Результат интеллектуальной деятельности: ЯКОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВОК ПЛУНЖЕРНОГО ЛИФТА

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, оборудованных установкой плунжерного лифта.

Известно якорное устройство для ограничения хода вниз плунжера, состоящее из ступенчатого штока, предварительно зафиксированного и размещенного внутри узла цангового захвата с последующей возможностью ограниченного осевого перемещения. При этом узел цангового захвата содержит цилиндр с двумя неподвижно соединенными ступенчатыми направляющими, в нижней части оснащенными опорными выступами и проволочным замковым механизмом [см. каталог фирмы Production Control Services "Plunger lift equipment manufacturer". 1997 г., с.13].

Недостатком данной конструкции является то, что его установка возможна только на определенной глубине в специальном переводнике или в стыке резьбового соединения колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Кроме того, двухопорная конструкция является неустойчивой, что приводит к отклонению верхней части устройства от оси скважины и деформации направляющих за пределом допустимых напряжений.

Известно также якорное устройство шлипсовго типа, выбранное нами в качестве прототипа, состоящее из ступенчатого штока, размещенного внутри узла цангового захвата, которые зафиксированы друг относительно друга с помощью штифтов и пружины. Цанговый захват в верхней части оснащен множеством шлипсов, обеспечивающих центрированное положение устройства в скважине [см. там же, с.13]. Для перевода якорного устройства из транспортного в рабочее положение на любой глубине с помощью специального инструмента штифты срезаются, плашки расходятся и прижимаются конической поверхностью ступенчатого штока к внутренней поверхности НКТ.

Недостатком данной конструкции являются низкие эксплуатационные качества из-за ненадежной работы устройства в наклонно-направленных и горизонтальных участках скважины, что выражается недоходом до заданной глубины установки якоря, вызванной самопроизвольным переводом из транспортного в рабочее положение при срезе штифтов в результате упора нижнего торца узла цангового захвата в месте перегиба колонны НКТ.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств надежности работы якорного устройства в различных скважинных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что якорное устройство включает ступенчатый шток, узел цангового захвата с направляющими шлипсового типа, содержащий механизм фиксации, выполненный в виде прорезей со втавленным в них проволочным замком, причем узел цангового захвата содержит, по крайней мере, три направляющих, в торцах которых выполнены прорези трапециевидной формы.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами. На фиг.1, 2 представлено якорное устройство в транспортном положении, на фиг.3, 4 - то же устройство в рабочем положении.

Конструкция якорного устройства (фиг.1, 2) содержит ступенчатый шток 1, в верхней части которого выполнена ловильная головка 2 для спуска и подъема якорного устройства с помощью канатной техники. В средней части штока имеется утолщение 3, предназначенное для ограничения хода ступенчатого штока 1 в цанговом захвате 4. В нижней части ступенчатого штока 1 навинчен наконечник 5, зафиксированный от отворота штифтом 6. Цанговый захват состоит из втулки с направляющими 7, в нижней части которых снаружи выполнены опорные шлипсы 8, а на торцах имеются прорези 9 трапециевидной формы в поперечном разрезе. На внутренней поверхности направляющих имеются распорная коническая поверхность 10 и ограничительные выступы 11. Направляющие 7 сведены до минимального диаметра с помощью проволочного замка 12, помещенного в прорезь 9 каждой направляющей и имеющего спусковой отвод 13.

Работает якорное устройство следующим образом. Перед спуском якорного устройства в скважину его переводят в транспортное положение (фиг.1, 2). Для этого в радиальном направлении сжимаются направляющие 7 и проволочный замок 12 вводится в прорези 9. Окончание спускового отводка 13 располагается на окружности с радиусом, превышающим на 2-3 мм внутренний радиус НКТ. При вводе в НКТ спусковой отвод 13 упруго деформируется в верхнем направлении, допуская с незначительным сопротивлением перемещения якорного устройства только в нижнем направлении. Боковая поверхность 14 прорезей 9 в направляющих 7 способствует удержанию замка 12 в начальном положении и обеспечивает нормальный спуск якорного устройства на заданную глубину. По ее достижению якорное устройство приподнимают на 11-12 м так, чтобы гарантированно пройти стык в колонне НКТ, спусковой отвод 13 замка 12 заходит в стык, углубляется и выпрямляется в нем. Напряженное состояние замка 12 уменьшается, боковая поверхность 14 в этом случае не оказывает сопротивления и при дальнейшем движении якорного устройства вверх кольцо выпадает из прорези 9. Направляющие 7 переводятся в рабочее положение, при котором шлипсы 8 с незначительным усилием прижимаются к внутренней поверхности труб за счет действия упругих сил узла цангового захвата 4. Подъем якорного устройства прекращается, и к нему прикладываются сжимающие нагрузки от веса спускного инструмента. За счет усилия предварительного поджатия шлипсы 8 удерживают на месте неподвижно цанговый захват 4, а ступенчатый шток 1 перемещается вниз до упора утолщения 3 в цанговый захват 4. Конический наконечник 5 взаимодействует с распорной конической поверхностью 10 направляющих 7, что позволяет надежно зафиксировать шлипсы 8 на внутренней поверхности НКТ.

При этом конический наконечник 5 располагается ниже ограничительных выступов 11, которые препятствуют самопроизвольному ходу ступенчатого штока 1 в обратном направлении. Для извлечения якорного устройства из скважины к ступенчатому штоку необходимо приложить растягивающую нагрузку, превышающую заданное усилие упругой деформации направляющих 7 при прохождении верхнего торца конического наконечника 5 через ограничительные выступы 11.

Опора якорного устройства по трем точкам обеспечивает жесткую фиксацию якорного устройства относительно вертикальной оси НКТ, кроме этого достигается равномерное распределение радиальной нагрузки на НКТ, уменьшение напряженного состояния колонны НКТ в местах контакта со шлипсами 8 и уменьшение их деформации за счет увеличения суммарной площади поперечного сечения направляющих 7 и шлипсов 8.

Технико-экономический эффект от применения предложенного якорного устройства выражается в сокращении на 7-10% эксплуатационных затрат при работе нефтяных и газовых скважин.