АВТОСЦЕП ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КОЛОННЫ НАСОСНЫХ ШТАНГ С ПЛУНЖЕРОМ ГЛУБИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в нефтедобывающем оборудовании, в особенности для добычи вязких и засоренных сортов нефти, при одновременно раздельной эксплуатации двух разобщенных пластов двумя типами плунжерных насосов разного типоразмера, а также для работы насосов большего габарита с большим диаметром плунжера, чем внутренний диаметр спускаемых насосно-компрессорных труб.
Известен шариковый замок (патент РФ №2291327, F16B 21/18, F16B 2/16, опуб. 10.01.2007) для спуска вставного погружного насоса в скважину. Шариковый замок содержит шток, закрепленный на одном из объектов, втулку с первым рядом радиальных отверстий, установленную на другом объекте, запорное кольцо и первую группу запорных шариков, установленных в первом ряду радиальных отверстий втулки и взаимодействующих с запорным кольцом и со штоком, рабочая часть которого выполнена, например, в виде сферической головки. На внутренней поверхности запорного кольца выполнена проточка для удержания первой группы запорных шариков в свободном состоянии. Во втулке выполнены внутренний бурт, продольный паз и второй ряд радиальных отверстий. Во втулке с одной стороны бурта установлен толкатель, жестко соединенный с запорным кольцом штифтом, установленным в продольном пазу с возможностью перемещения. С другой стороны бурта установлен запорный вкладыш с профилированной кольцевой канавкой. Во втором ряду радиальных отверстий втулки установлена вторая группа запорных шариков, взаимодействующих с профилированной кольцевой канавкой запорного вкладыша и с поверхностью запорного кольца. Толкатель и запорный вкладыш поджаты пружинами сжатия с опорой на бурт. На внутренней поверхности запорного кольца выполнена проточка для его фиксации второй группой запорных шариков. В результате улучшаются эксплуатационные характеристики устройства.
Недостаток этой конструкции заключается в том, что при небольшом заклинивании насоса, при простое скважины, отложении солей и при увеличении осевой нагрузки на шариковый замок, при ходе колонны штанг вниз, возможно самопроизвольное расцепление. Использование данной конструкции при одновременно раздельной эксплуатации двух разобщенных пластов двумя типами плунжерных насосов разного типоразмера, а также для работы насосов большего габарита с большим диаметром плунжера, чем внутренний диаметр спускаемых насосно-компрессорных труб, невозможно по причине возможности заклинивания замкового соединения при большом межремонтном периоде работы плунжерного насоса.
Известно устройство для соединения колонны насосных штанг с плунжером глубинного насоса (патент РФ №2213260, F04B 47/00, опуб. 27.09.2003), содержащее корпус и замок с подпружиненной втулкой. Замок выполнен в виде двух входящих в зацепление деталей, при этом выступы на поверхности одной из деталей входят в углубления на поверхности другой детали. Подпружиненная втулка охватывает введенные в зацепление детали, а проходной канал корпуса в верхней части выполнен суженным для взаимодействия с подпружиненной втулкой при отцеплении колонны штанг.
Несмотря на название, это устройство выполняет только функцию расцепления для извлечения из скважины, а для автоматического соединения в скважине надо использовать дополнительное устройство.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является автосцеп (патент ПМ РФ №67167 E21B 17/02, E21B 17/06, опуб. 10.10.2007), состоящий из соединяемого с насосом зацепа с выступом и ловушки, содержащей корпус с овальным пазом под выступ, толкатель, направляющие средства, пружинный элемент, пробку, снабженную средством соединения со штангой. Пробка соединена с корпусом фиксирующим элементом, разрушающимся при определенной нагрузке. Он выполнен в виде штифта, закрепленного в корпусе и пробке. Корпус имеет на внутренней поверхности винтовую нарезку, переходящую в упомянутый паз, толкатель имеет винтовую нарезку противоположного направления, а выступ зацепа выполнен с возможностью скольжения по нарезкам. Направляющими средствами являются шарики, помещенные в радиальную расточку толкателя, и пазы в корпусе. Пружинный элемент состоит из двух пружин. Технический результат заключается в исключении повреждений штанг или насоса благодаря разрушению фиксирующего элемента.
Недостаток этой конструкции заключается в том, что при работающем штанговращателе (устройство предназначается для осуществления поворота колонны насосных штанг при возвратно-поступательном движении) и совпадении снижения осевой нагрузки, при ходе колонны штанг вверх, возможно самопроизвольное расцепление. Для срезки фиксирующего элемента (штифта) с усилием +5500 кг. к весу колонны штанг корпус автосцепа необходимо зафиксировать в скважине. Поэтому для фиксации корпуса автосцепа необходимо предусмотреть дополнительное устройство. Кроме того, при прокручивании колонны штанг с устья (при демонтаже), особенно в скважинах большой глубины или имеющих большую кривизну ствола, создается эффект «торсиона» и может произойти ее обратная раскрутка, что представляет дополнительную опасность для технического персонала.
