Якорь для насосно-компрессорных труб

Изобретение относится к устройствам для фиксирования колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в обсадной колонне и устранения волнообразного изгиба колонны НКТ при добыче пластового флюида скважинными штанговыми насосными установками. Якорь состоит из корпуса, конуса, плашек, установленных на конус с помощью ласточкиного хвоста, кожуха, срезных штифтов. На конусе вдоль ласточкиного хвоста выполнены канавки, в которых размещены подвижно ролики, установленные в обойму, причем плашки своим основанием опираются на ролики. Конус зафиксирован от перемещения относительно корпуса с помощью цанги или пружинного разрезного кольца. Цанга или пружинное разрезное кольцо своим нижним торцом упирается в кольцо, установленное на буртике нижнего корпуса, а своим коническим выступом - в упорное кольцо, установленное на внутреннем буртике конуса. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении надежности работы якоря для НКТ при добыче пластового флюида скважинными штанговыми насосными установками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для фиксирования колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в обсадной колонне и устранения волнообразного изгиба колонны НКТ при добыче пластового флюида скважинными штанговыми насосными установками.

В процессе работы штанговой насосной установки циклический характер прикладываемых к глубинно-насосному оборудованию нагрузок приводит к потере устойчивости низа колонны НКТ и их скручиванию по спирали. Это явление кроме интенсивного износа труб и штанг приводит к усилению износа плунжерной пары насоса из-за несоосного нагружения плунжера вследствие изгиба труб над плунжером. Изгиб труб в виде спирали, намотанной на растянутую колонну штанг, вызывает дополнительное трение, приводит к преждевременному износу труб и штанг, а также увеличивает максимальную нагрузку в точке подвеса штанг и требует дополнительных затрат энергии на привод.

Явления продольного изгиба колонн оказывают существенное отрицательное влияние на технико-экономические показатели насосной эксплуатации скважин. Наиболее часто в промысловой практике распространены следующие негативные последствия продольного изгиба: увеличение сил трения между колонной штанг и труб НКТ на участке спирального изгиба над насосом и вызванный этим дополнительный износ, потери хода, потери мощности - снижение механического коэффициента полезного действия в насосной установке, а также увеличение обрывов штанговой колонны в ее нижней части; несоосное приложение нагрузки от колонны штанг к клетке плунжера в насосах, не имеющих центрирующего элемента в верхней части цилиндра, в результате чего происходят сложные отказы насоса с разрушением клетки плунжера; увеличение сил трения в паре плунжер-цилиндр, а следовательно, неравномерный ускоренный износ плунжеров; увеличение утечек через резьбовые соединения НКТ.

Известен механический якорь типа «ВА» для крепления низа НКТ компании «Weatherford» (каталог Weatherford, 2005 год, стр. 72).

Известен скважинный трубодержатель для насосно-компрессорных труб, выбранный в качестве аналога, содержащий связанное с НКТ посредством муфты основание, с наружной стороны которого размещены с возможностью осевого перемещения верхняя и нижняя головки с коническими рабочими поверхностями, между которыми размещены с возможностью радиального перемещения плашки с нарезной поверхностью. Трубодержатель снабжен корпусом с установленными на нем пластинчатыми пружинами, основание и верхняя головка связаны посредством трапецеидальной резьбы, плашки выполнены в форме пластин с конусными поверхностями, ответными головками, размещены в пазах, выполненных в корпусе, и опираются на конические поверхности верхней и нижней головок. Снизу на основание навернут патрубок с пазом и выступом, на который упираются срезные штифты, размещенные на фиксирующем кольце (патент РФ №2239045, МПК Е21В 23/00, опубл. 27.10.2004 г.).

Недостатком известных устройств является то, что их установка в рабочее положение и приведение в транспортное положение осуществляется вращением НКТ. Данный принцип установки и снятия затруднен, а иногда и неосуществим в горизонтальных и глубоких скважинах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является гидравлический якорь типа «МН» компании «Weatherford» (каталог Weatherford, 2005 год, стр. 74), предназначенный для удержания НКТ в разгруженном или нагруженном состоянии.

Недостатком известного якоря является то, что при его посадке подачей давлением в НКТ требуется установка дополнительного вспомогательного оборудования в виде временно устанавливаемой ниже якоря пробки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является существенное упрощение конструкции и повышение надежности работы якоря для НКТ при добыче пластового флюида скважинными штанговыми насосными установками.

Указанный технический результат достигается тем, что:

- на конусе имеется паз в виде ласточкина хвоста, вдоль которого выполнены канавки, в канавках размещены подвижно ролики, установленные в обойму, причем плашки своим основанием опираются на ролики;

- конус зафиксирован от перемещения относительно корпуса с помощью цанги, имеющей на внешней поверхности конический выступ, причем цанга своим нижним торцом упирается в кольцо, установленное на буртике нижнего корпуса, а своим коническим выступом - в упорное кольцо, установленное на внутреннем буртике конуса;

- конус зафиксирован от перемещения относительно корпуса с помощью пружинного разрезного кольца, имеющего на внешней поверхности конический выступ, причем пружинное разрезное кольцо своим нижним торцом упирается в кольцо, установленное на буртике нижнего корпуса, а своим коническим выступом - в упорное кольцо, установленное на внутреннем буртике конуса.

Выполнение на конусе вдоль ласточкина хвоста канавок и размещение в них подвижно роликов, установленных в обойму, позволяет конусу свободно перемещаться вниз при разъякоривании за счет снижения сил трения между конусом и плашками, что обеспечивает надежное освобождение плашек и перевод якоря в транспортное положение.

