УСТАНАВЛИВАЕМОЕ НА НЕФТЯНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ НАПРАВЛЯЮЩЕЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ШТАНГИ Российский патент 2009 года по МПК E21B17/10 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к направляющему приспособлению штанги, и более точно, - к улучшенному направляющему приспособлению штанги, обладающему повышенной захватывающей силой, подходящей как для вращательных, так и для возвратно-поступательных применений штанги.

Предшествующий уровень техники

В углеводорододобывающей промышленности на нижних концах скважин применяются насосы для накачивания нефти к поверхности через технологический трубопровод, расположенный внутри корпуса скважины. Энергия передается насосу с поверхности при помощи колонны штанги, расположенной внутри технологического трубопровода. Штанги включают как «возвратно-поступательные» типы, которые перемещаются по оси, так и «вращательные» типы, которые вращаются для привода типа насосов с перемещающейся полостью. Последний тип все больше и больше используется, в частности, в скважинах, производящих тяжелые, нагруженные песком нефти или производящих жидкости с высоким соотношением вода/нефть.

Как возвратно-поступательные, так и вращательные штанги извлекают пользу из применения направляющего приспособления штанги для защиты внутренней поверхности технологического трубопровода. На практике всасывающие штанги и технологические трубопроводы не подвешены идеально концентрично внутри скважины, частично оттого, что скважины не всегда идеально прямые. Непосредственный контакт между штангой и технологическим трубопроводом в ходе возвратно-поступательного движения или вращения, особенно при погружении в жесткие жидкостные условия, так или иначе нанесет дорогостоящие повреждения трубопроводу и штанге. Для этого направляющие приспособления штанги помещаются между штангой и трубопроводом как малостоящие защитные изнашиваемые элементы.

Некоторые направляющие приспособления имеют множество ребер, выступающих радиально по направлению к внутренним размерам (ID) технологического трубопровода, для центровки штанги внутри трубопровода. Промежуток между ребрами таким образом обеспечивает путь потока для бурового раствора или углеводородной продукции, проходящей через трубопровод. Патент США №6152223, принадлежащий Адбо, описывает такое направляющее приспособление штанги, объединяющее слабофрикционные изнашиваемые материалы и конструкцию ребра, позволяющую интенсивную проходимость потока. Другие направляющие приспособления штанг, как правило, имеют цилиндрическую внешнюю поверхность, имеющую внешний диаметр, значительно меньший, чем внутренний диаметр технологического трубопровода, такой что между направляющим приспособлением и трубопроводом при проходе потока есть обширное пространство. Недостаток такого типа направляющих приспособлений состоит в том, что в направляющем приспособлении меньше объема эрозийного износа, что ведет к увеличению частоты замен и соответственных цен.

Многие направляющие приспособления штанг требуют по меньшей мере какой-то сборки к штанге перед транспортировкой на место, где они будут применены. Патент США №5941312, принадлежащий Вермерену, и патент США №5339896, принадлежащий Харту и др., описывают примеры таких «частично устанавливаемых на нефтяном месторождении» направляющих приспособлений. Катушка механически приклеивается на штангу в магазине или на производственном объекте. На нефтяном месторождении внешний корпус направляющего приспособления может быть позже защелкнут поверх катушки, прикрепленной к штанге.

Патент Харта описывает направляющее приспособление штанги, имеющее воплощения для использования ее как с вращательными, так и с возвратно-поступательными штангами. Воплощение внешнего корпуса направляющего приспособления зависит от того, с возвратно-поступательной или вращающейся штангой он будет применяться. Например для вращательного воплощения корпус и катушка могут свободно вращаться по отношению друг к другу, что, как правило, является предпочтительным для всех типов вращательных штанг. По мере вращения штанги катушка остается неподвижной по отношению к ней, в то время как внешний корпус может свободно вращаться вокруг катушки для того, чтобы оставаться практически неподвижным по отношению к боковой стенке технологического трубопровода, тем самым минимизируя износ между корпусом и трубопроводом, и между катушкой и штангой. Основной износ вместо этого возникает между малостоящей защитной катушкой и корпусом направляющего приспособления. Для возвратно-поступательной штанги катушка может включать удлиненный выступ, и внешний корпус направляющего приспособления может включать паз для стыковки с этим выступом, так что корпус не вращается относительно катушки.

