RU2811050C1 - Удлинитель колонны насосно-компрессорных труб - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для скважинной добычи нефти с использованием установок погружных насосов, может быть использовано для удлинения колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью обеспечения возвратно-поступательного перемещения погружного оборудования внутри скважины. Удлинитель колонны НКТ содержит корпус, внутри которого коаксиально расположены полый подвижный шток, пружина и разделительные элементы, установлен переходник для соединения с колонной НКТ. Снаружи вдоль корпуса уложена электрическая линия в виде спирали. К полому подвижному штоку присоединен поршень. Внутри поршня выполнено коаксиально расположенное сквозное отверстие для подачи жидкости, перекачиваемой насосом. На внешней стороне поршня выполнены по меньшей мере два направляющих паза под ограничительные винты, ввинчиваемые с внешней стороны корпуса. В кольцевом зазоре между подвижным штоком и корпусом для разобщения внутренней полости устройства и затрубного пространства размещены уплотнения. Разделительные элементы установлены между пружиной и уплотнениями в указанном кольцевом зазоре. Удлинитель колонны НКТ выполнен с возможностью соединения с колонной НКТ в верхней части с помощью переходника, а в нижней части колонна НКТ присоединяется к полому подвижному штоку. Обеспечивается удлинение колонны НКТ и управляемое возвратно-поступательное перемещение погружного оборудования внутри скважины при добыче нефти с использованием установок погружных насосов при упрощении конструкции удлинителя. 3 ил.

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, предназначено для скважинной добычи нефти с использованием установок погружных насосов, и может быть использовано для удлинения колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с целью обеспечения возвратно-поступательного перемещения погружного оборудования внутри скважины.

Известен компенсатор осевой [патент RU № 2558833 С1, МПК Е21В 17/07, опубл. 10.08.2015], состоящий из сердечника, корпуса, который жестко соединен резьбой с ниппелем, цанги, скрепленной с корпусом, и втулки. Компенсатор также содержит срезные винты и разрезное стопорное кольцо. Резьбовые лепестки цанги входят в зацепление с резьбой, выполненной на сердечнике. Они застопорены втулкой, которая зафиксирована на сердечнике срезными винтами, находящимися в ее радиальных отверстиях. Разрезное стопорное кольцо выполнено в виде храповика, имеет на внутренней поверхности ряд зубьев, которые взаимодействуют с расположенными на наружной поверхности сердечника ответными зубьями. Это позволяет кольцу перемещаться с втулкой по сердечнику только в одном направлении, препятствуя последующему возврату втулки в исходное положение. Участок сердечника, соприкасающийся с ниппелем и корпусом, имеет на внутренней поверхности грани, благодаря которым осуществляется передача крутящего момента от колонны НКТ на ниппель посредством ответных граней на его наружной поверхности. Эти грани находятся вдоль всей длины хода сердечника относительно ниппеля, что позволяет передавать вращение на оборудование, расположенное ниже компенсатора. Компенсатор также имеет упор для втулки, выполненный в виде гайки, навинченной на сердечник. Компенсатор спускают в скважину совместно с другим оборудованием на колонне НКТ. При создании во внутренней полости компенсатора избыточного давления, равного величине давления его раскрытия, благодаря разнице площадей сечений верхней и нижней частей втулки результирующее усилие, действующее на втулку, направлено вверх. Это приводит к срезу винтов и перемещению втулки с разрезным стопорным кольцом вверх по сердечнику в крайнее верхнее положение до упора. В результате перемещения втулки освобождаются резьбовые концы лепестков цанги, которая соединена с корпусом. Это создает возможность перемещения сердечника по ниппелю с корпусом. Под действием растягивающей нагрузки, возникающей в колонне НКТ при создании в ее внутренней полости избыточного давления, для приведения в действие оборудования с гидравлическим управлением, резьбовые концы лепестков цанги упруго разжимаются и сердечник перемещается по ниппелю. В результате этого компенсатор телескопически раскрывается, увеличивая свою длину, и, таким образом, компенсирует величину растяжения колонны НКТ. Это позволяет снять возникшие в колонне НКТ напряжения.

