Ловитель насосных штанг на канате Российский патент 2022 года по МПК E21B31/18 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для извлечения оборванных штанг из колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), находящихся в скважине.

Известен ловитель насосных штанг (патент №2170327, МПК Е21В 31/18, опубл. 10.07.2001), предназначенный для ловли штанг в колонне насосно-компрессорных труб и с захватом /упором/ за элементы резьбового соединения - муфту, упорный и опорные бурты на головке штанги с помощью цанги и содержащий корпус, переводник, цангу с перьями, расположенные в окнах корпуса. Переводник связан с корпусом посредством стержней. Стержни расположены с учетом пропуска между ними тела ловимой штанги. На наружной поверхности перьев выполнены уступы для взаимодействия с верхними кромками окон корпуса. Данный ловитель является близким аналогом ловителей типа ЛШУ и отличается тем, что он удлинен за счет 2-х приваренных тонких стержней, которые соединяют головку с резьбой типа Ш19, Ш22 и корпус с цанговым захватом. Ловитель удлинен для пропуска сквозь него тела оборванной штанги. Данная конструкция позволяет работать в скважинах с парафиносмолистыми отложениями, так как асфальтеносмолистые и парафиновые компоненты нефти свободно проходят через промежутки между стержнями как в осевом, так и в радиальном направлениях.

Недостатком известного ловителя является невозможность его использования для ловли насосных штанг диаметром 25 мм, проведение ловильных работ только внутри насосно-компрессорных труб, ненадежность крепления цангового захвата, присоединительная резьба штанг слабая - Ш19, Ш22 и небольшая грузоподъемность - до 4-5,5 тонн, а также длительность проведения операций по извлечению оборванной колонны штанг из скважины, так как ловитель спускается в скважину (колонну НКТ) на колонне труб (штанг).

Также известен комбинированный ловитель насосных штанг (патент RU № 2267598, МПК Е21В 31/18, опубл. 10.01.2006), имеющий возможность пропускания сквозь свое проходное сечение насосных штанг, содержащий корпус, имеющий коническую поверхность и соединенный в верхней части с головкой, захват насосных штанг, выполненный в виде плашек-сухарей, имеющих возможность осевого перемещения и в стороны от центра в конической поверхности корпуса и фиксирования под муфту, упорный и опорный бурты на головке штанги и направляющую воронку, имеющую внутри коническую поверхность для обеспечения возможности отодвигания оборванного или отвернутого верхнего конца штанги от стенки эксплуатационной колонны и отцентрирования его по центру корпуса, при этом захват насосных штанг выполнен в виде двух сменных плавающих по конусной поверхности корпуса плашек-сухарей под типоразмеры насосных штанг диаметром 25, 22 и 19 мм, направляющая воронка имеет внутри коническую поверхность совместно с корпусом, к головке ловителя насосных штанг присоединены НКТ для спуска ловителя насосных штанг, при этом ловитель насосных штанг сконструирован по диаметру эксплуатационной колонны, имеет возможность пропускания сквозь свое проходное сечение насосных штанг, заклиненных в НКТ, а НКТ - в эксплуатационной колонне.

Недостатки данного ловителя:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (корпус, имеющий коническую поверхность и соединенный в верхней части с головкой, захват насосных штанг, выполненный в виде плашек-сухарей, направляющая воронка и т.д.);

- во-вторых, конструкция не универсальна, так как для извлечения из колонны НКТ каждого типоразмера оборванной штанги: 19, 22, 25 мм необходимо индивидуально устанавливать плашки - сухари в корпус устройства;

- в-третьих, длительность проведения операций по извлечению оборванной колонны штанг из скважины, так как ловитель спускается в скважину(колонну НКТ) на колонне труб (штанг);

- в-четвертых, большая длина конструкции, что увеличивает время монтажа ловителя на скважине и создает дополнительные финансовые затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является ловитель, включающий полый корпус с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности и обратной воронкой снизу, поджатые внутрь пружиной и расположенные в выборке полого корпуса плашки, оснащенные снизу наклонными участками на внутренней поверхности, сверху посредством муфты к полому корпусу соединен груз, выполненный в виде полой колонны труб, а на груз навернута кабельная головка, соединенная с канатом (патент RU № 2280147, МПК Е 21 В 31/18, опубл. 20.07.2006).

