Скважинная компоновка трубной колонны

Изобретение относится к области добычи нефти, в том числе винтовыми насосными установками с поверхностным приводом, а именно к скважинным устройствам, предназначенным для предотвращения отворота колонны подъемных насосно-компрессорных труб и статора насоса. Скважинная компоновка винтовой насосной установки состоит из корпуса винтового насоса, гидравлического якоря, включающего корпус, плашки. Компоновка дополнительно содержит механический якорь, включающий корпус и выдвижные плашки. В корпусе гидравлического якоря размещен дифференциальный поршень, установленный с возможностью взаимодействия с выдвижными плашками, размещенными в наклонных пазах корпуса гидравлического якоря, выполненных в форме “ласточкиного” хвоста. Корпус гидравлического якоря жестко связан с корпусом винтового насоса, к нижней части которого прикреплен механический якорь посредством жестко установленного переводника с упором. В корпусе механического якоря, выполненном с двумя пазами, расположен поворотный вал, на котором размещены в два яруса эксцентрики, кулачки которых установлены с возможностью взаимодействия с двумя выдвижными плашками, размещенными в двух пазах корпуса механического якоря. Механический якорь выполнен с неподвижной плашкой, жестко связанной с его корпусом. Повышается надежность закрепления подъемной колонны винтовой насосной установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области добычи нефти, в том числе винтовыми насосными установками с поверхностным приводом, а именно к скважинным устройствам, предназначенным для предотвращения отворота колонны подъемных насосно-компрессорных труб и статора насоса.

Известно устройство для фиксации колонны насосно-компрессных труб относительно обсадной колонны, применяемое при пакеровке (аналог - гидравлический якорь), включающие корпус, в окна которого помещены плашки, закрепленные на корпусе при помощи винтов [1].

К недостатку устройства относится невозможность создания проходного канала для спуска винта в статор. При обеспечении канала нужного размера стенки корпуса становятся недостаточными для размещения плашек.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является установка скважинного одновинтового насоса, снабженная пакером, препятствующим провороту статора винтового насоса и разделяющим обсадную колонну от забоя (прототип-пакерующее устройство) [2].

К недостаткам данной конструкции следует отнести быстрое изнашивание и выход из строя резиновых элементов пакера под действием крутильных колебаний и вибрации, ввиду чего данная установка практически неработоспособна.

Цель изобретения - повышение надежности закрепления подъемной колонны винтовой насосной установки путем одновременного, синхронного гашения реактивного момента и автоколебаний, обусловленных работой винтового насоса, в результате чего предотвращаются крутильные колебания, что предотвращает, в конечном счете, отворот колонны.

Цель достигается тем, что в состав скважинной компоновки винтового насоса включены два якоря: механического и гидравлического принципов действия. Гидравлический якорь установлен выше статора винтового насоса и представляет собой корпус, в котором размещен дифференциальный поршень, взаимодействующий с выдвижными плашками, размещенными в наклонных пазах корпуса, выполненных в форме "ласточкиного" хвоста, причем корпус гидравлического якоря жестко связан с корпусом винтового насоса, к нижней части которого жестко прикреплен механический якорь. В корпусе механического якоря, выполненном с двумя пазами, расположен поворотный вал, который снабжен четырьмя эксцентриками, взаимодействующими с двумя выдвижными плашками, размещенными в двух пазах корпуса, а неподвижная плашка жестко связана с корпусом якоря.

На фиг.1 представлен общий вид скважинной компоновки винтового насоса, на фиг.2 дан поперечный разрез А-А гидравлического якоря в вдвинутом положении, на фиг.3 дан поперечный разрез Б-Б механического якоря в выдвинутом положении.

Скважинная компоновка винтовой насосной установки располагается между колонной насосно-компрессорных труб и хвостовиком, в следующем порядке (при взгляде с устья на забой): якорь гидравлический, винтовой насос с переводником с упором, якорь механический.

К верхней части статора винтового насоса прикреплен корпус 1 якоря гидравлического принципа действия. Внутри корпуса 1 гидравлического якоря с тремя прорезями в средней части, в котором выполнены пазы в виде ласточкиного" хвоста, расположен дифференциальный поршень 2. Дифференциальный поршень 2 связан с толкателем, представляющим кольцо 3, взаимодействующим с упором на дифференциальном поршне 2. Плашки 4 закреплены в кольце 3 при помощи винтов 5 и выдвигаются из пазов до соприкосновения со стенками обсадной колонны. Корпус 1 якоря связывает гидравлический якорь со статором винтового насоса 6.