Полезная модель предусматривает усовершенствование автосцепа, выполняющего функции соединения и разъединения колонны штанг и плунжера насоса при одновременно раздельной эксплуатации двух разобщенных пластов двумя типами плунжерных насосов разного типоразмера, в направлении улучшения надежности конструкции и безопасности производства работ для технического персонала при монтаже и демонтаже, обеспечивает слив жидкости из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) при подъеме скважинного оборудования, а шариковый замок предотвращает самопроизвольный отворот штанг в процессе монтажа и работы глубинного насоса.
Технический результат в полезной модели достигается с помощью автосцепа для соединения колонны насосных штанг с плунжером глубинного насоса, состоящего из соединяемого с плунжером насоса затвора, снабженного цанговой втулкой, штоком с радиальной проточкой, обоймой с отверстиями и установленными в них стальными шариками, фиксирующими обойму со штоком от взаимного перемещения, с внешней стороны обоймы шарики удерживаются в отверстиях втулкой, подвижной в осевом направлении относительно обоймы, но при этом закрепленной от самопроизвольного перемещения фиксирующим штифтом, разрушающимся при создании на него определенной нагрузки, хвостовика, состоящего из пики с конусной частью, соединенной с колонной штанг переводником с установленным на нем центратором, специальной трубной муфты, ввернутой в насосно-компрессорные трубы над глубинным насосом, а также выполняющей роль сливного клапана в сборе с кольцевым затвором во внутренней полости, при этом проходной канал корпуса специальной трубной муфты выполнен со ступенчатым выступом.
Предлагаемая полезная модель поясняется фигурами, где
на фиг.1 - показан продольный разрез автосцепа в насосно-компрессорной трубе на уровне специальной трубной муфты;
на фиг.2 - изображен затвор автосцепа в сборе;
на фиг.3 - изображен хвостовик с переводником, центратором и пикой в сборе;
на фиг.4 - изображен разрез специальной трубной муфты с кольцевым затвором и фиксирующим штифтом в сборе.
Предлагаемый автосцеп для соединения колонны насосных штанг с плунжером глубинного насоса состоит из трех основных узлов: затвора (фиг.2), хвостовика (фиг.3) и специальной трубной муфты (фиг.4).
Затвор (фиг.2) содержит полый корпус 1 с расширенным участком, образующим камеру 3, для размещения в ней свободно плавающей цанговой втулки 2 с лепестками, утолщенными к концам, причем совокупная объемная конфигурация лепестков цанговой втулки 2 идентична объемной конфигурации входного участка 4 полости корпуса 1, в верхней части входного участка 4 выполнена воронкообразная фаска 5, нижняя часть корпуса 1 имеет внутреннюю резьбу 6 для соединения со штоком 7. Нижняя часть штока 7 снабжена радиальной проточкой 8, и помещена в обойму 9 с отверстиями 10 и установленными в них стальными шариками 11, фиксирующими обойму 9 со штоком 7 от взаимного перемещения, но с возможностью свободного вращения вокруг собственной оси. С внешней стороны обоймы 9 шарики 11 удерживаются втулкой 12, подвижной в осевом направлении относительно обоймы 9, но при этом закрепленной от самопроизвольного перемещения фиксирующим штифтом 13, разрушающимся при создании определенной вертикальной нагрузки на втулку 12. В собранном виде шток 7, шарики 11, обойма 9, втулка 12, фиксирующий штифт 13 составляют шариковый замок. Втулка 12 в верхней части имеет расширенную проточку 14 для перемещения в нее шариков 11 при производстве операции «расцепление». Обойма 9 соединяется с плунжером 31 (фиг.1) глубинного насоса (глубинный насос не показан) при помощи резьбы 15 (фиг.2), находящейся в ее нижней части; кроме того, на внешней образующей обоймы 9 имеется кольцевой выступ 16, для ограничения движения втулки 12 после разрушения фиксирующего штифта 13
Хвостовик (фиг.3) содержит переводник 20, снабженный центратором 21, пику 17 с конусной частью 18, расширяющейся от его основания к концу, при этом основание конуса 18 имеет небольшой выступ 19 для сцепления с цанговой втулкой 2 (фиг.2), другой конец пики 17 через переводник 20 соединен с колонной штанг (штанга не показана).
Специальная трубная муфта (фиг.4), содержит корпус 23 с внутренними резьбами 24, в соответствии с резьбами соединений применяемых насосно-компрессорных труб 22 (фиг.1), внутренний проходной канал корпуса 23 выполнен ступенчатым и образует выступ 25 (фиг.4), в проходном канале корпуса 23 имеются отверстия 26, перекрытые в рабочем состоянии кольцевым затвором 27. На внешней поверхности кольцевого затвора 27 имеются три кольцевые канавки, в двух установлены кольца уплотнительные 28, а средняя предназначена для фиксации кольцевого затвора 27 от самопроизвольного перемещения в корпусе 23 штифтом 29.
Автосцеп для соединения колонны насосных штанг с плунжером глубинного насоса работает следующим образом.