Недостатки данного ловителя:

- во-первых, низкая надежность работы, связанная с высокой вероятностью поломки пружины под нагрузкой при захвате или извлечении оборванной колонны штанг из скважины, а также с заклиниванием шарнира в процессе работы;

- во-вторых, конструкция не универсальна, так как для извлечения из колонны НКТ каждого типоразмера оборванной штанги: 19, 22, 25 мм необходимо индивидуально устанавливать плашки с наклонными участками в корпус ловителя;

- в-третьих, ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что невозможно извлечение из колонны НКТ или скважины ступенчатой оборванной колонны штанг, например штанги диаметром 22 мм, соединенной со штангой 19 мм;

- в-четвертых, требуются затраты на обслуживание ловителя перед спуском в скважину. Это обусловлено тем, что в зависимости от диаметра оборванной штанги, находящейся в скважине и требующей извлечения необходимо произвести разборку-сборку ловителя, установив при этом плашки под типоразмер колонных оборванных штанг, например 22 мм.

Техническими задачами изобретения являются повышение надежности работы ловителя, разработка универсальной конструкции ловителя под типоразмер оборванной колонны насосных штанг диаметром от 19 до 25 мм, находящейся в скважине, а также расширение функциональных возможностей ловителя и исключение затратна обслуживание ловителя перед спуском в скважину.

Поставленные технические задачи решаются ловителем насосных штанг на канате, включающим полый корпус с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности и обратной воронкой снизу, поджатые внутрь пружиной и расположенные в выборке полого корпуса плашки, оснащенные снизу наклонными участками на внутренней поверхности, сверху посредством муфты к полому корпусу соединен груз, выполненный в виде полой колонны труб, а на груз навернута кабельная головка, соединенная с канатом.

Новым является то, что полый корпус состоит из нижней, средней и верхней секций жестко соединенных между собой, причем нижняя секция оснащена обратной воронкой, при этом каждая секция полого корпуса оснащена внутренней цилиндрической выборкой, причем во внутренние цилиндрические выборки секций полого корпуса установлены плашки с наклонными участками, состоящие из трех сухарей, причем снаружи каждая плашка с наклонным участком оснащена пружинным разрезным кольцом, поджимающим сухари плашек внутрь, при этом усилие сжатия пружинных разрезных колец, сжимающих внутрь плашки в каждой секции полого корпуса, уменьшается сверху вниз, а также проходные диаметры d₁; d₂; d₃ плашек, установленных в каждой секции полого корпуса уменьшаются снизу вверх, при этом вес груза больше максимального разжимного усилия пружинного разрезного кольца.

На фиг. 1 изображен универсальный ловитель штанг на канате в исходном положении.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А универсального ловителя.

На фиг. 3 изображено поперечное сечение Б-Б универсального ловителя.

На фиг. 4 изображено поперечное сечение В-В универсального ловителя.

На фиг. 5 изображен универсальный ловитель штанг на канате в рабочем положении.

Ловитель насосных штанг на канате включает полый корпус 1 (см. фиг. 1-5), состоящий из нижней 2 (см. фиг. 1, 2, 5), средней 3 (см. фиг. 1, 3, 5) и верхней 4 (см. фиг. 1, 4, 5) секций, жестко соединенных между собой, например с помощью резьб (на фиг. 1-5 не показано). Нижняя секция 2 ( см. фиг. 1) оснащена обратной воронкой 5 (см. фиг. 1, 5). Каждая секция 2, 3 и 4 полого корпуса 1 оснащена цилиндрической выборкой 6 (см. фиг. 1, 2, 5), 7 (см. фиг. 1, 3, 5) и 8 (см. фиг. 1, 4, 5), соответственно.

