диаметра насосно-компрессорных труб 17 центрирующие ребра 3 также увеличиваются в диаметре, при извлечении из насосно-компрессорных труб 17 центрирующие ребра возвращаются в первоначальное положение.
При включении двигателя 23 (фиг. 6) приводной головки 22 вращается полированный шток (на фиг.6 не обозначен), колонна насосных штанг 6, при этом центрирующий элемент 3 находится в неподвижном состоянии, обеспечивая центрирование насосной штанги 6 на всю длину. Центраторы устанавливаются на колонне насосных штанг в местах наибольшей интенсивности набора кривизны.
Продукция пласта 18 (фиг. 6) через перфорационные отверстия 20 поднимается штанговым винтовым насосом 21 по кольцевому зазору между насосно-компрессорными трубами 17 и колонной насосных штанг 6, между центрирующими ребрами 3 и далее - в линию перекачки жидкости 25. Перекачиваемая жидкость является смазкой для разъемных полувкладышей 9 (фиг. 3). При вращении колонны насосных штанг 6 разъемные полувкладыши 9, центрирующие ребра 3 и полуобоймы 11 находятся в неподвижном состоянии, со штангами 6 вращаются только нижний 4 и верхний 5 ограничители.
Такая конструкция центратора позволяет надежно эксплуатировать штанговые винтовые насосы в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, а также центрировать тело штанги относительно насосно-компрессорных труб вследствие наличия веса штанг и отклонения от оси штанг. Предлагаемый центратор имеет низкую стоимость и простую конструкцию. Выполнение разъемных полуобойм с выступом по внутреннему диаметру позволит надежно фиксировать центрирующие ребра в пазах полуобойм, а стягивание разъемных полуобойм крепежными деталями, согласно заявляемому изобретению, приведет к предотвращению отказов по причине разгерметизации полуобойм.