соединение насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах

Формула изобретения

1. Соединение насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах, содержащее резьбовые концы и соединительные муфты к ним, отличающееся тем, что на одном конце соединения выполнены цилиндрическая обточка с кольцевой канавкой и уступом с присоединительной поверхностью, выполненной под углом к оси соединения, соответствующие цилиндрическая обточка с кольцевой канавкой и уступом с присоединительной поверхностью под углом к оси выполнены на другом конце соединения для их взаимодействия, а соединительная муфта выполнена в виде самофиксирующей втулки с каналом для взаимодействия с цилиндрическими обточками соединяемых концов и фиксирующими секторами, выполненными с эксцентриситетом относительно наружного диаметра втулки для взаимодействия с кольцевыми канавками на цилиндрических обточках и фиксации соединения в скважине.

2. Соединение насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб по п.1, отличающееся тем, что во внутреннем канале самофиксирующей втулки выполнена кольцевая камера и установлен эластичный пакер, взаимодействующий с цилиндрическими обточками и зазорами соединения для обеспечения герметичности соединения в скважине.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использовано для соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах.

Известны соединения трубопроводов [4], [5].

По своей конструкции соединения трубопроводов [4], [5] не пригодны для соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб из-за сложной конструкции и наличия резьбовых элементов.

Известны соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб, содержащие резьбовые концы и соединительные муфты к ним [1], [2], [3].

Резьбовые соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб по прочностным характеристикам являются одним из самых слабых звеньев в конструкции нефтяных и газовых скважин ([6] стр.67).

Техническая задача изобретения состоит в исключении использования резьбовых соединений насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб с целью увеличения срока эксплуатации, надежности герметизации соединений, исключения рассоединений или разрывов насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в соединениях в процессе эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Решение технической задачи достигается тем, что на одном конце соединения выполнены цилиндрическая обточка с кольцевой канавкой и уступом с присоединительной поверхностью, выполненной под углом оси соединения, соответствующие цилиндрическая обточка с кольцевой канавкой и уступом с присоединительной поверхностью под углом к оси выполнены на другом конце соединения для их взаимодействия, а соединительная муфта выполнена в виде самофиксирующей втулки с каналом для взаимодействия с цилиндрическими обточками соединяемых концов и фиксирующими секторами, выполненными с эксцентриситетом относительно наружного диаметра втулки для взаимодействия с кольцевыми канавками на цилиндрических обточках и фиксации соединения в скважине.

Для обеспечения герметичности соединения в скважине во внутреннем канале самофиксирующей втулки выполнена кольцевая камера и установлен эластичный пакер, взаимодействующий с цилиндрическими обточками и зазорами соединения.

На фиг.1 изображено соединение обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 - соединение насосных штанг в нефтяных скважинах без пакера.

На фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.

На фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.4.

Соединение насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах содержит:

соединяемые концы 1,

цилиндрические обточки 2,

кольцевые канавки 3,

уступы 4,

ось соединения 5,

присоединительные поверхности 6, выполненные под углом к оси соединения,

самофиксируюшую втулку 7,

внутренний канал 8 самофиксирующей втулки 7,

наружный диаметр 9 самофиксирующей втулки 7,

фиксирующие сектора 10, выполненные с эксцентриситетом относительно наружного диаметра втулки,

кольцевую камеру 11,

эластичный пакер 12,

зазоры соединения 13,

опорную поверхность 14.

В статическом положении элементы соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб взаимодействуют следующим образом.

Эластичный пакер 12 через внутренний канал 8 самофиксирующей втулки 7 вставляется в кольцевую камеру 11.

Сборку соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб при освоении, текущем или капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин выполняют следующим образом.

Соединяемая колонна насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб через опорную поверхность 14 элеватором удерживается на устье нефтяной или газовой скважины.

Очередная насосная штанга 1 (фиг.4), или обсадная труба 1 (фиг.1), или насосно-компрессорная труба 1 (фиг.1) с надетой на нее самофиксирующей втулкой 7 грузоподъемным механизмом, с опорой на опорную поверхность 14 (на чертежах не показано) устанавливается по уступам 4 и соединяемые концы центрируются по оси 5 до совмещения присоединительных поверхностей 6, выполненных под углом к оси соединения 5.