Использование в конструкции якоря упорного кольца и цанги или пружинного разрезного кольца обеспечивает возврат плашек в транспортное положение как в вертикальных, так и в горизонтальных и глубоких скважинах, так как разъякоривание осуществляется только за счет натяжения колонны НКТ с заданным усилием.

Эти решения существенно упрощают конструкцию якоря для НКТ, позволяют осуществить надежное освобождение плашек и перевод якоря в транспортное положение как в вертикальных, так и в горизонтальных и глубоких скважинах.

Схема якоря приведена на фигуре.

Якорь (фиг.) состоит из соединенных между собой верхнего 1 и нижнего 2 корпусов. В верхнем корпусе 1 выполнены отверстия под срезные штифты 3. Ниже срезных штифтов 3 на верхнем корпусе 1 имеется ступенчатый выступ 4, снабженный уплотнительным кольцом 5. Ниже выступа 4 в корпусе 1 выполнены сквозные отверстия 6. К верхнему корпусу 1 при помощи гайки 7 прикреплен кожух 8. Гайка 7 и кожух 8 образуют одно целое, что препятствует снятию деталей 7 и 8 с корпуса 1 при растягивании устройства. Нижняя часть гайки 7 упирается в стопорное кольцо 9, установленное на срезные штифты 3. Во внутренней части кожуха 8 имеется ступенчатый выступ 10, снабженный уплотнительным кольцом 11. В нижней части кожуха 8 выполнены Т-образные пазы под плашки 12. На нижний корпус 2 надет конус 13. На конусе 13 имеется паз в виде ласточкина хвоста 14, вдоль которого выполнены канавки 15, в канавках 15 размещены подвижно ролики 16, установленные в обойму 17, причем плашки 12 своим основанием опираются на ролики 16. Конус 13 зафиксирован от перемещения относительно корпуса 2 с помощью цанги или пружинного разрезного кольца 18. На внешней поверхности цанги или пружинного разрезного кольца 18 выполнен конический выступ 19. На буртике 20 нижнего корпуса 2 для предотвращения возникновения на поверхности буртика 20 задиров установлено кольцо 21. Цанга или пружинное разрезное кольцо 18 упирается своим нижним торцом в кольцо 21, а своим коническим выступом 19 - в упорное кольцо 22, установленное на внутреннем буртике 23 конуса 13. На конус 13 снизу навернута накидная гайка 24.

Предлагаемый якорь (фиг.) работает следующим образом.

Якорь монтируют на колонне НКТ выше или ниже штангового глубинного насоса (ШГН) в зависимости от выбранного насоса. Спускают якорь в составе компоновки на проектную глубину. Создают избыточное давление за счет закачки жидкости в колонну НКТ с устья скважины. Жидкость, попадая в отверстия 6, перемещает гайку 7, кожух 8 и плашки 12 вниз, в сторону конуса 13. При этом штифты 3 срезаются, плашки 12 раздвигаются до стенок эксплуатационной колонны. Происходит заякоривание путем заклинивания плашек 12 между конусом 13 и эксплуатационной колонной (на фиг. не показана). После чего прекращают подачу жидкости в колонну НКТ.

Перевод якоря в транспортное положение производят натяжением колонны НКТ с заданным усилием, при котором буртик 20 нижнего корпуса 2 через кольцо 21 давит на торец цанги или пружинного разрезного кольца 18. Цанга или пружинное разрезное кольцо 18 упирается коническим выступом 19 в упорное кольцо 22 и начинает сжиматься до диаметра, позволяющего пройти дальше упорного кольца 22. При этом конус 13, упорное кольцо 22 и накидная гайка 24 свободно перемещаются в сторону нижней части корпуса 2, освобождая плашки 12 из зацепления с колонной. Якорь переводится в транспортное положение. Осуществляют подъем устройства в составе компоновки на поверхность.

Применение заявляемого изобретения обеспечивает надежную установку и гарантированный перевод якоря в транспортное положение как в вертикальных, так и в горизонтальных и глубоких скважинах, существенно упрощает конструкцию и наладку, предотвращает потерю устойчивости низа колонны НКТ, скручивание колонны НКТ по спирали, исключает преждевременный износ труб и штанг на участке спирального изгиба, а также износ насосного оборудования.

1. Якорь для насосно-компрессорных труб, включающий корпус, конус, плашки, кожух, срезные штифты, отличающийся тем, что на конусе имеется паз в виде ласточкина хвоста, вдоль которого выполнены канавки, в канавках размещены подвижно ролики, установленные в обойму, причем плашки своим основанием опираются на ролики.

2. Якорь по п. 1, отличающийся тем, что конус зафиксирован от перемещения относительно корпуса с помощью цанги, имеющей на внешней поверхности конический выступ, причем цанга своим нижним торцом упирается в кольцо, установленное на буртике нижнего корпуса, а своим коническим выступом - в упорное кольцо, установленное на внутреннем буртике конуса.

3. Якорь по п. 1, отличающийся тем, что конус зафиксирован от перемещения относительно корпуса с помощью пружинного разрезного кольца, имеющего на внешней поверхности конический выступ, причем пружинное разрезное кольцо своим нижним торцом упирается в кольцо, установленное на буртике нижнего корпуса, а своим коническим выступом - в упорное кольцо, установленное на внутреннем буртике конуса.