Недостатками известного устройства являются отсутствие упругих элементов и, соответственно, невозможность обратного сжатия компенсатора после его раскрытия, то есть невозможность управления положением подвижных частей устройства друг относительно друга; сложность конструкции устройства.

Наиболее близким по назначению и совокупности признаков к заявляемому изобретению является известное устройство [патент на ПМ № 174333 РФ, МПК Е21В 17/07, опубл. 11.10.2017] – компенсатор термобарических изменений длины колонны труб с гашением продольных колебаний, который принят в качестве прототипа. Компенсатор содержит корпус, состоящий из двух патрубков, соединенных последовательно при помощи муфты, которая является нижним упором для пружин, между которыми могут быть расположены разделительные кольца и которые коаксиально расположены внутри корпуса вокруг подвижного штока. Шток

состоит из двух патрубков, соединенных муфтой, которая выполнена с возможностью поступательного движения в корпусе и является верхним упором для пружин, концевой муфты, навернутой на нижний патрубок, которая также выполнена с возможностью поступательного движения в корпусе. На корпус сверху навернут переводник, который ограничивает ход компенсатора и внутри которого свободно в осевом направлении перемещается шток, а снизу переводник для соединения с колонной НКТ, в котором выполнено отверстие и паз для выхода электрической линии и на который навернут кожух для защиты электрической линии. Электрическая линия выполнена в виде спирали и уложена внутри корпуса и подвижного штока.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения – корпус, внутри которого коаксиально расположены полый подвижный шток, пружина и разделительные элементы, установлен переходник для соединения с колонной насосно-компрессорных труб, при этом вдоль корпуса уложена электрическая линия в виде спирали.

К недостаткам известного устройства-прототипа относится следующее.

При установке компенсатора в скважину невозможно управлять положением подвижных частей устройства друг относительно друга и обеспечивать управляемое возвратно-поступательное перемещение присоединенного погружного оборудования на заданную величину в скважине. Отсутствие герметизирующих уплотнений, разобщающих пространство внутри корпуса устройства и затрубное пространство, обусловливает возникновение утечек. Размещение кабельной линии, выполненной в виде спирали, внутри корпуса устройства усложняет его конструкцию, так как обусловливает необходимость герметизации входных и выходных отверстий под кабельную линию в корпусе компенсатора.

Задачей изобретения является обеспечение удлинения колонны насосно-компрессорных труб и управляемого возвратно-поступательного перемещения погружного оборудования внутри скважины при добыче нефти с использованием установок погружных насосов при упрощении конструкции удлинителя.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве содержащем корпус, внутри которого коаксиально расположены полый подвижный шток, пружина и разделительные элементы, установлен переходник для соединения с колонной насосно-компрессорных труб, при этом вдоль корпуса уложена электрическая линия в виде спирали, согласно изобретению к полому подвижному штоку присоединен поршень, внутри которого выполнено коаксиально расположенное сквозное отверстие для подачи жидкости, перекачиваемой насосом, на внешней стороне поршня выполнены по меньшей мере два направляющих паза под ограничительные винты, ввинчиваемые с внешней стороны корпуса, при этом в кольцевом зазоре между подвижным штоком и корпусом для разобщения внутренней полости устройства и затрубного пространства размещены уплотнения, разделительные элементы установлены между пружиной и уплотнениями в указанном кольцевом зазоре, а электрическая линия уложена снаружи вдоль корпуса удлинителя, при этом удлинитель колонны насосно-компрессорных труб выполнен с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб в верхней части с помощью переходника, а в нижней части колонна насосно-компрессорных труб присоединяется к полому подвижному штоку.

Признаки предлагаемого технического решения отличительные от прототипа – устройство содержит поршень, присоединенный к подвижному штоку, внутри которого выполнено коаксиально расположенное сквозное отверстие для подачи жидкости, перекачиваемой насосом; на внешней стороне поршня выполнены по меньшей мере два направляющих паза под ограничительные винты, ввинчиваемые с внешней стороны корпуса; в кольцевом зазоре между подвижным штоком и корпусом для разобщения внутренней полости устройства и затрубного пространства размещены уплотнения; разделительные элементы установлены между пружиной и уплотнениями в указанном кольцевом зазоре; электрическая линия уложена снаружи вдоль корпуса удлинителя; удлинитель колонны насосно-компрессорных труб выполнен с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб в верхней части с помощью переходника, а в нижней части колонна насосно-компрессорных труб присоединяется к полому подвижному штоку.

