RU2634316C1

RU2634316C1 - Anchor for tubing

Info

Publication number: RU2634316C1
Application number: RU2016121532A
Authority: RU
Inventors: Марат Мирсатович Нагуманов; Аркадий Николаевич Замараев; Андрей Евгеньевич Тихонов; Камил Рахматуллович Уразаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Пакер"
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-10-25

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to devices for fixing a tubing string in a casing string and eliminating the undulatory bending of the tubing string during the production of a reservoir fluid by downhole rod pumping units. The anchor consists of a housing, a cone, dies mounted on the cone by means of a dovetail, a casing, shear pins. On the cone along the dovetail, grooves are made, in which rollers installed in a cage are movable arranged, the dies resting on the rollers with their base. The cone is fixed against movement relative to the housing by means of a collet or a spring split ring. The collet or the spring split ring with its lower end rests against a ring mounted on the shoulder of the lower housing, and with its conical projection - into the stop ring mounted on the inner shoulder of the cone.

EFFECT: simplified design and increased operation reliability.

3 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for fixing a string of tubing in a casing string and eliminating the wave-like bending of the tubing string when producing formation fluid by well sucker rod pumping units.

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.During the operation of the sucker rod pump unit, the cyclical nature of the loads applied to the downhole pumping equipment leads to a loss of stability of the bottom of the tubing string and their spiral twisting. This phenomenon, in addition to intensive wear of pipes and rods, leads to increased wear of the plunger pair of the pump due to misaligned loading of the plunger due to bending of the pipes above the plunger. Bending pipes in the form of a spiral wound around an extended column of rods causes additional friction, leads to premature wear of pipes and rods, and also increases the maximum load at the point of suspension of the rods and requires additional energy for the drive.

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.The phenomena of longitudinal bending of the columns have a significant negative impact on the technical and economic performance of pumping wells. The most common negative effects of longitudinal bending are most common in field practice: an increase in the frictional forces between the rod string and tubing tubing in the area of the spiral bend above the pump and the additional wear caused by it, stroke loss, power loss - a decrease in the mechanical efficiency in the pump installation, and an increase in the breakage of the rod column in its lower part; misaligned application of the load from the rod string to the plunger cage in pumps that do not have a centering element in the upper part of the cylinder, resulting in complex pump failures with destruction of the plunger cage; an increase in the friction forces in the pair of plunger-cylinder, and consequently, uneven accelerated wear of the plungers; increased leakage through threaded tubing connections.

Известен механический якорь типа «ВА» для крепления низа НКТ компании «Weatherford» (каталог Weatherford, 2005 год, стр. 72).Known mechanical anchor type "VA" for attaching the bottom of the tubing of the company "Weatherford" (catalog Weatherford, 2005, p. 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.).A well-known borehole holder for tubing, selected as an analogue, containing a base connected to the tubing by means of a sleeve, on the outside of which there are axially moving upper and lower heads with conical working surfaces, between which there are radially moving dies with rifled surface. The tube holder is equipped with a housing with leaf springs installed on it, the base and upper head are connected by trapezoidal thread, the dies are made in the form of plates with conical surfaces, mating heads, placed in grooves made in the housing, and rest on the conical surfaces of the upper and lower heads. From below, a nozzle with a groove and a protrusion is screwed onto the base, on which shear pins placed on the fixing ring abut (RF patent No. 2239045, IPC ЕВВ 23/00, published on October 27, 2004).

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.A disadvantage of the known devices is that their installation in the working position and bringing into transport position is carried out by rotation of the tubing. This principle of installation and removal is difficult and sometimes not feasible in horizontal and deep wells.

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.Closest to the claimed invention is a hydraulic anchor type "MN" company "Weatherford" (catalog Weatherford, 2005, p. 74), designed to hold the tubing in unloaded or loaded state.

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.A disadvantage of the known anchor is that when it is planted by applying pressure to the tubing, installation of additional auxiliary equipment in the form of a plug temporarily installed below the anchor is required.

Техническим результатом заявляемого изобретения является существенное упрощение конструкции и повышение надежности работы якоря для НКТ при добыче пластового флюида скважинными штанговыми насосными установками.The technical result of the claimed invention is a significant simplification of the design and increase the reliability of the anchor for the tubing during production of formation fluid by well sucker rod pumping units.

Указанный технический результат достигается тем, что:The specified technical result is achieved by the fact that:

- 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;- on the cone there is a groove in the form of a dovetail, along which grooves are made, in the grooves the rollers mounted in the cage are movably mounted, the dies resting on the rollers with their base;

- 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;- the cone is fixed from movement relative to the housing with the help of a collet having a conical protrusion on the outer surface, and the collet with its lower end abuts against the ring mounted on the flange of the lower case, and with its conical protrusion - into the thrust ring mounted on the inner flange of the cone;

- 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.- the cone is fixed from displacement relative to the housing by means of a spring split ring having a conical protrusion on the outer surface, and the spring split ring abuts with its lower end against the ring mounted on the shoulder of the lower housing, and with its tapered protrusion into the thrust ring mounted on the inner shoulder cone.

