ЦЕНТРАТОР СКВАЖИННЫЙ ДЛЯ СПУСКА УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Российский патент 2024 года по МПК E21B17/10 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к оборудованию для добычи нефти, и предназначено для центрирования электродвигателя погружной установки

электроцентробежного насоса (УЭЦН) во время спуска в скважину, а также для защиты кабельного удлинителя при заходе УЭЦН в боковой ствол.

Известен центратор механический рессорный типа ЦР производства [https://vileren.ru/?a=item&id=55], содержащий компании ООО «ВИЛЕРЕН» ствол с концевыми частями в виде верхней и нижней втулок, центрирующие пластинчатые пружины рессорного типа, резьбовые гайки для удержания пластинчатых пружин, а также стопорное кольцо с винтом.

Недостатком известного центратора механического рессорного типа ЦР является низкая эффективность работы в искривленных скважинах из-за ограниченного хода сжатия пластинчатых пружин, которые жестко закреплены гайками. Большое количество пластинчатых пружин рессорного типа до 10 штук и высокая жесткость требует значительного воздействия осевого усилия до 340 кН, что вызывает ограничение по глубине спуска оборудования. Конструкция характеризуется высоким риском срезания винта, удерживающего стопорное кольцо во время спуска, приводящим к разрушению центрирующего фонаря и выпадению ствола. Кроме того, такая конструкция центратора не сможет обеспечить прохождение некоаксиальных муфтовых разнодиаметральных переходов колонн.

В качестве ближайшего аналога выбран центратор механический рессорный типа ИС341, производства компании СЗАО «НОВИНКА», группа ФИД [см. Каталог продукции Новинка, с29; http://mashoil.ru/wp-content/uploads/2018/12/2018.04.10_%D0%9A%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B3-%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%9D%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0-1.pdf], содержащий направляющую трубку, на верхней части которой с помощью резьбового соединения установлен наконечник, а к нижней части с помощью резьбового соединения прикреплена нижняя концевая деталь в виде стыковочной муфты, верхнюю и нижнюю подвижные втулки, центрирующие пластинчатые пружины рессорного типа, имеющие дугообразную форму, резьбовые гайки, установленные поверх втулок для удержания зафиксированных концов пластинчатых пружин в верхней и нижней втулках, а также две цилиндрические пружины, одна из которых размещена между верхней втулкой и наконечником, а вторая - между нижней втулкой и стыковочной муфтой.

Недостатком известного пружинного центратора является низкая эффективность работы в искривленных скважинах из-за ограниченного хода сжатия пластинчатой пружинной дуги, необходимость соблюдения значительной точности при изготовлении посадочных мест в верхней, нижней втулках и в резьбовых гайках для установки и фиксации пластинчатых пружин. Высокая жесткость у пластинчатых пружин требует значительного воздействия осевого усилия до 100 кН, при этом возникает ограничение по глубине спуска оборудования и требуется установка двух цилиндрических пружин для создания осевых сил противодействия движению втулок при сжатии пластинчатых пружин. Кроме того, такая конструкция центратора не сможет обеспечить прохождение некоаксиальных муфтовых разнодиаметральных переходов колонн.

Техническим результатом изобретения является разработка надежного устройства, обеспечивающего гарантированный проход УЭЦН в муфтовых и безмуфтовых обсадных колоннах, проход УЭЦН при спуске в боковой ствол, центрирование электродвигателя УЭЦН во время спуска в колонну, защиту кабельного удлинителя от повреждений при заходе УЭЦН в боковой ствол.

Указанный технический результат достигается тем, что в центраторе скважинном для спуска установки электроцентробежного насоса, включающим направляющую трубку с установленными по концам верхним наконечником, имеющим присоединительную резьбу, и нижней концевой деталью, цилиндрическую пружину, размещенную между наконечником и подвижной втулкой, в которую вмонтированы верхние концы дугообразных пластинчатых пружин, согласно изобретению, нижние концы дугообразных пластинчатых пружин зафиксированы в пазах нижней кольцевой детали, выполняющей роль корпуса, к которой присоединен направляющий конус с наклонными входными отверстиями, выполненный с радиусным закруглением острой части для исключения заклинивания при заходе в колонну с меньшим диаметром, а наконечник снабжен выходными отверстиями.

Предпочтительно, чтобы угол при вершине направляющего конуса находился в пределах 14÷16°.

При этом подвижная втулка установлена с возможностью скольжения по внешнему диаметру направляющей трубки вдоль оси.

Для обеспечения упругости и пластичности пружины рессорного типа изготовлены из стали или прецизионных сплавов с модулем упругости, не превышающим 2,18x10⁵ МПа.

