устройство крепления подвесного оборудования к погружной насосной установке или колонне насосно-компрессорных труб

Формула изобретения

1. Устройство крепления подвесного оборудования к погружной насосной установке или колонне насосно-компрессорных труб, содержащее резьбовой патрубок, крепящийся к нижней части погружной насосной установки или колонны насосно-компрессорных труб, отличающееся тем, что в него дополнительно введены верхний наконечник, цилиндрическая пружина, втулка и нижний наконечник с резьбовым концом, причем верхний конец цилиндрической пружины навит на нижний конец резьбового патрубка и снаружи охвачен верхним наконечником, а нижний конец цилиндрической пружины навит на втулку и снаружи охвачен нижним наконечником, а подвесное оборудование крепится к резьбовому концу нижнего наконечника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что щелевые пространства между резьбовым патрубком, цилиндрической пружиной и верхним наконечником, а также между втулкой, цилиндрической пружиной и нижним наконечником заполнены припоем или полимерным клеем.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, оно дополнительно содержит гофрированную обечайку, профиль гофра которой повторяет профиль наружной поверхности цилиндрической пружины, а концы гофрированной обечайки герметично закреплены на поверхностях верхнего и нижнего наконечников так, чтобы обеспечивалась герметичность внутренней полости устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти и газа, в частности к устройствам крепления дополнительного подвесного оборудования, например, фильтров, скважинных дозаторов, песочных якорей, хвостовиков и т.п. к погружным насосным установкам или к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).

Известны устройства крепления по патентам №2135743 [1] и №2143545 [2]. Согласно описанию патентов, подвесное оборудование, в данном случае контейнер, жестко крепится к башмаку фонтанных труб с помощью резьбового патрубка.

Недостатком известных устройств крепления является то, что в скважинах, имеющих кривизну, возникают значительные изгибающие усилия на НКТ и конструкцию погружного оборудования при спускоподъемных операциях. Это может привести к деформации спускаемого оборудования. Работа, например, установки электрического центробежного насоса (УЭЦН) с изогнутым валом вызывает вибрации и раскрытие сочленений, потерю герметичности, снижает надежность и срок службы установки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство по патенту №2170322 [3], пригодное и для крепления подвесного оборудования к погружной насосной установке. Согласно патенту, устройство подвески содержит верхний полый корпус с зубьями, нижний полый корпус, муфту со сферическим фланцем и зубьями, а также резьбовой патрубок. Нижний полый корпус, муфта и резьбовой патрубок имеют сферические сопрягаемые поверхности и уплотнения.

Недостатком устройства является то, что оно обеспечивает только угловое отклонение оси подвесного оборудования в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через ось погружной насосной установки. При габаритном диаметре подвесного оборудования, превышающем габаритный диаметр погружной насосной установки, с учетом кривизны обсадной колонны скважины и упругости колонны НКТ и УЭЦН, на конструкции подвесного оборудования могут возникнуть дополнительные изгибающие усилия, затрудняющие спусковые операции и повреждающие указанную конструкцию, см. фиг.1. На фиг.1 представлена схема нагружения конструкции погружной насосной установки (или НКТ) и подвесного оборудования, когда его подвеска осуществляется с помощью устройства-прототипа. На фиг. 1:

D_уэцн - наружный диаметр погружной насосной установки;

D_{подвесн} - наружный диаметр подвесного оборудования;

Р - силы, воздействующие на конструкцию погружной насосной установки и подвесного оборудования при изгибе в криволинейном участке скважины;

P_упруг - сила упругости, возникающая на нижнем конце насосной установки при изгибе;

Р_изгиб - сила, воздействующая на верхний конец подвесного оборудования за счет воздействия Р_упруг и разности диаметров D_уэцн и D_{подвесн};

М_кр - крутящий момент.

Как следует из фиг.1, за счет сил упругости при изгибе насосной установки в ее нижнем конце возникает усилие Р_упруг. Это прижимает верхний конец подвесного оборудования к стенке обсадной колонны скважины. В результате, как реакция опоры, на данном конце конструкции подвесного оборудования возникает сила Р_изгиб. Эта пара сил создает крутящий момент М_кр, который прижимает нижнюю часть корпуса подвесного оборудования к противоположной стенке обсадной колонны скважины. Это обуславливает возникновение изгибающих усилий на конструкцию погружной насосной установки и подвесного оборудования, что снижает их надежность и срок службы.