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.Performing grooves on the cone along the dovetail and placing movably mounted rollers in the ferrule in them allows the cone to move freely downward when unengaged by reducing the friction forces between the cone and the rams, which ensures reliable release of the rams and the anchor in the transport position.

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.The use of a thrust ring and collet or a split spring ring in the design ensures that the dies return to the transport position both in vertical and horizontal and deep wells, since the armor is carried out only by tensioning the tubing string with a given force.

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.These solutions greatly simplify the design of the anchor for the tubing, make it possible to reliably release the dies and transfer the anchor to the transport position in both vertical and horizontal and deep wells.

Схема якоря приведена на фигуре.An anchor diagram is shown in the figure.

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.The anchor (Fig.) Consists of interconnected upper 1 and lower 2 buildings. In the upper case 1, holes for the shear pins 3 are made. Below the shear pins 3 on the upper case 1 there is a stepped protrusion 4 provided with a sealing ring 5. Below the protrusion 4 in the body 1, through holes are made 6. A casing is attached to the upper case 1 by means of a nut 7 8. The nut 7 and the casing 8 form a single unit, which prevents the removal of parts 7 and 8 from the housing 1 when the device is stretched. The lower part of the nut 7 abuts against the snap ring 9 mounted on the shear pins 3. In the inner part of the casing 8 there is a stepped protrusion 10 provided with a sealing ring 11. In the lower part of the casing 8 there are T-shaped grooves for dies 12. The lower case 2 is worn cone 13. On the cone 13 there is a groove in the form of a dovetail 14, along which grooves 15 are made, in the grooves 15 movable rollers 16 are mounted in the yoke 17, and the dies 12 are based on the rollers 16. The cone 13 is fixed from movement relative to the housing 2 by means of a collet or spring split ring 18. A conical protrusion 19 is made on the outer surface of the collet or spring split ring 19. A ring 21 is installed on the shoulder 20 of the lower body 2 to prevent tearing on the surface of the shoulder 20. The collet or spring split ring 18 abuts with its lower end in the ring 21, and its conical protrusion 19 in the thrust ring 22 mounted on the inner flange 23 of the cone 13. On the cone 13 from below, the union nut 24 is screwed.

Предлагаемый якорь (фиг.) работает следующим образом.The proposed anchor (Fig.) Works as follows.

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.The anchor is mounted on the tubing string above or below the sucker rod pump (SHG), depending on the selected pump. The anchor in the composition is lowered to the design depth. Create excessive pressure due to the injection of fluid into the tubing string from the wellhead. The liquid, falling into the holes 6, moves the nut 7, the casing 8 and the dies 12 down towards the cone 13. In this case, the pins 3 are cut off, the dies 12 are moved apart to the walls of the production casing. Anchoring occurs by jamming the dies 12 between the cone 13 and the production string (not shown in FIG.). Then stop the flow of fluid into the tubing string.

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.The anchor is transferred to the transport position by tensioning the tubing string with a predetermined force, at which the flange 20 of the lower housing 2 presses through the ring 21 onto the end of the collet or spring split ring 18. The collet or spring split ring 18 abuts against the thrust ring 19 and begins to compress to a diameter that allows you to go further than the thrust ring 22. In this case, the cone 13, the thrust ring 22 and the union nut 24 freely move towards the lower part of the housing 2, freeing the dies 12 from engagement with the column. Anchor is transferred to transport position. Carry out the lifting device in the composition to the surface.

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.The application of the claimed invention provides reliable installation and guaranteed translation of the anchor in the transport position in both vertical and horizontal and deep wells, greatly simplifies the design and adjustment, prevents loss of stability of the bottom of the tubing string, twisting the tubing string in a spiral, eliminates premature wear of pipes and rods in the area of the spiral bend, as well as wear of the pumping equipment.

Claims

1. Anchor for tubing, including a housing, cone, dies, casing, shear pins, characterized in that the cone has a groove in the form of a dovetail, along which grooves are made, movable rollers mounted in a cage are placed in the grooves, moreover dies base on rollers.

2. An anchor according to claim 1, characterized in that the cone is fixed from displacement relative to the body with a collet having a conical protrusion on the outer surface, and the collet abuts with its lower end against the ring mounted on the flange of the lower body, and with its conical protrusion thrust ring mounted on the inner flange of the cone.

3. An anchor according to claim 1, characterized in that the cone is fixed from displacement relative to the housing by means of a spring split ring having a tapered protrusion on the outer surface, and the spring split ring abuts with its lower end against the ring mounted on the shoulder of the lower body, and conical protrusion - in the thrust ring mounted on the inner flange of the cone.