Для минимизации стоимости производства и сборки некоторые существующие направляющие приспособления могут быть полностью установлены на нефтяном месторождении. Патент США №4858688 Эдвардса и др. и патент США №5494104 Сэйбла описывают примеры таких «полностью устанавливаемых на нефтяном месторождении» направляющих приспособлений штанг. В каждом из них, как правило, единый корпус снабжается скважиной для тесного расположения вокруг штанги и оборудуется канал доступа от внешней поверхности корпуса до скважины, позволяющий принудительно натянуть направляющую на нефтяном месторождении. Неотъемлемой проблемой каждой из этих направляющих приспособлений является то, что единый корпус должен быть растянут при закреплении на штанге, ослабляя захватывающую силу направляющего приспособления. Патент Сэйбла стремится минимизировать этот недостаток путем обеспечения некруглой скважины для размещения большего количества материала в области наибольшей эластичности. Несмотря на то, что это потенциально увеличивает захватывающую силу направляющего приспособления, присутствие каналов доступа остается источником структурной непрочности в течение срока службы направляющей. Еще один недостаток этих цельных натягиваемых направляющих приспособлений заключается в том, что цельный корпус, как правило, лучше подходит для штанг возвратно-поступательного типа и не идеален для использования со штангами вращающегося типа.

Патент США №4343518 описывает другой тип полностью устанавливаемого на нефтяном месторождении направляющего приспособления штанги, которому для установки не требуется канала доступа. Вместо этого направляющее приспособление включает две половинные части, которые предназначены для замкового зажатия друг с другом. Одна половинная часть имеет пазы и другая половинная часть имеет фланцы, имеющие дополнительные конические поверхности, так что, когда две половинные части сдвигаются вместе вертикально, фланцы вклиниваются в пазы для зажимания двух половинных частей вместе вокруг штанги. Однако конические поверхности очень узкие и по отдельности не производят достаточной силы захвата. Половинные части могут использовать внутренние ребра на полукруглых пазах для контакта со штангой, для того чтобы вынудить пазы деформироваться в эллиптическую форму для противостояния сокращению. Другой недостаток этих направляющих приспособлений заключается в том, что они предназначены для применения только со штангой возвратно-поступательного типа и не подходят для использования со штангами вращательного типа.

Необходимое направляющее приспособление штанги, которое полностью устанавливается на нефтяном месторождении, применимо как с возвратно-поступательными, так и с вращательными штангами, и имеет улучшенный механизм для присоединения направляющего приспособления к штанге.

Краткое описание изобретения

Описывается устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, имеющей внешнюю поверхность штанги и подвижной внутри нефтяного трубопровода, имеющего внутреннюю трубчатую поверхность для привода скважинного насоса для накачивания жидкостей к поверхности через нефтяной трубопровод.

В одном воплощении направляющее приспособление штанги включает корпус, содержащий первый и второй соединяющиеся элементы корпуса. Первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, пару отдаленных друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, расположенных радиально внутри от внешней поверхности износа сужающихся радиально вдоль осевого направления и выступающих по окружности в совокупности по меньшей мере на 70 градусов по направлению друг к другу от окружных внешних участков и не более чем на 180 градусов от окружных внутренних участков, и внутреннюю поверхность зацепления штанги, расположенную радиально внутри от внешних конических поверхностей, для зацепления внешней поверхности штанги. Второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, внутреннюю коническую поверхность зацепления радиально внутри от внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления внешних конических поверхностей первого элемента корпуса, для подгонки первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению друг к другу и для деформации по меньшей мере части первого элемента корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги, и внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу, расположенную радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги. Может быть оборудован замковый элемент для блокирования по оси первого и второго элементов корпуса относительно друг друга.

Второй элемент корпуса может также иметь пару удаленных друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, расположенных радиально внутри от внешней поверхности износа, сужающихся радиально вдоль осевого направления и выступающих по окружности совместно на не менее чем 70 градусов по отношению друг к другу от окружных внешних участков не более чем на 180 градусов от окружных внутренних участков. Подобным образом, первый элемент корпуса может содержать внутреннюю коническую зацепляющую поверхность радиально внутри от его внешней поверхности износа для скользящего осевого зацепления пары внешних конических поверхностей второго элемента корпуса, для подгонки первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению друг к другу и деформации по меньшей мере части второго элемента корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги.

Внешние участки конических поверхностей первого элемента корпуса могут быть отделены по окружности менее чем на 5 градусов от смежных внешних участков конических поверхностей второго корпуса, когда корпус находится в положении захвата штанги. Каждая внешняя коническая поверхность может выступать по окружности по меньшей мере на 35 градусов.

Радиально выступающие участки могут быть оборудованы вдоль внутренних зацепляющих штангу поверхностей для увеличения трения между корпусом и штангой. Они могут включать отделенные друг от друга по оси ребра или рифленую поверхность.

Для применения со штангами вращательного типа направляющее приспособление может быть оборудовано муфтой, расположенной вокруг первого и второго элементов корпуса, во время нахождения в положении, зацепляющем штангу. Муфта может включать внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса, и внешнюю поверхность износа для скользящего контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода. Один или более упоров на корпусе ограничивают осевое движение муфты по отношению к корпусу.