К нижней части статора 6 винтового насоса жестко прикреплен переводник с упором 7, ограничивающий возможное осевое перемещение ротора. К переводнику с упором 7 присоединяется поворотный вал 8 якоря механического принципа действия. Якорь механический состоит из корпуса 9, внутри которого расположен поворотный вал 8, на котором размещены в два яруса эксцентрики 10 и 11. Кулачки эксцентриков 10 и 11 расположены под расчетным углом друг к другу, и каждый ряд эксцентриков взаимодействует с соответствующей выдвижной плашкой 12, размещенной в окнах корпуса и выдвигаемой до соприкосновения со стенками обсадной колонны. Выдвижные плашки 12 предварительно выдвинуты пружинным кольцом 13, удерживаемым от смещения винтом 14. Для придания устойчивости при срабатывании якоря к лыске на корпусе жестко прикреплена неподвижная плашка 15. Снизу привернута крышка 16, с помощью которой и втулок 17 регулируется положение эксцентриков относительно плашек 12.

Скважинная компоновка винтового насоса работает следующим образом.

После запуска в работу винтовой насосной установки с поверхностным приводом возникает реактивный крутящий момент, обусловленный вращением ротора винтового насоса относительно резиновой обоймы статора 6. Для восприятия реактивного момента статора применяется механический якорь. Он связан со статором винтового насоса 6. Поворотный вал 8 механического якоря начинает поворачиваться вокруг своей оси, перемещая кулачками эксцентриков 10 и 11 выдвижные плашки 12. Выдвижные плашки 12 предварительно выдвинуты пружинным кольцом 13 и соприкасаются со стенками обсадной колонны. При повороте поворотного вала 8 с большей силой прижатие выдвижных плашек 12 значительно возрастает и совместно с жестко прикрепленной к корпусу 9 неподвижной плашкой 15, взаимодействуя насечками, выполненными на поверхности плашек 12 и 15, происходит заякоренивание со стенками обсадной колонны. Механический якорь с помощью плашек полностью воспринимает на себя реактивный крутящий момент и предотвращает трубную колонну и статор насоса от отворота.

В процессе работы винтовой насосной установки возникают релаксационные крутильные автоколебания, приводящие к раскреплению подъемной трубной колонны. Для гашения крутильных автоколебаний в конструкцию скважинной компоновки включен якорь гидравлического принципа действия. При работе винтового насоса жидкость заполняет трубную колонну, и под действием перепада давления в работу вступает гидравлический якорь. В результате поршень 2, перемещаясь, толкает кольцо 3 с помощью упора, а кольцо 3, в свою очередь, выдвигает плашки 4, которые связаны с кольцом 3 при помощи винтов 5, с возможностью радиального перемещения, выдвигая плашки 4 из пазов до соприкосновения со стенками обсадной колонны. В итоге гидравлический якорь гасит автоколебания и предотвращает скважинную компоновку от осевого смещения и автоколебаний.

При проведении текущего и капитального ремонтов освобождение трубной колонны производится автоматически, так как при отсутствии перепада давления и реактивного момента соответственно освобождаются гидравлический и механический якоря. При подъеме колонны труб под действием осевого усилия плашки 4 и выдвижные плашки 12 утапливаются в пазы соответственно корпуса 1 гидравлического якоря и корпуса 9 механического якоря. В результате повышается надежность при эксплуатации скважин винтовой насосной установкой.

Литература

1. Нефтепромысловое оборудование: Справочник/Под ред. Е.И.Бухаленко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 559 с.: ил. - стр.319, рис.8.6.

2. Патент SU 1362164 A1.

1. Скважинная компоновка винтовой насосной установки, состоящая из корпуса винтового насоса, гидравлического якоря, включающего корпус, плашки, отличающаяся тем, что компоновка дополнительно содержит механический якорь, включающий корпус и выдвижные плашки, при этом в корпусе гидравлического якоря размещен дифференциальный поршень, установленный с возможностью взаимодействия с выдвижными плашками, размещенными в наклонных пазах корпуса гидравлического якоря, выполненных в форме “ласточкиного” хвоста, причем корпус гидравлического якоря жестко связан с корпусом винтового насоса, к нижней части которого прикреплен механический якорь посредством жестко установленного переводника с упором.

2. Скважинная компоновка по п.1, отличающаяся тем, что в корпусе механического якоря, выполненном с двумя пазами, расположен поворотный вал, на котором размещены в два яруса эксцентрики, кулачки которых установлены с возможностью взаимодействия с двумя выдвижными плашками, размещенными в двух пазах корпуса механического якоря, а механический якорь выполнен с неподвижной плашкой, жестко связанной с его корпусом.