Для центрирования соединяемых концов относительно оси соединения 5 можно использовать шаблон, выполненный, например, в виде полукольца (на чертежах не показано).

Самофиксируюшую втулку 7 технологическим ключом (на чертежах не показано) с разведенными фиксирующими секторами 10, выполненными с эксцентриситетом относительно наружного диаметра 9 с определенным натягом пакера 12 (для обсадных колонн или насосно-компрессорных труб фиг.1) надевают на цилиндрические обточки 2 соединяемых концов 1.

При этом фиксирующие сектора 10 фиксируют соединение через кольцевые канавки 3, выполненные на цилиндрических обточках 2.

Для соединения насосных штанг (фиг.4) пакер можно не использовать, так как в этом соединении нет необходимости обеспечивать герметичность соединения по условиям эксплуатации.

Наличие на соединяемых концах фасок или радиусных закруглений облегчает сборку соединения (на чертежах эти элементы в отдельную позицию не вынесены, а на фиг.1, фиг.4 графически указаны).

В динамическом положении, непосредственно в нефтяной или газовой скважине элементы соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб взаимодействуют следующим образом.

Нагрузка Р, действующая на подвеску насосных штанг, обсадных колонн или на подвеску насосно-компрессорных труб в соединении раскладывается на составляющие нагрузки Р1 и Р2, величины которых зависят от угла присоединительных плоскостей 6, выполненных на уступах 4 (фиг.1, фиг.4).

В результате действий составляющих нагрузок Р1 и Р2 через внутренний канал 8, выполненный в самофиксирующей втулке 7, и через цилиндрические обточки 2, выполненные на соединяемых концах 1, нагрузка передается на самофиксирующую втулку 7.

Следовательно, самофиксирующая втулка 7, как и соединительные резьбовые муфты [1], [2], [3] воспринимает осевые нагрузки и удерживает подвеску насосных штанг, обсадных колонн или насосно-компресорных труб в скважине.

При этом самофиксирующая втулка 7 не имеет в своей конструкции резьбовых элементов в отличие от соединительных муфт [1], [2], [3].

Взаимодействие фиксирующих секторов 10 (фиг.2, фиг.3, фиг.5, фиг.6), выполненных с эксцентриситетом относительно наружного диаметра 9 самофиксирующей втулки 7 и кольцевых канавок 3, выполненных на цилиндрических обточках 2 соединяемых концов 1, исключает самопроизвольную разборку соединения в скважине.

Наличие в кольцевой камере 11 эластичного пакера 12, взаимодействующего с определенным натягом с цилиндрическими обточками 2 и зазорами соединения 13 (фиг.1) обеспечивает герметичность обсадных колонн или подвески насосно-компрессорных труб в скважине.

Предложенное изобретение позволит исключить резьбовые соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб, увеличить срок эксплуатации и обеспечить надежность герметизации соединений, исключить рассоединения и разрывы насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в соединениях в процессе эксплуатации нефтяных и газовых скважин.

Предложенное техническое решение соединения насосных штанг, обсадных колонн, насосно-компрессорных труб в нефтяных и газовых скважинах позволяет изменить существующую технологию сборки и разборки соединений при обустройстве, текущем и капитальном ремонте скважин и применить более современную технологию с учетом автоматизации процессов.

По уровню технического решения предложенное изобретение не имеет аналогов как в Российской Федерации, так и за рубежом, просто в изготовлении, удобно при сборке и разборке, надежно в эксплуатации, конкурентоспособно и найдет широкое использование на нефтяных и газовых месторождениях как в Российской Федерации, так и за рубежом.

Источники информации

1. ГОСТ 138 77-80 Е. Штанги насосные и муфты к ним.

2. ГОСТ 632-80. Трубы обсадные и муфты к ним.

3. ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним.

4. Авторское свидетельство № 966383, F 16 L 19/00, 1982 г. Соединение трубопроводов.

5. Авторское свидетельство № 199593, F 16 L 19/00, 1967. Трубопроводное соединение.

6. Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов. Машины и оборудования для добычи нефти и газа. М.: Недра, 1984 г., с.67-75, с.292-293, с.323-327, с.332-345.