Кроме того, это заставляет уменьшать диаметр подвесного оборудования до величины меньшей, чем диаметр погружной насосной установки, или завышать толщину несущих стенок, например, подвесного контейнера, что снижает его полезный объем и неоправданно увеличивает весовую нагрузку на УЭЦН.

Другим недостатком указанного устройства является сложность его изготовления, обусловленная требованиями точности выполнения сопрягающихся сферических поверхностей. Указанное устройство предназначено, в частности, для подвески УЭЦН, обладающей значительным весом, что соответственно требует повышенной прочности и металлоемкости конструкции устройства.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключается в повышении надежности и срока службы погружной насосной установки и подвесного оборудования, а также в упрощении конструкции устройства подвески. При этом принято во внимание то, что подвесное оборудование, крепящееся к погружной насосной установке, как правило значительно легче, чем УЭЦН, и конструкция устройства крепления не испытывает больших весовых нагрузок.

Поставленная задача решается тем, что в устройство крепления подвесного оборудования к погружной насосной установке или колонне НКТ, содержащее резьбовой патрубок, крепящийся к нижней части погружной насосной установки или колонны НКТ, дополнительно введены верхний наконечник, цилиндрическая пружина, втулка и нижний наконечник с резьбовым концом, причем верхний конец цилиндрической пружины навит на нижний конец резьбового патрубка и снаружи охвачен верхним наконечником, а нижний конец цилиндрической пружины навит на втулку и снаружи охвачен нижним наконечником, а подвесное оборудование крепится к резьбовому концу нижнего наконечника.

Щелевые пространства между резьбовым патрубком, цилиндрической пружиной и верхним наконечником, а также между втулкой, цилиндрической пружиной и нижним наконечником заполнены припоем или полимерным клеем.

Устройство дополнительно содержит гофрированную обечайку, профиль гофра которой повторяет профиль наружной поверхности цилиндрической пружины, а концы гофрированной обечайки герметично закреплены на поверхностях верхнего и нижнего наконечников так, чтобы обеспечивалась герметичность внутренней полости устройства.

В заявляемом устройстве используется свойство цилиндрической пружины к упругому смещению ее витков под воздействием боковых нагрузок. Указанное смещение осуществляется в плоскости, перпендикулярной к оси пружины. Указанное свойство используется, например, в датчике удара, состоящего из груза, скрепленного с цилиндрической пружиной, другой конец которой закреплен на основании, Андрианов В.И. и др. Автомобильные сигнализации. Справочное пособие. СПб., Изд-во “Полигон”, 2000 г., с. 246-247 [4]. По результатам патентного поиска, в области устройств крепления подвесного оборудования, погружаемого в скважины, это свойство цилиндрической пружины не использовалось. Следовательно, заявляемое устройство обладает признаками новизны и изобретательского уровня.

Предлагаемое устройство освобождает конструкцию погружной насосной установки и подвесного оборудования от изгибающих усилий при спуске в скважину, имеющую кривизну ствола. Благодаря введению в устройство гибкого элемента - цилиндрической пружины, ось погружного оборудования может не только отклоняться под углом от оси насосной установки, но также верхний конец подвесного оборудования, например, фильтра, может смещаться в плоскости нормальной к указанной оси, см. фиг.2. На фиг.2 представлена схема нагружения конструкции насосной установки и подвесного оборудования, когда его подвеска осуществляется с помощью заявляемого устройства. Как следует из фиг.2, благодаря смещению верхней части подвесного оборудования вправо по чертежу, упругое усилие от изгиба погружной насосной установки воспринимается стенкой обсадной колонны (показана реакция Р опоры на левый нижний угол погружной насосной установки) и не передается на конструкцию подвесного оборудования. При этом исчезает пара сил, вызывающих крутящий момент, воздействующий на конструкцию, что облегчает условия работы и, следовательно, повышает надежность и увеличивает срок службы погружной насосной установки и подвесного оборудования. Устройство крепления подвесного оборудования и его изготовление упрощаются. Дополнительно это позволяет выполнять подвесное оборудование большего диаметра и облегчить его конструкцию. Это снижает весовую нагрузку на насосную установку, увеличивает полезный объем подвесного оборудования и позволяет выполнить его конструкцию более простой в изготовлении, а также менее прочной, т.е. снизить металлоемкость.

