Центратор для насосных штанг

 

Использование: в установках для добычи нефти глубинными штанговыми насосами. Сущность изобретения: центратор содержит сформированный на штанге корпус из полимерного материала цилиндрической формы с конусными концами и металлические ребра со скошенными концами. Ребра помещены внутри корпуса с выходом на его цилиндрическую и конусную поверхности и образуют с корпусом неразъемное соединение. Металлические ребра воспринимают высокие контактные давления при подъеме центратора на ступеньку стыка насосно-компрессорных труб, что предотвращает разрушение полимерного корпуса. 6 ил.

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано в нефтяной промышленности, более конкретно в установках для добычи нефти глубинными штанговыми насосами.

При работе указанных установок колонна насосных штанг совершает циклические возвратно-поступательные движения внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), сопровождающиеся износом труб и штанг. Наиболее интенсивен износ в искривленных интервалах ствола скважины. В этих интервалах колонна насосных штанг прилегает к внутренней поверхности НКТ муфтовыми соединениями, расположенными через интервалы соответствующие длине штанги. При этом усилие, прижимающее колонну штанг к НКТ, приходящееся на одну муфту, достигает сотен ньютон, что обусловливает высокое контактное давление на трущихся поверхностях и соответственно высокую скорость износа труб и штанговых муфт. Для снижения скорости износа НКТ, штанг и штанговых муфт предложено большое количество различных устройств, для наименования которых используются следующие термины: штанговые центраторы, протекторы, направляющие, стабилизаторы. Все конструкции в той или иной степени центрируют колонну штанг внутри НКТ и имеют протекторные функции (защищают от износа колонну штанг, снижают износ НКТ).

Известна конструкция центратора с прямыми каналами для пропуска жидкости, состоящего из двух половин, удерживаемого на штанге силой трения, приведена в патенте [1] Наиболее близким к заявляемому техническому решению является центратор, который имеет спиральные каналы для пропуска жидкости, составляется из двух половин или отливается на штанге. Каналы снабжены острыми гранями для удаления парафина со стенок НКТ, а шаг спирали каналов выбран таким образом, чтобы сгребающему воздействию подвергалась вся внутренняя поверхность труб.

Основной недостаток рассмотренных конструкций центраторов из полимерных материалов низкая износостойкость на участках стыка НКТ. Причина существенного влияния стыка труб на износ полимерного материала заключается в наличии ступенек на стыках труб, что в свою очередь является следствием разностенности (разной толщины стенки в различных точках сечения) весьма распространенного дефекта НКТ. На гладком участке трубы усилие, прижимающее центратор к трубе, распределено приблизительно равномерно по поверхности контакта, а площадь контакта сравнительно велика. В момент наезда центратора на ступеньку стыка труб данное усилие переносится на небольшой участок центратора, соприкасающийся с углом ступени. Контактное давление в этом месте нередко превышает допустимое для полимерного материала, что ведет к его постепенному разрушению. Куски полимера, попадая в клапанный блок насоса, нарушают работу насоса, что делает необходимым внеплановый ремонт скважины.

Цель изобретения конструкция, исключающая разрушение полимерного корпуса центратора на стыках НКТ.

Эта цель достигается путем размещения внутри корпуса неразъемно связанных с полимерным материалом металлических ребер, выходящих на цилиндрическую и конические поверхности корпуса. Металлические ребра воспринимают высокие контактные давления на стыках труб, защищая полимерный материал корпуса от разрушения.

На фиг. 1 представлен центратор с гладкой цилиндрической поверхностью, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 центратор с прямыми каналами для пропуска жидкости; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 центратор со спиральными каналами для пропуска жидкости; на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 5.

На фиг. 1 и 2 изображен один из вариантов центратор с наружным диаметром, близким к диаметру штанговой муфты. Пропуск жидкости обеспечивается зазором между гладкой цилиндрической поверхностью центратора и внутренним каналом НКТ.

Центратор формируется на штанге любым известным способом, например литьем смеси компонентов в форму, установленную на штанге, с последующей полимеризацией данной смеси.

Металлические ребра 2 заранее помещают в форму. После полимеризации ребра 2 образуют неразъемное соединение с полимерным корпусом 3. Ребра 2 выходят на цилиндрическую поверхность 4 полимерного корпуса, но не выступают над ним. Концы ребер скошены и могут выступать над конусной поверхностью, как изображено на фиг. 1. Ребра могут иметь технологические отверстия 6 для лучшего сцепления с полимером. Вместо отверстий ребра могут быть снабжены пазами, выступами, насечкой и т.п.

На фиг. 3 и 4 изображен другой вариант центратор, сформированный на штанге 1 с ребрами 2 внутри полимерного корпуса 3, с диаметром, близким к внутреннему диаметру НКТ, и прямыми каналами на цилиндрической поверхности 4 для пропуска скважинной жидкости. Как и в предыдущем варианте металлические ребра 2 выходят на наружную цилиндрическую поверхность 4 и конусную поверхность 5 корпуса центратора, выступая над конусной поверхностью. Ребра 2 снабжены технологическими отверстия 6, имеющими ту же функцию, что и в предыдущем случае. Центраторы данного типа целесообразно использовать в нижней части штанговой колонны для ограничения ее продольного изгиба от сжатия при ходе плунжера насос вниз.

На фиг. 5 и 6 приведен еще один вариант предлагаемой конструкции центратор с диаметром, близким к внутреннему диаметру НКТ, и спиральными каналами 7 для пропуска жидкости. Металлические ребра 2, снабженные технологическими отверстиями 6, как и в предыдущих случаях выходят на цилиндрическую 4 и конусную 5 поверхности полимерного корпуса 3, но не выступают за конусную поверхность. Ребра 2 могут дополнительно выполнять функции парафинового скребка.

Центратор работает следующим образом. При прохождении центратором ступеньки на стыке труб высокое контактное давление в момент подъема на ступеньку воспринимается металлическими ребрами. При этом исключаются высокие контактные давления на поверхности полимерного материала, что предохраняет центратор от разрушения.

При движении по гладкому участку трубы усилие прижатия в период приработки центратора также воспринимается главным образом металлическими ребрами. Однако по мере изнашивания торцов ребер, выходящих на цилиндрическую поверхность корпуса, усилие прижатия будет все более перераспределяться с ребер на прилегающие участки корпуса. В результате устанавливается равновесие, определяемое скоростями износа металла ребер и полимерного материала корпуса.

Для полимеров с высокой износостойкостью, сравнимой с износостойкостью металла, например полиуретанов, контактные давления на торце ребра и прилегающей поверхности полимерного корпуса будут близки по величине.

Поверхность НКТ, которая на протяжении каждого циклического движения штанговой колонны контактирует с поверхностью торца ребра, многократно (в 12-35 раз) превосходит последнюю поверхность, износ НКТ в период приработки ребер будет более чем на порядок меньше износа ребер. Износостойкость металла ребер не должна превосходить износостойкость металла НКТ, а ресурс самих ребер, определяемый взаимодействием со стыком труб, может быть увеличен за счет удлинения ребер, т.е. увеличения выступающих над конусными поверхностями корпуса участков ребер.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить низкое контактное давление на поверхностях трения и соответственно малый износ НКТ, исключая разрушение полимерного материала корпуса центратора на стыках труб.

Формула изобретения

Центратор для насосных штанг, включающий сформированный на штанге корпус с конусными поверхностями на торцах, выполненный из полимерного материала, отличающийся тем, что он снабжен металлическими ребрами со скошенными концами, расположенными внутри корпуса с выходом на его боковую и конусные поверхности, причем металлические ребра неразъемно связаны с корпусом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6