Во внутренние цилиндрические выборки 6, 7 и 8, соответствующих секций 2, 3 и 4 полого корпуса 1 установлены плашки 9 (см. фиг. 1, 2, 5), 10 (см. фиг. 1, 3, 5) и 11 (см. фиг. 1, 4, 5), соответственно.

Плашки 9, 10 и 11 (см. фиг. 2-4), состоят из трех сухарей 9', 9'', 9''' (см. фиг. 2); 10', 10'', 10''' (см. фиг. 3) и 11', 11'', 11''' (см. фиг. 4), соответственно. Плашки 9, 10 и 11 снизу на внутренней поверхности снабжены наклонными участками 12 (см. фиг. 1, 5), 13 и 14.

Снаружи каждая плашки 9, 10 и 11 (см. фиг. 1) оснащена пружинным разрезным кольцом 15 (см. фиг. 1, 2, 5), 16 (см. фиг. 1, 3, 5) и 17 (см. фиг. 1, 4, 5), соответственно, поджимающими сухари 9', 9'', 9'''; 10', 10'', 10''' и 11', 11'', 11''' соответствующих плашек 9, 10, 11 внутрь.

Усилие сжатия F₁; F₂ ; F₃ соответствующих пружинных разрезных колец 15, 16, 17, сжимающих внутрь соответствующие плашки 9, 10, 11 в каждой соответствующей секции 2, 3 и 4 полого корпуса 1 уменьшается сверху вниз. Например: F₁ = 30 кг = 300 Н; F₂ = 40 кг = 400 Н; F₃ = 50 кг = 500 Н, т.е. F₁ < F₂ < F₃.

Проходные диаметры d₁; d₂; d_3, соответствующих плашек 9, 10 и 11, установленных в каждой соответствующей секции 2, 3 и 4 полого корпуса, уменьшаются снизу вверх.

Сверху посредством муфты 18 (см. фиг. 1, 5) к полому корпусу 1 соединен груз 19, а на груз 19 навернута кабельная головка 20 соединенная с канатом 21.

Вес груза 19 подбирается в зависимости от максимального усилия (F₃) сжатия, которым является пружинное разрезное кольцо 17 например 50 кг, поэтому в качестве груза используется полая колонна труб весом не менее 50 кг. Например, используют НКТ диаметром 42 мм с толщиной стенки 3,5 мм по ГОСТ 633-80 “Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним”, имеющую вес 1 пог. метра равный 3,3 кг. Таким образом в качестве груза 19 применяют две трубы НКТ диаметром 42 мм длиной 8 м: 2×8 м×3,3 кг = 52,8 кг = 528 Н >500 Н ( максимальное разжимное усилие пружинного разрезного кольца 17).

Ловитель насосных штанг на канате работает следующим образом.

При эксплуатации штанговых глубинных насосов в качестве приводов к ним используют штанги диаметрами: 19, 22, 25 мм.

Согласно ГОСТ 31825-2012 '' Штанги насосные, штоки устьевые и муфты к ним. Технические условия''.

Штанга 22 (см. фиг. 5) диаметром: d_ш1 = 19 мм имеет диаметр d_м1 упорного бурта муфты 23 равный 38 мм. Тогда диаметр d₁ = (d_ш1 + d_м1 )/2 = (19 мм+38 мм)/2 = 28,5 мм.

Штанга 22 (см. фиг. 5) диаметром: d_ш2 = 22 мм имеет диаметр d_м2 упорного бурта муфты 23 равный 43 мм. Тогда диаметр d₂ = (d_ш2 + d_м2 )/2 = ( 22 мм+43 мм)/2 = 32,5 мм.