Для осуществления соединения колонны штанг с плунжером насоса производят сборку затвора (фиг.2). В камеру 3 расширенного участка корпуса 1 помещают свободно цанговую втулку 2, лепестками направленную в сторону воронкообразной фаски 5 в верхней части корпуса 1. Корпус 1 и шток 7 соединяют между собой с помощью резьбы в нижней части корпуса 1 и в верхней части штока 7. Установив по внешней образующей обоймы 9 втулку 12, до упора в кольцевой выступ 16, применив консистентную смазку, вставляют стальные шарики 11 во все отверстия 10 обоймы 9. Нижнюю часть штока 7 с радиальной проточкой 8 помещают во внутреннюю полость обоймы 9 с установленной втулкой 12 с шариками 11 до совмещения радиальной проточки 8 с отверстиями 10 в обойме 9. Сдвинув втулку 12, зафиксировав шток 7 от осевого смещения и совместив отверстия в обойме 9 и втулке 12, фиксируют обойму 9 и втулку 12 фиксирующим штифтом 13. Перед спуском в скважину глубинного плунжерного насоса, плунжер насоса 31 (фиг.1) соединяют с собранным затвором и закрывают отверстие корпуса 1 защитным чехлом (чехол не показан), а выше насоса на первой насосно-компрессорной трубе устанавливают специальную трубную муфту (фиг.4) в сборе с кольцевым затвором 27 и спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах 22 (фиг.1) на заданную глубину. Далее к переводнику 20 хвостовика (фиг.3) с прикрепленным к нему центратором 21 с одного конца присоединяют пику 17, а другой конец переводника 20 присоединяют к резьбовому концу колонны штанг (колонна штанг не показана). Колонну штанг с хвостовиком спускают пикой 17 вниз, по НКТ 22 (фиг.1) в скважину, до соединения с затвором, установленным ранее на плунжере глубинного насоса. Центральное положение пики 17 (фиг.1) в НКТ 22 придает установленный на переводнике 20 центратор 21, а на входном участке корпуса 1 затвора воронкообразная фаска 5 (фиг.2). После входа пики 17 во внутреннюю полость затвора, цанговая втулка 2 устанавливается и стопорится на основании конуса 18 пики 17. Защемление пики 17 хвостовика с цанговой втулкой 2 во входном участке 4 корпуса 1 затвора происходит при приложении первых же усилий, направленных на разъем деталей, их соединение тем надежнее, чем с большим усилием они были сопряжены.
Для разъединения автосцепа штанги вместе с плунжером 31 (фиг.1) глубинного насоса и автосцепом приподнимают до специальной трубной муфты (фиг.4), при этом втулка 12 (фиг.1), имеющая наружный диаметр в поперечном сечении больше внутреннего диаметра кольцевого затвора 27, увлекает его за собой вверх, при этом срезается штифт 29 и открывается отверстие 26 (фиг.4) в корпусе 23, соединяя внутреннюю полость НКТ 22 с наружной затрубной, для слива жидкости из внутренней полости НКТ 22. Далее продолжают подъем колонны штанг, при этом кольцевой затвор 27 упирается в выступ 25 во внутренней полости корпуса 23 специальной трубной муфты, и остается неподвижным за счет фиксации верхнего кольца уплотнительного 28 в кольцевой канавке 30, а в него в свою очередь упирается втулка 12 (фиг.1), ее фиксирующий штифт 13 разрушается и втулка 12 сползает вниз по телу обоймы 9 до кольцевого упора 16 (фиг.2), при этом шарики 11 перемещаются в расширенную проточку 14 в верхней половине втулки 12; при продолжении подъема колонны штанг высвобождается шток 7. В этот момент происходит разъединение колонны штанг от плунжера насоса 31 (фиг.1). Вместе со штангами поднимаются переводник 20 с пикой 17, цангой 2 и корпус 1 затвора со штоком 7. После подъема на устье скважины их отсоединяют от штанг. Вместе с НКТ поднимают насос с остальными деталями автосцепа. После того, как устройство поднято на поверхность, корпус 23, кольцевой затвор 27 отсоединяют от НКТ, а обойму 9 с шариками 11, оставшимися во внутренней полости втулки 12, отсоединяют от плунжера глубинного насоса, промывают и производят их разборку и дефектовку.
Технико-экономическое предложение заключается в следующем. Автосцеп для соединения колонны насосных штанг с плунжером глубинного насоса предлагаемой конструкции в сравнении с известными обладает повышенной надежностью, долговечностью и технологичностью в изготовлении. Шариковый замок предотвращает самопроизвольный отворот штанг в процессе монтажа, работы глубинного насоса и обрыв штанг в месте соединения с насосным оборудованием. В процессе демонтажа насосного оборудования происходит слив жидкости из колонны насосно-компрессорных труб при разъединении колонны штанг и плунжера насоса. Автосцеп предложенной конструкции может использоваться при одновременно раздельной эксплуатации двух разобщенных пластов двумя типами плунжерных насосов разного типоразмера, а также для работы насосов большего габарита с большим диаметром плунжера, чем внутренний диаметр спускаемых насосно-компрессорных труб.