Множество ребер может быть оборудовано для центровки штанги во внутреннем пространстве трубчатой поверхности нефтяного трубопровода. Ребра могут быть оборудованы непосредственно на корпусе, особенно, для направляющих возвратно-поступательных штанг, или на муфте для направляющих вращательных штанг.

Предшествующее описание предназначено для краткого изложения изобретения, а не для ограничения и не для полного определения изобретения. Аспекты настоящего изобретения будут более понятны и лучше восприняты со ссылкой на нижеследующее описание и чертежи.

Описание чертежей

Фиг.1 показывает предпочтительное воплощение для направляющего приспособления штанги вращательного типа, с элементами корпуса, сведенными вместе для образования корпуса, и внешней муфтой вокруг корпуса.

Фиг.2 показывает вид в перспективе одного из элементов корпуса с фиг.1.

Фиг.3 показывает вид в перспективе элементов корпуса с фиг.1, частично сведенных вместе.

Фиг.4 показывает вид в перспективе обоих элементов корпуса с фиг.1, полностью соединенных для образования корпуса.

Фиг.5 показывает вид в перспективе муфты с фиг.1.

Фиг.6 показывает вид в перспективе менее предпочтительного воплощения направляющего приспособления штанги возвратно-поступательного типа, не имеющего муфты.

Фиг.7 показывает направляющее приспособление штанги, включающее пару отстоящих друг от друга по оси уплотнительных пазов.

Фиг.8 показывает направляющее приспособление штанги, включающее пару отстоящих друг от друга по оси уплотнительных элементов, принимаемых соответственно одним из отдаленных друг от друга по оси уплотнительных пазов.

Фиг.9 показывает воплощения муфты, включающей замковую перемычку для ограничения внешнего растяжения муфты.

Подробное описание предпочтительных воплощений

Фиг.1 показывает предпочтительное воплощение направляющего приспособления 10 штанги вращательного типа в сборке с соединяемыми первым и вторым элементами корпуса 12, 14, сведенных вместе для образования по существу цилиндрического корпуса 13, и внешнюю муфту 16, расположенную вокруг корпуса 13. Направляющее приспособление штанги 10, как правило, защищает штангу и внутреннюю поверхность скважины нефтяного трубопровода, в то время как штанга движется внутри трубопровода для привода насоса. Воплощение направляющего приспособления с фиг.1 особенно пригодно для штанг вращательного типа, потому что корпус 13 может свободно вращаться внутри муфты 16, что будет описано ниже.

Фиг.2 показывает более подробно первый элемент корпуса 12 с Фиг.1. Первый элемент корпуса 12 предпочтительно по существу идентичен второму элементу корпуса 14, и первый, и второй элементы корпуса 12, 14 могут включать одинаковые особенности, за исключением того, что отмечено. Первый элемент корпуса 12 включает внешнюю поверхность износа 20, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность 22, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа 20 и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, и внутреннюю поверхность 24 зацепления со штангой, расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности 22, для захвата внешней поверхности штанги (не показано). Второй элемент корпуса 14 включает внешнюю поверхность износа 20, внутреннюю коническую поверхность зацепления 26, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа 20, для скользящего осевого зацепления с по меньшей мере одной внешней конической поверхностью 22 первого элемента корпуса 12, и внутреннюю поверхность, зацепляющуюся со штангой 24 радиально внутри от внутренней конической поверхности зацепления 26. Так как элементы корпуса 12, 14 этого предпочтительного воплощения основательно идентичны, каждый из них включает внешнюю поверхность износа 20, внешнюю коническую поверхность 22, внутреннюю поверхность, зацепляющуюся со штангой 24, и внутреннюю коническую поверхность 26 зацепления.

Фиг.3 показывает, как соединяются первый и второй элементы 12, 14 корпуса. Первый элемент 12 корпуса показан частично соединенным со вторым элементом 14 корпуса, между которыми может быть расположена штанга (не показана). Так как элементы 12, 14 корпуса сведены вместе по оси, внутренняя коническая поверхность 26 зацепления на одном элементе 12, 14 по оси скользяще зацепляется с по меньшей мере одной внешней конической поверхностью 22 другого элемента 12, 14. Такое зацепление приводит два элемента 12, 14 в прочное, фрикционное зацепление вокруг штанги.

Фиг.4 показывает вид в перспективе элементов 12, 14, полностью сведенных вместе для образования корпуса 13. Корпус 13 таким образом имеет основательно непрерывную внешнюю поверхность 20 износа, включающую внешние поверхности 20 износа индивидуальных элементов 12, 14 корпуса. Корпус замыкается при помощи дополнительных замковых средств, которые показаны как радиально выступающая защелка 15 на первом элементе 12 корпуса (фиг.2) и соответствующий паз 17 на втором элементе 14 корпуса (фиг.3) для приема защелки 15. Положение зацепления обсуждено ниже более подробно на основе того, как направляющее приспособление 10 позволяет плотную, безопасную посадку, которая способна выдерживать большие осевые и вращательные нагрузки.