Кроме того, концы пластинчатых дугообразных пружин зафиксированы в шарнирах и развальцованы заклепками, пластинчатые пружины с помощью осей зафиксированы в отверстиях пазов, выполненных в верхней части корпуса и во втулке.

Предлагаемая конструкция центратора может применяться для спуска УЭЦН в обсадные колонны с условным диаметром 102÷245 мм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 представлен центратор скважинный, общий вид; на фиг. 2-4 показана последовательность сжатия пружин центратора при спуске, фиг. 5 - работа центратора скважинного при спуске в некоаксиальную колонну.

Центратор скважинный (фиг. 1) содержит следующие детали: пружины пластинчатые 1, направляющий конус 2, нижнюю концевую деталь в виде полого корпуса 3, направляющую трубку 4, подвижную втулку 5, верхний наконечник 6, цилиндрическую пружину 7, оси 8.

Пружина пластинчатая 1 выполнена в форме выгнутой дуги с шарнирами, сборка выполнена крепежными элементами - заклепками. Пружину пластинчатую 1 изготавливают из прецизионных сплавов или коррозионностойких сталей, при этом для обеспечения необходимой упругости и продольной устойчивости используют материалы, модуль упругости которых не превышает 2,18x10⁵ МПа. Материал и жесткость пластинчатых пружин подбирают таким образом, чтобы гарантировать их надежность при возникновении ситуации, когда центратор воспринимает нагрузку от веса электродвигателя установки УЭЦН на одну пластинчатую пружину, обеспечивая гарантированный проход установки УЭЦН в некоаксиальных муфтовых разнодиаметральных переходах колонн.

Конус 2 прикручен к нижней части корпуса 3 и представляет собой конусообразную конструкцию с радиусным закруглением острой части, что позволяет направлять и обеспечивать беспрепятственное прохождения центратора в эксплуатационную колонну, а также снижает силы трения и исключает заклинивание установки УЭЦН при заходе в колонну с меньшим диаметром. Острый угол при вершине направляющего конуса 2 составляет 14÷16°. В теле конуса 2 под углом выполнены входные отверстия, предназначенные для прохождения жидкости и снижения гидравлического сопротивления при спуске установки УЭЦН.

Корпус 3 имеет цилиндрическую форму с внутренним каналом для прохождения жидкости при спуске установки УЭЦН и снабжен в верхней части пазами для крепления нижних концов пружин пластинчатых 1. Корпус 3 в составе центратора неподвижно зафиксирован с помощью резьбовых соединений на наружной поверхности направляющей трубки 4 и на внутренней поверхности конуса 2.

Направляющая трубка 4 выполнена с внутренним проходным каналом на всю длину и наружной резьбой по концам. К верхней резьбе присоединен наконечник 6, а к нижней резьбе - корпус 3. Внутренний проходной канал направляющей трубки 4 обеспечивает прохождение жидкости из направляющего конуса 2, полого корпуса 3 при спуске установки УЭЦН.

Втулка 5 выполнена в виде цилиндра с пазами на наружной поверхности для крепления верхних концов пружин пластинчатых 1 и установлена на направляющей трубке 4 с возможностью движения вдоль оси при сжатии пружин пластинчатых 1 во время спуска установки УЭЦН. По внутреннему диаметру подвижной втулки 5 нанесено антифрикционное покрытие, обеспечивающее защиту втулки при движении вдоль внешнего диаметра направляющей трубки 4.

Шарниры пружин пластинчатых 1 зафиксированы в отверстиях пазов полого корпуса 3 и в отверстиях пазов втулки 5 с помощью осей 8, которые развальцованы для исключения их выпадания и самоотвинчивания. Количество пружин пластинчатых 1 рассчитывают исходя из обеспечения гарантированного удержания веса электродвигателя установки УЭЦН при заходе в боковые стволы, а также при заходе в боковые стволы со смещенной колонной.

В наконечнике 6, имеющим цилиндрическую форму, выполнен центральный внутренний канал, из которого отведены выходные отверстия, предназначенные для прохождения жидкости при спуске УЭЦН. В верхней части наконечник 6 имеет резьбу для стыковки центратора с электродвигателем УЭЦН.

Цилиндрическая пружина 7 установлена между наконечником 6 и подвижной втулкой 5.

В зависимости от условий эксплуатаций материалы центратора могут быть подобраны для различных сред, том числе для условий с коррозионным воздействием сероводорода при одновременном воздействии напряжений (условия СКРН).

Центратор работает следующим образом:

При монтаже УЭЦН центратор скважинный вкручивают в узел основания электродвигателя, после чего УЭЦН спускают в скважину на необходимую глубину эксплуатации.