Штанга 22 (см. фиг. 5) диаметром: d_ш3 = 25 мм имеет диаметр d_м3 упорного бурта муфты 23 равный 51 мм. Тогда диаметр d₃ = (d_ш3 + d_м3 )/2 (25 мм+51 мм)/2 = 38 мм.

Например, рассмотрим захват и извлечение из колонны НКТ или скважины оборванной насосной штанги диаметром 22 мм с помощью плашек 10, размещенных во внутренней цилиндрической выборке 7 второй секции 3 полого корпуса 1.

На устье скважины (на фиг. 1-5 не показано) производят сборку устройства. С этой целью сверху к полому корпусу 1 (см. фиг. 5) посредством муфты 18 присоединяют груз 19, как указано выше (две насосно-компрессорные трубы диаметром 42 мм). Затем к грузу 19 сверху наворачивают кабельную головку 20, соединенную с канатом 21. Собранную компоновку на канате 21 спускают в скважину или в колонну НКТ, например диаметром 73 мм до тех пор, пока оборванная колонна штанг, например диаметром 22 мм не попадет во внутреннее пространство нижней секции 2 полого корпуса 1 благодаря обратной воронке 5, и далее до контакта с наклонным участком плашки 10, находящимся в цилиндрической выборке 7 средней секции 3 полого корпуса 1.

Начинают разгрузку ловителя на оборванную колонну штанг 22, при этом происходит снижение нагрузки (ослабление натяжения каната 21), о чем свидетельствуют показания на индикаторе веса, установленного на геофизическом подъемнике (на фиг. 1-5 не показано).

В процессе разгрузки ловителя на оборванную колонну штанг 22 плашка 10, состоящая из трех сухарей 10', 10'', 10''' раздвигается радиально наружу, разжимая пружинное разрезное кольцо 16. Разжимание пружинного разрезного кольца 16 происходит потому, что усилие его разжима: F₂ = 40 кг = 400 Н меньше веса груза 19 составляющего 52,8 кг = 528 Н, т.е. 400 Н < 528 Н, поэтому диаметр d₂ = 32,5 мм под действием веса груза 19 увеличивается до тех пор пока не пропустит муфту 23 (см. фиг. 5) оборванной колонны штанг 22 через плашку 10, имеющую диаметр по упорному бурту муфты 23 равный 43 мм.

Как только муфта 23 оборванной колонны штанг 22 (см. фиг. 5) двигаясь вверх, окажется выше плашки 10 пружинное разрезное кольцо 16 смыкается, так как напротив плашек оказывается тело штанги 22, имеющей диаметр 22 мм, поэтому сухари 10', 10'', 10''' плашки 10, возвращаются в исходное положение и захватывают муфту 23 под нижний ее торец. Оборванная колонна насосных штанг 22 захвачена плашками 10 ловителя и извлекается из колонны НКТ на поверхность путем подъема геофизическим подъемником посредством каната 21.

Аналогичным образом производят захват и извлечение из колонны НКТ или скважины оборванной колонны насосных штанг 22 диаметрами 19 и 25 мм первой 2 или третьей 4 ступенями полого корпуса 1, соответственно, а также захват и извлечение ступенчатой колонны насосных штанг в зависимости от диаметра ступени штанги, например если верхняя ступень имеет диаметр 25 мм, то срабатывают плашки 11, размещенные во внутренней цилиндрической выборке 8 секции 4 полого корпуса 1.

Повышается надежность работы ловителя, так как полностью исключена поломка пружины под нагрузкой при захвате или извлечении оборванной колонны штанг из колонны НКТ или скважины, вследствие того, что пружина выполнена не в виде витой пружины, а в виде пружинного разрезного кольца, например круглого сечения, а отсутствие шарнира в конструкции ловителя исключает его заклинивание.

Конструкция предлагаемого ловителя универсальна, так как предназначена для извлечения из колонны НКТ любого типоразмера оборванной штанги диаметром: 19, 22, 25 мм, даже если перед спуском ловителя в колонну НКТ или скважину не известен диаметр оборванной колонны насосных штанг.