Фиг.5 показывает вид в перспективе муфты 16, применяемой в воплощении с фиг.1. Муфта 16 имеет множество радиально выступающих ребер 32. Муфта 16 включает внутреннюю поверхность 28 износа для скользящего контакта с внешней поверхностью 20 износа корпуса 13 и внешнюю поверхность 30 износа на радиально внешнем участке множества ребер 32 в показанном воплощении. В менее предпочтительных воплощениях ребра 32 могут быть исключены, и внешняя поверхность, расположенная на самом радиально внешнем участке 31, может альтернативно служить внешней поверхностью износа. Внешняя поверхность 30 износа предназначена для контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода (не показано). На корпусе 13 предпочтительно оборудованы один или несколько упоров 34 для ограничения осевого движения муфты 16 относительно корпуса 13. Показанные упоры 34 представляют собой пару удаленных друг от друга по оси нагруженных плеч 34, удаленные на расстояние, равное или превосходящее длину муфты 16. Канал доступа 36 также предпочтительно включен в муфту 16 для возможности установки муфты 16 на собранный корпус 13. Как показано, канал 36 доступа проходит радиально через муфту 16, частично разделяя муфту 16 для образования окружных боковых поверхностей 54, 56, и проходит продольно от одного конца 50 муфты 16 к противоположному концу 52 муфты 16. Несмотря на то, что канал 36 в ненапряженном состоянии может быть более узким, чем внешний диаметр корпуса 13, канал 36 делает возможным эластичное развертывание муфты 16 для отодвигания окружных боковых поверхностей 54, 56 и прохождения корпуса 13 через канал доступа 36. Канал 36 может также быть просто разрезом, имеющим маленькую или даже номинальную нулевую толщину, так что между окружными боковыми поверхностями 54, 56 не существует заметного промежутка. Таким образом, путем развертывания муфты 36, например, растягиванием при помощи руки, муфта 16 может быть установлена вокруг корпуса 13. Сила развертывания, примененная к муфте 16, затем может быть освобождена, позволяя муфте стягиваться вокруг корпуса 13.

Так как канал 36 позволяет внешнее развертывание муфты 16, муфта 16 может растягиваться и двигаться вокруг корпуса 13 в течение использования. Это создает возможность увеличенного износа между муфтой 16 и корпусом 13 и возможность того, что муфта 16 может нечаянно отделиться от корпуса 13. Для снижения вероятности того, что это случится, может быть оборудована замковая перемычка 60 (фиг.9). Замковая перемычка 60 может выборочно перекрывать канал доступа 36 для по меньшей мере ограничения внешнего развертывания муфты 16, т.е. по меньшей мере ограничения окружного отделения окружных боковых поверхностей 54, 56 и в некоторых воплощениях для сведения окружных боковых поверхностей 54, 56 по направлению друг к другу. Например, как показано, замковая перемычка 60 включает входящий элемент 62, прикрепленный к муфте 16, и охватывающий элемент 64, прикрепленный к муфте 16, для замыкающего приема входящего элемента 62. Замковая перемычка 60 может состоять из множества элементов, удаленных друг от друга по оси вдоль муфты, или замковая перемычка 60 может иметь осевую длину, которая составляет значительную часть длины муфты, например, от 50 до 100% длины муфты.

В показанном предпочтительном воплощении входящий элемент 62 и охватывающий элемент 64 расположены внутри канала доступа 36 между аркообразными поверхностями 66, 68, каждый из них прикреплен к соответствующей одной из окружных боковых поверхностей 54, 56. Входящий элемент 62 фиксируется в охватывающем элементе 64 подобной формы, замыкая канал 36 и ограничивая развертывание муфты 16. Предпочтительно, перемычка вводит окружные боковые поверхности 54, 56 в контакт друг с другом для уплотнения или по меньшей мере ограничения прохождения песка, жидкости и частиц через канал 36. В других воплощениях замковая перемычка может быть закреплена в другом месте на муфте 16, например на аркообразной поверхности 66, для приведения поверхностей 54, 56 по направлению друг к другу и заграждения канала 36. Например, в одном воплощении (не показано) два элемента могут быть прикреплены к поверхности 66 противоположно каналу 36 относительно друг друга, и оборудована стяжка для скрепления двух элементов, как для заграждения канала 36, и предпочтительно для сведения поверхностей 54, 56 по направлению друг к другу.