Размещение внутри корпуса заявляемого устройства поршня со сквозным отверстием, соединенного с полым подвижным штоком, обеспечивает выдвижение полого штока при увеличении давления в колонне насосно-компрессорных труб, например, при частичном или полном перекрытии задвижки выкидного трубопровода на устье скважины при работе погружной насосной установки. При уменьшении давления в НКТ до некоторой рабочей величины под действием пружины подвижный шток с закрепленным поршнем, внутри которого выполнено коаксиальное сквозное отверстие, возвращаются в исходное положение (шток задвигается). Таким образом, обеспечивается управляемое возвратно-поступательное перемещение подсоединенного к удлинителю погружного оборудования вдоль эксплуатационной колонны скважины.

Наличие на внешней стороне поршня минимум двух направляющих пазов под ограничительные винты, ввинчиваемые с внешней стороны корпуса, обеспечивает ограничение величины возвратно-поступательного перемещения и предотвращение проворота поршня и присоединенного к нему подвижного штока.

Размещение в зазоре между подвижным штоком и корпусом уплотнений обеспечивает разобщение внутренней полости устройства и затрубного пространства, то есть герметичность удлинителя при его присоединению в компоновку глубинно-насосного оборудования.

Установка разделительных элементов между пружиной и уплотнениями обеспечивает равномерную передачу сжимающего усилия от пружины на уплотнения и защиту уплотнений от механических повреждений пружиной.

Укладка электрической линии снаружи, вдоль корпуса позволяет упростить конструкцию заявляемого устройства.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 приведен продольный разрез удлинителя колонны.

На фиг. 2 приведен поперечный разрез удлинителя колонны.

На фиг. 3 показана установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) в состав которой включен удлинитель колонны.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый удлинитель колонны насосно-компрессорных труб (фиг. 1) состоит из полого корпуса 1, к которому подсоединен переходник 2. Внутри корпуса 1 коаксиально расположен полый подвижный шток 3 с поршнем 4. Поршень 4 жестко соединен с подвижным штоком 3, например, посредством винтов 5. Поршень 4 выполнен со сквозным коаксиально расположенным отверстием 6. В кольцевом зазоре 7 между корпусом 1 и подвижным штоком 3 коаксиально установлены уплотнения 8 и разделительные элементы 9, между которыми смонтирована пружина 10, состоящая, например, из отдельных секций кольцевого типа.

Деформация пружины 10 осуществляется при возвратно-поступательном движении полого штока 3 с поршнем 4. Величина перемещения ограничена длиной минимум двух направляющих пазов 11 и ограничительными винтами 12. Пазы 11 и ограничительные винты 12 размещены в сечении корпуса 1 через равные угловые смещения (фиг. 2).

К переходнику 2 (см. фиг. 1) и штоку 3 подсоединяются участки колонны насосно-компрессорных труб 13. Вдоль корпуса 1 заявляемого удлинителя уложена электрическая линия 14 в виде спирали, закрепленной на поверхности корпуса 1 и насосно-компрессорных труб 13 посредством крепежей (клямс) 15. Заявляемый удлинитель спускается в эксплуатационную колонну 16 скважины, например, в составе компоновки установки электроцентробежного насоса (фиг. 3). При этом переходник 2 удлинителя соединен с колонной насосно-компрессорных труб 13. Ниже удлинителя располагается электроцентробежный насос 17 с предвключенным устройством, например, с самоочищающимся входным фильтром 18 описанным в патенте [Патент RU № 2715774 С1, МПК Е21В 43/08, опубл. 03.03.2020]. При осуществлении возвратно-поступательного движения вдоль эксплуатационной колонны 16 происходит восстановление проницаемости (очистка) фильтроэлемента фильтра 18. Привод насоса 17 осуществляется от погружного электродвигателя 19.