При спуске УЭЦН в скважину на горизонтальном, вертикальном, наклонном или искривленном участках колонны с муфтовыми переходами, пружины пластинчатые 1 центратора скважинного, взаимодействуя с внутренними стенками, сжимаются и перемещают втулку 5 вдоль оси направляющей трубки 4 вверх, при этом пружина 7 сжимается, оказывая осевую силу противодействия движению втулки 5, обеспечивая тем самым равномерное распределение силы упругости пружин пластинчатых 1, благодаря чему осуществляется центрирование УЭЦН относительно стенок скважины или стенок переходных муфт (фиг. 2-4).

В случае прохождения некоаксиальных муфтовых разнодиаметральных переходов колонн пластинчатая пружина 1 начинает перемещать втулку 5, вслед за которой начинают закрываться и другие пластинчатые пружины 1, преодолевая осевое усилие. Следовательно, при опирании центратора на одну пластинчатую пружину 1 радиальная жесткость будет максимальной, так как усилие для осевого смещения втулки 5 будет поступать лишь с одной пластинчатой пружины 1, при этом пружина 7 и упругая составляющая остальных пластинчатых пружин 1 будет препятствовать этому смещению, тем самым центрируя положение направляющего конуса 2 для беспрепятственного прохождения (фиг. 5).

При спуске УЭЦН возникает гидравлическая сила сопротивления от жидкости, находящейся в скважине. Для снижения влияния гидравлической силы и прохождения жидкости через всю длину центратора в конструкции выполнены входные отверстия в конусе 2, внутренний канал в корпусе 3, внутренний проходной канал в направляющей трубке 4 и выходные отверстия в наконечнике 6.

Предлагаемый центратор является частью УЭЦН за счет резьбового соединения с узлом основания электродвигателя, что существенно облегчает монтаж. Наряду с этим конструкция исключает разрушение центратора при спуске и повышает надежность установки за счет эффективного центрирования во время прохождения искривленных участков скважин и некоаксиальных муфтовых разнодиаметральных переходов колоны, а также защищает кабельный удлинитель при заходе УЭЦН в боковой ствол.

Изобретение предназначено для центрирования электродвигателя погружной установки электроцентробежного насоса (ЭЦН). Центратор скважинный для спуска установки ЭЦН включает направляющую трубку с установленными по ее концам верхним наконечником, имеющим присоединительную резьбу для соединения с электродвигателем ЭЦН, и нижней концевой деталью, подвижную втулку, дугообразные пластинчатые пружины, и цилиндрическую пружину, размещенную между верхним наконечником и подвижной втулкой. Верхние концы дугообразных пластинчатых пружин вмонтированы в пазы подвижной втулки. Нижние концы дугообразных пластинчатых пружин зафиксированы в пазах нижней концевой детали, выполненной в виде полого корпуса. К нижней концевой детали присоединен направляющий конус с наклонными входными отверстиями, выполненный с радиусным закруглением острой части для исключения заклинивания при заходе в колонну с меньшим диаметром. Верхний наконечник снабжен выходными отверстиями. Обеспечивается повышение надежности центратора, улучшение центрирования электродвигателя установки ЭЦН во время спуска в колонну и гарантированный проход установки ЭЦН в муфтовых и безмуфтовых обсадных колоннах и при спуске в боковой ствол, а также защита кабельного удлинителя от повреждений при заходе установки ЭЦН в боковой ствол. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Центратор скважинный для спуска установки электроцентробежного насоса (ЭЦН), включающий направляющую трубку с установленными по ее концам верхним наконечником, имеющим присоединительную резьбу для соединения с электродвигателем ЭЦН, и нижней концевой деталью, подвижную втулку, дугообразные пластинчатые пружины, цилиндрическую пружину, размещенную между верхним наконечником и подвижной втулкой, в которую вмонтированы верхние концы дугообразных пластинчатых пружин, отличающийся тем, что нижние концы дугообразных пластинчатых пружин зафиксированы в пазах нижней концевой детали, выполненной в виде полого корпуса, к которой присоединен направляющий конус с наклонными входными отверстиями, выполненный с радиусным закруглением острой части для исключения заклинивания при заходе в колонну с меньшим диаметром, а верхний наконечник снабжен выходными отверстиями.

2. Центратор по п. 1, отличающийся тем, что направляющий конус выполнен с углом при вершине, составляющим 14-16°.

3. Центратор по п. 1, отличающийся тем, что дугообразные пластинчатые пружины рессорного типа выполнены из коррозионно-стойкой стали или прецизионных сплавов с модулем упругости, не превышающим 2,18⋅10⁵ МПа.

4. Центратор по п. 1, отличающийся тем, что концы дугообразных пластинчатых пружин зафиксированы в шарнирах и развальцованы заклепками, при этом шарниры зафиксированы в отверстиях пазов, выполненных в верхней части полого корпуса и в подвижной втулке, посредством осей.