Насосы с перемещающейся полостью иногда применяются в песочных работах, так как они способны передвигать жидкость с песком в ней. Фиг.7 и 8 показывают другое воплощение направляющего приспособления 10, включающее пару удаленных друг от друга по оси уплотняющих сборок, 33, по окружности осуществляющих уплотнение между корпусом 13 и муфтой 16, каждая сборка уплотнения 33 расположена на противоположных концах внешней изнашиваемой муфты 16. Каждое уплотнение 37 (фиг.8) соединено с соответствующим одним из пары удаленных друг от друга по оси окружных пазов 35 (фиг.7). Пазы 35 предпочтительно расположены радиально снаружи от внешних поверхностей 20 износа для увеличения сопротивления проникновению песка. Уплотнения 37 предпочтительно представляют собой эластомерные кольцевые уплотнения, но могут также представлять собой другие типы уплотнений, известных в данной области техники, такие как уплотнения в форме выступов.

В других воплощениях (не показано) сборки 33 уплотнений могут вместо этого быть расположены на или рядом с нагруженными плечами 34. Например, пазы могут быть расположены на плече 34 и также соответствовать круглым уплотнениям, например кольцевым уплотнениям или уплотнениям в форме выступа для уплотнения двух концов 50, 52 муфты.

Фиг.6 показывает менее предпочтительное альтернативное воплощение направляющего приспособления 100 для штанги возвратно-поступательного типа. Элементы 112, 114 корпуса имеют такие же особенности, как описано для зацепляющихся элементов 12, 14 корпуса направляющего приспособления штанги вращательного типа, за исключением муфты 16 или упоров 34 этого другого воплощения. Радиально выступающие ребра, идентичные ребрам 34, могут быть оборудованы (не показано) непосредственно на корпусе 13. Однако некоторые воплощения, имеющие муфту, как на фиг.1-5, могут также применяться для штанги возвратно-поступательного типа. Это приведет к снижению объединенных цен и стоимости обработки, так как тот же корпус 13 и муфта 16 могут таким образом быть использованы как для вращательных, так и для возвратно-поступательных типов штанг. Так как муфта 16 может уже иметь ребра 34, применение этой муфты 16 с возвратно-поступательными штангами будет устранять необходимость в отдельном воплощении направляющего приспособления, имеющего ребра непосредственно на корпусе 13.

По меньшей мере одна внешняя коническая поверхность 22 первого и второго элементов 12, 14 корпуса предпочтительно представляют собой пару удаленных друг от друга по окружности внешних конических поверхностей 22, как показано на фиг.1. Пара внешних конических поверхностей 22 должна по окружности выступать по меньшей мере совместно на 70 градусов от окружных внешних участков 40 не более чем на 180 градусов от окружных внутренних участков 42. Внешние конические поверхности 22 предпочтительно выступают по меньшей мере совместно на 90 градусов, как показано. По отдельности, каждая внешняя коническая поверхность 22 должна выступать по окружности по меньшей мере на 35 градусов, и предпочтительно по меньшей мере на 45 градусов, как показано, т.е. расстояние между внешним участком 40 и внутренним участком 42 каждой конической поверхности 22 предпочтительно составляет по меньшей мере 35-45 градусов. Как лучше видно на фиг.3, окружные внешние участки 40 первого элемента корпуса 12 могут быть расположены очень близко (предпочтительно менее чем в 5 градусах) к смежным окружным внешним участкам 40 второго элемента корпуса, составляя основательно непрерывную внешнюю коническую поверхность 22. Такая новая геометрия отвечает за прочное зацепление направляющего приспособления и штанги. Во-первых, окружные внешние участки 40 внешних конических поверхностей 22 заставляют элементы корпуса деформироваться внутрь по близости от окружных внешних участков 40. Эта деформация пережимает штангу на этих участках 40 и может вызвать некруглую внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу 24, для увеличения фрикционного зацепления со штангой. Во-вторых, так как противоположные конические поверхности 22 по окружности проходят до окружных внутренних поверхностей 42, удаленных менее чем на 180 градусов, противоположнные конические поверхности 22 вызывают радиальный внутрь направленный компонент силы для сведения элементов корпуса 12, 14, радиально внутрь по направлению друг к другу вокруг штанги. В-третьих, так как каждая коническая поверхность 22 предпочтительно выступает на по меньшей мере 45 градусов и совместное расстояние на по меньшей мере 90 градусов, сила зажатия действует на большую область штанги. По сравнению с предшествующим уровнем техники это вызывает более сильную общую силу и приводит к очень прочному зацеплению со штангой. Как будет описано ниже, эти особенности поэтому очень важны для применения с направляющими приспособлениями штанг возвратно-поступательного типа, которые могут испытывать более высокие нагрузки внизу скважины, чем направляющие приспособления вращательных штанг.