Расширяются функциональные возможности, связанные с возможностью извлечение из колонны НКТ или из скважины ступенчатой оборванной колонны штанг, например штанги диаметром 22 мм, соединенной со штангой 19 мм.

Исключаются затраты на обслуживание ловителя перед спуском в скважину. Это обусловлено тем, что ловитель имеет плашки под типоразмеры оборванной колонны штанг диаметром 19, 22 и 25 мм. Это не требует разборку-сборку ловителя перед спуском в скважину нужного типоразмера плашек в зависимости от диаметра колонных оборванных штанг, например 22 мм.

Ловитель насосных штанг на канате имеет:

- высокую надежность работы;

- универсальную конструкцию под типоразмер оборванной колонны насосных штанг диаметром от 19 до 25 мм, находящейся в колонне НКТ или скважине;

- расширенные функциональные возможности;

- отсутствие затрат на обслуживание ловителя перед спуском в скважину.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к оборудованию для извлечения оборванных штанг из колонны насосно-компрессорных труб, находящихся в скважине. Ловитель насосных штанг на канате включает полый корпус с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности и обратной воронкой снизу, поджатые внутрь пружиной и расположенные в выборке полого корпуса плашки, оснащенные снизу наклонными участками на внутренней поверхности, сверху посредством муфты к полому корпусу соединен груз, выполненный в виде полой колонны труб, а на груз навернута кабельная головка, соединенная с канатом. Полый корпус состоит из нижней, средней и верхней секций, жестко соединенных между собой. Нижняя секция оснащена обратной воронкой. Каждая секция полого корпуса оснащена внутренней цилиндрической выборкой. Во внутренние цилиндрические выборки секций полого корпуса установлены плашки с наклонными участками, состоящие из трех сухарей. Снаружи каждая плашка с наклонным участком оснащена пружинным разрезным кольцом, поджимающим сухари плашек внутрь. Усилие сжатия пружинных разрезных колец, сжимающих внутрь плашки в каждой секции полого корпуса, уменьшается сверху вниз. Проходные диаметры d1; d2; d3 плашек, установленных в каждой секции полого корпуса, уменьшаются снизу вверх. Вес груза больше максимального разжимного усилия пружинного разрезного кольца. Технический результат заключается в повышении надежности работы ловителя, разработке универсальной конструкции ловителя под типоразмер оборванной колонны насосных штанг диаметром от 19 до 25 мм, находящейся в скважине, а также расширении функциональных возможностей ловителя и исключении затрат на обслуживание ловителя перед спуском в скважину. 5 ил.

Ловитель насосных штанг на канате, включающий полый корпус с цилиндрической выборкой на внутренней поверхности и обратной воронкой снизу, поджатые внутрь пружиной и расположенные в выборке полого корпуса плашки, оснащенные снизу наклонными участками на внутренней поверхности, сверху посредством муфты к полому корпусу соединен груз, выполненный в виде полой колонны труб, а на груз навернута кабельная головка, соединенная с канатом, отличающийся тем, что полый корпус состоит из нижней, средней и верхней секций, жестко соединенных между собой, причем нижняя секция оснащена обратной воронкой, при этом каждая секция полого корпуса оснащена внутренней цилиндрической выборкой, причем во внутренние цилиндрические выборки секций полого корпуса установлены плашки с наклонными участками, состоящие из трех сухарей, причем снаружи каждая плашка с наклонным участком оснащена пружинным разрезным кольцом, поджимающим сухари плашек внутрь, при этом усилие сжатия пружинных разрезных колец, сжимающих внутрь плашки в каждой секции полого корпуса, уменьшается сверху вниз, а также проходные диаметры d₁; d₂; d₃ плашек, установленных в каждой секции полого корпуса, уменьшаются снизу вверх, при этом вес груза больше максимального разжимного усилия пружинного разрезного кольца.