Заявляемое устройство устанавливается в скважину в составе компоновки погружной насосной установки и работает следующим образом.

При запуске погружного электродвигателя 19 начинает вращаться ротор электроцентробежного насоса 17. При этом запуск насоса 17 осуществляется при закрытой задвижке на выкидном трубопроводе на устье скважины (не показаны на фиг. 3). Внутри колонны насосно-компрессорных труб 13, внутри корпуса 1 заявляемого удлинителя (см. фиг. 1) и внутреннего канала полого штока 3 создается избыточное давление, действующее на поршень 4. Давление, действующее на поршень 4, обусловливает сжатие секций пружины 10, установленной в кольцевом зазоре 7 между разделительными элементами 9 и уплотнениями 8. При сжатии секций пружины 10 осуществляется выдвижение штока 3. Погружное оборудование (погружной электродвигатель 19, входной фильтр 18, насос 17, см. фиг. 3), подсоединенное к заявляемому удлинителю перемещается вдоль эксплуатационной колонны 16 вниз к забою скважины. При выдвижении штока 3 удлинение электрической линии 14 (см. фиг. 1) обеспечивается за счет её укладки вдоль внешней поверхности корпуса 1 в виде спирали. Таким образом сохраняется целостность электрической линии 14 при выдвижении полого штока 3. При этом размещение электрической линии 14 снаружи корпуса 1 исключает необходимость герметизации входных и выходных отверстий под кабельную линию 14 в корпусе 1.

Ограничение величины поступательного движения штока 3 и поршня 4, присоединенного к штоку 3 посредством винтов 5, осуществляется ограничительными винтами 12, установленными в направляющих пазах 11. Ограничительные винты 12 и направляющие пазы 11 обеспечивают защиту от проворота штока 3 в корпусе 1 заявляемого удлинителя.

Открытие задвижки выкидного трубопровода на устье скважины (не показана на фигурах) обусловливает уменьшение давления внутри корпуса 1 заявляемого устройства до некоторой рабочей величины. Пластовая жидкость нагнетается через канал штока 3, отверстие 6 в поршне 4, переходник 2 по колонне насосно-компрессорных труб 13 к устью скважины. При уменьшении давления внутри корпуса 1 секции пружины 10 разжимаются, шток 3 втягивается во внутрь корпуса 1. Компоновка погружного оборудования, подсоединенная к заявляемому удлинителю, осуществляет возвратное движение по направлению к устью скважины. При этом спираль кабельной линии 14 сжимается в спираль и удерживается вдоль корпуса 1 посредством крепежей (клямс) 15.

Разобщение внутренней полости заявляемого удлинителя и внутреннего канала эксплуатационной колонны 16 осуществляется посредством уплотнений 8.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает удлинение колонны насосно-компрессорных труб и управляемое возвратно-поступательного перемещение погружного оборудования внутри скважины при добыче нефти с использованием установок погружных насосов.

Claims (1)

1. Удлинитель колонны насосно-компрессорных труб, содержащий корпус, внутри которого коаксиально расположены полый подвижный шток, пружина и разделительные элементы, установлен переходник для соединения с колонной насосно-компрессорных труб, при этом вдоль корпуса уложена электрическая линия в виде спирали, отличающийся тем, что к полому подвижному штоку присоединен поршень, внутри которого выполнено коаксиально расположенное сквозное отверстие для подачи жидкости, перекачиваемой насосом, на внешней стороне поршня выполнены по меньшей мере два направляющих паза под ограничительные винты, ввинчиваемые с внешней стороны корпуса, при этом в кольцевом зазоре между подвижным штоком и корпусом для разобщения внутренней полости устройства и затрубного пространства размещены уплотнения, разделительные элементы установлены между пружиной и уплотнениями в указанном кольцевом зазоре, а электрическая линия уложена снаружи вдоль корпуса удлинителя, при этом удлинитель колонны насосно-компрессорных труб выполнен с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб в верхней части с помощью переходника, а в нижней части колонна насосно-компрессорных труб присоединяется к полому подвижному штоку.