Как лучше всего видно на фиг.3 и 4, может быть оборудован промежуточный фланец 44, проходящий между парой внешних конических поверхностей 22 первого и второго элементов корпуса 12, 14. Промежуточный фланец 44 образует участок внешней поверхности износа 20. Также может быть оборудован промежуточный канал 46, разделяющий участок внешней поверхности 20 износа, так что канал 46 на одном элементе 12, 14 корпуса принимает промежуточный фланец 44 другого элемента 12, 14 корпуса. Промежуточный фланец 44 одного элемента 12, 14 корпуса предпочтительно основательно заполняет промежуточный канал другого элемента 12, 14 корпуса, образуя основательно непрерывную совмещенную внешнюю поверхность 20 износа вдоль окружного направления. Проще говоря, эта особенность помогает основательно идентичным элементам 12, 14 корпуса объединиться для образования цельного корпуса 13, имеющего непрерывную внешнюю поверхность 20 износа.

В предпочтительных воплощениях, как описано, элементы 12, 14 корпуса по существу идентичны. Таким образом, каждый элемент 12, 14 корпуса имеет внешнюю поверхность 20 износа, пару внешних конических поверхностей 22, внутреннюю коническую поверхность 26 зацепления для зацепления с внешними коническими поверхностями 22 другого элемента 12, 14 корпуса и внутреннюю поверхность 24 зацепления со штангой. В менее предпочтительных воплощениях, однако, изобретение может концептуально работать с меньшей симметричностью и идентичностью между деталями. Как минимум, первый элемент 12 корпуса должен включать внешнюю поверхность 20 износа, по меньшей мере одну внешнюю коническую поверхность 22 и внутреннюю поверхность 24 зацепления со штангой, и второй элемент 14 корпуса должен включать внешнюю поверхность 20 износа, внутреннюю коническую поверхность 26 зацепления и внутреннюю поверхность 24 зацепления со штангой. Другими словами, только одному из элементов 12, 14 корпуса необходима внешняя коническая поверхность 22, а другому из элементов 12, 14 корпуса необходима коническая поверхность 26 зацепления.

Направляющее приспособление 100 штанги возвратно-поступательного типа может требовать большей удерживающей силы, чем направляющее приспособление 10 штанги вращательного типа, из-за больших осевых напряжений первой по сравнению с низкими вращательными напряжениями последней. Таким образом, аспекты изобретения, описанные выше, посредством которых внешние конические поверхности 22 обеспечивают большую силу зажатия, особо предпочтительны для направляющих приспособлений 100 штанг возвратно-поступательного типа.

Несмотря на то, что здесь в подробности были описаны некоторые особенные воплощения изобретения, следует понимать, что это было сделано лишь в целях объяснения различных аспектов изобретения и не должно ограничивать область изобретения, определяемую в формуле изобретения, приведенной ниже. Специалистам в данной области техники понятно, что показанные и описанные воплощения являются примерными, и различные другие замены, варианты и модификации, включая, но не ограничиваясь вариантами конструкции, подробно описанными здесь, могут быть произведены в изобретении на практике, не выходя за рамки и сущность изобретения.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к направляющим центрирующим приспособлениям для насосных штанг. Техническим результатом является повышение прочности соединения устройства с насосной штангой и расширение функциональных возможностей. Направляющее приспособление штанги содержит корпус, выполненный в виде двух соединяющихся элементов, и муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго элементов корпуса. При этом первый и второй элементы корпуса имеют внешнюю поверхность износа для скользящего контакта с внутренней поверхностью износа муфты и, по меньшей мере, одну внешнюю и внутреннюю, соответственно для первого и второго элемента, коническую поверхность, сужающуюся радиально вдоль осевого направления, для зацепления друг с другом при установке корпуса устройства на теле насосной штанги. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, имеющей внешнюю поверхность штанги и способной вращаться внутри нефтяного трубопровода, имеющего внутреннюю поверхность, для привода скважинного насоса вращательного типа для накачивания жидкостей на поверхность через нефтяной трубопровод, содержащее корпус, включающий соединяющиеся первый и второй элементы корпуса, при этом первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу и расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо первого элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа, второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа, для осевого скользящего зацепления с, по меньшей мере, одной внешней конической поверхностью первого элемента корпуса, для перемещения, по меньшей мере, части корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги, внутреннюю поверхность зацепления штанги, проходящую радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо второго элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа на расстоянии в осевом направлении от нагруженного плеча первого элемента корпуса, и муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго элементов корпуса и имеющую внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса и внешнюю поверхность износа для контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода.

2. Направляющее приспособление по п.1, в котором второй элемент корпуса имеет, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутри от его внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, и первый элемент корпуса имеет внутреннюю коническую поверхность зацепления, расположенную радиально внутри от его внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления с, по меньшей мере, одной внешней конической поверхностью второго элемента корпуса, для перемещения первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги.

3. Направляющее приспособление по п.1, в котором, по меньшей мере, одна внешняя коническая поверхность первого элемента корпуса представляет собой аркообразную поверхность.