Конструкция заявляемого устройства представлена на фиг.3. На фиг.3:

1 - резьбовой патрубок;

2 - верхний наконечник;

3 - цилиндрическая пружина;

4 - втулка;

5 - нижний наконечник с резьбовым концом;

6 - гофрированная обечайка;

7 - погружная насосная установка или НКТ;

8 - подвесное оборудование.

Верхний конец цилиндрической пружины 3 навит на соответствующий нижний конец резьбового патрубка 1, а снаружи охвачен верхним наконечником 2. Нижний конец цилиндрической пружины 3 навит на втулку 4, а снаружи охвачен нижним наконечником 5 с резьбовым концом. Щелевые пространства между резьбовым патрубком 1, цилиндрической пружиной 3 и верхним наконечником 2, а также между втулкой 4, нижним наконечником 5 и цилиндрической пружиной 3 заполнены, например, припоем или полимерным клеем (не показан). Резьбовой патрубок 1 и нижний наконечник 5 крепятся соответственно к погружной насосной установке 7 и подвесному оборудованию 8.

Цилиндрических пружин 5 может быть две или более, причем они вставляются друг в друга соосно таким образом, чтобы витки разных пружин чередовались.

Для эксплуатации подвесного оборудования, например, песочного якоря, путем подвески его к штанговой насосной установке (ШГН) или колонне НКТ, наружные поверхности верхнего наконечника 2, цилиндрической пружины 3 и нижнего наконечника 5 могут быть охвачены гофрированной обечайкой 6. Профиль гофра обечайки 6 повторяет профиль наружной поверхности цилиндрической пружины 3. Гофрированная обечайка 6 выполнена гибкой в направлении, перпендикулярном оси, например, металлической, резиновой или полимерной. Концы гофрированной обечайки герметично закреплены на наружных поверхностях верхнего и нижнего наконечников 2 и 5, так чтобы обеспечить герметичность полости гибкого звена. Этим обеспечивается возможность подачи жидкости из полости подвесного оборудования в полость ШГН через герметизированную полость заявляемого устройства. При работе с насосом, имеющим боковой вход для перекачиваемой жидкости, например, УЭЦН, гофрированная обечайка 6 может отсутствовать.

Устройство работает следующим образом. Верхняя часть резьбового патрубка 1 крепится к нижнему концу УЭЦН, например, к резьбовому отверстию компенсатора, а к резьбовому концу нижнего наконечника 5 крепят подвесное оборудование. Затем собранные погружное оборудование, заявляемое устройство и насос на колонне НКТ опускают в скважину на расчетную глубину. При прохождении искривленного участка скважины благодаря гибкости пружины 3 ось погружного оборудования отклоняется на угол, задаваемый кривизной скважины. Кроме этого, верхний конец подвесного оборудования смещается в плоскости, перпендикулярной оси насоса, на величину разности их габаритных диаметров. Этим устраняются изгибающие усилия, воздействующие на подвесное оборудование и погружную насосную установку.

В результате этого повышаются надежность и срок службы погружной насосной установки и подвесного оборудования. Упрощается конструкция и изготовление устройства крепления. В свою очередь, это позволяет выполнять конструкцию подвесного оборудования менее прочной, а следовательно, более легкой без ущерба для ее надежности. Это позволяет снизить металлоемкость и увеличить полезный объем подвесного оборудования.

Источники информации

1. Патент №2135743, МПК Е 21 В 37/06, опубл. 1999.08.27.

2. Патент №2143545, МПК Е 21 В 37/06, опубл. 1999.12.27.

3. Патент №2170322, МПК Е 21 В 17/05, опубл. 2001.07.10.

4. Андрианов В.И. и др. Автомобильные сигнализации. Справочное пособие. СПб., изд-во “Полигон”, 2000 г., с. 246-247.