4. Направляющее приспособление по п.1, в котором, по меньшей мере, одна внешняя коническая поверхность дополнительно включает пару расположенных на расстоянии друг от друга по окружности конических поверхностей, проходящих по окружности совместно на, по меньшей мере, 70° от соответствующих окружных внешних участков и не более чем на 180° от соответствующих окружных внутренних участков.

5. Направляющее приспособление по п.4, в котором второй элемент корпуса имеет пару расположенных на расстоянии друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, расположенных радиально внутри от внешней поверхности износа, сужающихся радиально вдоль осевого направления и по окружности проходящих совместно на, по меньшей мере, 70° от соответствующих окружных внешних участков и не более чем на 180° от соответствующих окружных внутренних участков, первый элемент корпуса имеет внутреннюю коническую поверхность зацепления, расположенную радиально внутри от его внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления с парой внешних конических поверхностей второго элемента корпуса, для перемещения первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению друг к другу и для деформации, по меньшей мере, части второго элемента корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги.

6. Направляющее приспособление по п.5, в котором каждая из внешних конических поверхностей первого и второго элементов корпуса проходит по окружности на, по меньшей мере, 35°.

7. Направляющее приспособление по п.5, в котором окружные внешние участки на конической поверхности первого элемента корпуса удалены по окружности менее чем на 5° от смежных окружных внешних участков на конической поверхности второго элемента корпуса при его нахождении в положении захвата штанги.

8. Направляющее приспособление по п.1, дополнительно содержащее замковый элемент для замыкания по оси первого и второго элементов корпуса относительно друг друга, расположенный напротив муфты относительно нагруженного плеча.

9. Направляющее приспособление по п.8, в котором замковый элемент включает, по меньшей мере, одну радиально выступающую защелку на одном из первого или второго элемента корпуса и соответствующий, по меньшей мере, один паз на другом из первого и второго элементов корпуса, предназначенный для приема соответствующей радиально выступающей защелки.

10. Направляющее приспособление по п.1, дополнительно содержащее радиально выступающие участки вдоль внутренних поверхностей, зацепляющихся со штангой, для увеличения трения между корпусом и штангой.

11. Направляющее приспособление по п.1, в котором муфта дополнительно содержит канал доступа, проходящий продольно от одного конца муфты до противоположного конца муфты для обеспечения развертывания муфты для прохождения корпуса через канал доступа для установки муфты вокруг корпуса.

12. Направляющее приспособление по п.11, дополнительно содержащее замковую перемычку, предназначенную для выборочного замыкания канала доступа для ограничения окружного отделения окружных боковых поверхностей в муфте и содержащую первый элемент, прикрепленный к муфте, и второй элемент, прикрепленный к муфте, противоположно каналу доступа от первого элемента муфты, для замкового сопряжения с первым элементом.

13. Направляющее приспособление по п.12, в котором первый элемент прикреплен к одной из боковых поверхностей, и второй элемент прикреплен к другой из боковых поверхностей.

14. Направляющее приспособление по п.12, дополнительно содержащее пару расположенных на расстоянии друг от друга по оси уплотнений, обеспечивающих уплотнение по окружности между корпусом и муфтой, при этом каждое из уплотнений расположено на противоположных концах муфты.

15. Направляющее приспособление по п.14, дополнительно содержащее пару расположенных на расстоянии друг от друга по оси окружных пазов, расположенных радиально снаружи от внешних поверхностей износа, при этом каждый из пазов предназначен для уплотнения соответственно одним из уплотнений.

16. Направляющее приспособление по п.1, в котором муфта дополнительно содержит радиально выступающие ребра для центровки штанги внутри нефтяного трубопровода, и радиально внешние участки радиально выступающих ребер образуют внешнюю поверхность износа муфты.

17. Направляющее приспособление по п.1, в котором первый и второй элементы корпуса имеют, по существу, одинаковую форму.

18. Устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, имеющей внешнюю поверхность и способной вращаться внутри нефтяного трубопровода, имеющего внутреннюю поверхность, для привода скважинного насоса для накачивания жидкостей на поверхность через нефтяной трубопровод, содержащее корпус, включающий соединяющиеся первый и второй элементы корпуса, при этом первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, пару расположенных на расстоянии друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, расположенных радиально внутри от внешней поверхности износа, сужающихся радиально вдоль осевого направления и проходящих по окружности совместно на, по меньшей мере, 70° от соответствующих окружных внешних участков и не более, чем на 180° от соответствующих окружных внутренних участков, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления с парой внешних конических поверхностей второго элемента корпуса для перемещения первого и второго элементов корпуса по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги, внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу, расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо первого элемента корпуса, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа, при этом второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, пару расположенных на расстоянии друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, расположенных радиально внутри от внешней поверхности износа, сужающихся радиально вдоль осевого направления и проходящих по окружности совместно на, по меньшей мере, 70° от соответствующих окружных внешних участков и не более, чем на 180° от соответствующих окружных внутренних участков, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления с внешними коническими поверхностями первого элемента корпуса, для перемещения первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги и внутреннюю поверхность зацепления штанги, расположенную радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги, нагруженное плечо второго элемента, расположенное радиально снаружи внешней поверхности износа на расстоянии по оси от нагруженного плеча первого элемента корпуса, муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго элементов корпуса и имеющую внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса и внешнюю поверхность износа для контакта с внутренней трубчатой поверхностью нефтяного трубопровода, и замковый элемент, расположенный напротив муфты относительно нагруженного плеча для замыкания по оси первого и второго элементов корпуса относительно друг друга.

19. Направляющее приспособление по п.18, в котором каждая из внешних конических поверхностей первого и второго элементов корпуса проходит по окружности, по меньшей мере, на 35°.

20. Направляющее приспособление по п.18, в котором внешние участки конической поверхности первого элемента корпуса удалены по окружности менее чем на 5° от смежных внешних участков конической поверхности второго элемента корпуса, когда корпус находится в положении захвата штанги.

21. Устанавливаемое на нефтяном месторождении направляющее приспособление штанги, имеющей внешнюю поверхность и способной вращаться внутри нефтяного трубопровода, имеющего внутреннюю трубчатую поверхность, для привода скважинного насоса вращательного типа для накачивания жидкостей на поверхность через нефтяной трубопровод, содержащее корпус, включающий соединяющиеся первый и второй элементы корпуса, при этом первый элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутри внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, и внутреннюю зацепляющую штангу поверхность, расположенную радиально внутрь от наружной конической поверхности для захвата внешней поверхности штанги, второй элемент корпуса имеет внешнюю поверхность износа, внутреннюю коническую зацепляющую поверхность, расположенную радиально внутри от внешней поверхности износа для осевого скользящего зацепления с, по меньшей мере, одной внешней конической поверхностью первого элемента корпуса, для перемещения первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги и внутреннюю поверхность зацепления штанги, расположенную радиально внутри от внутренней конической зацепляющей поверхности для захвата внешней поверхности штанги, муфту, расположенную вокруг первого и второго элементов корпуса в положении захвата штанги между нагруженными плечами первого и второго и имеющую внутреннюю поверхность износа для скользящего контакта с внешними поверхностями износа первого и второго элементов корпуса и внешнюю поверхность износа для контакта с внутренней поверхностью нефтяного трубопровода, канал доступа, проходящий продольно от одного конца муфты до противоположного конца муфты, для обеспечения развертывания муфты для прохождения корпуса через канал доступа для установки муфты вокруг корпуса, замковую перемычку, предназначенную для выборочного замыкания канала доступа для ограничения окружного отделения окружных боковых поверхностей в муфте.

22. Направляющее приспособление по п.21, в котором первый элемент корпуса прикреплен к одной из боковых поверхностей, и второй элемент корпуса прикреплен к другой из боковых поверхностей.

23. Направляющее приспособление по п.21, дополнительно содержащее пару расположенных на расстоянии друг от друга по оси уплотнений, обеспечивающих уплотнение по окружности между корпусом и муфтой, при этом каждое из уплотнений расположено на противоположных концах муфты.

24. Направляющее приспособление по п.23, дополнительно содержащее пару расположенных на расстоянии друг от друга по оси окружных пазов, расположенных радиально снаружи от внешних поверхностей износа, при этом каждый из пазов предназначен для уплотнения соответственно одним из уплотнений.

25. Направляющее приспособление по п.21, в котором второй элемент корпуса имеет, по меньшей мере, одну внешнюю коническую поверхность, расположенную радиально внутрь от его внешней поверхности износа и сужающуюся радиально вдоль осевого направления, первый элемент корпуса имеет внутреннюю поверхность, зацепляющую штангу и расположенную радиально внутри от внешней конической поверхности для скользящего зацепления, по меньшей мере, одной внешней конической поверхности второго элемента корпуса для перемещения, по меньшей мере, первого и второго элементов корпуса радиально внутрь по направлению к положению захвата штанги вокруг штанги.

26. Направляющее приспособление по п.21, в котором, по меньшей мере, одна внешняя коническая поверхность первого элемента корпуса представляет собой аркообразную поверхность.

27. Направляющее приспособление по п.21, в котором, по меньшей мере, одна внешняя коническая поверхность дополнительно содержит пару расположенных на расстоянии друг от друга по окружности внешних конических поверхностей, проходящих совместно на, по меньшей мере, 70° от соответствующих окружных внешних участков и не более чем на 180° соответствующих окружных внутренних участков.
Приоритет:
пп.1-27, 01.07.2004.