ловитель насосных штанг

Формула изобретения

Ловитель насосных штанг, содержащий корпус, переводник, цангу с перьями, расположенными в окнах корпуса, отличающийся тем, что переводник связан с корпусом посредством стержней, расположенных с возможностью размещения между ними тела ловимой штанги, а на наружной поверхности перьев выполнены уступы для взаимодействия с верхними кромками окон корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для использования в процессе ремонта скважин.

Широко известен ловитель аварийных насосных штанг, содержащий корпус со сквозным каналом, эксцентричный переводник для присоединения к рабочей колонне, захватный элемент, выполненный в виде двурогой вилки, установленной в корпусе оси (Ловитель типа ЛШПМ2. Амиров А.Д. и др. "Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных скважин". - М.: Недра, 1979).

Недостаток известного устройства - малая грузоподъемность, что связано с тем, что, во-первых, в известном ловителе захватный элемент (вилка) работает на изгиб, а поскольку толщина последнего ограничена зазором между муфтой ловимой штанги и стенкой насосных труб, это обстоятельство ограничивает нагрузку, воспринимаемую захватным элементом. Во-вторых, присоединительный переводник, установленный на корпусе с эксцентриситетом с целью размещения рядом тела ловимой штанги подвергается под рабочей нагрузкой внецентровому растяжению, что вызывает в переводнике дополнительные изгибающие напряжения, наложение которых на растягивающие напряжения ограничивает грузоподъемность устройства.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является ловитель штанг, содержащий корпус, переводник, подпружиненную цангу, перья которой размещены в окнах, выполненных на корпусе (АС N 662689).

Указанный ловитель под шифрами ШК-47, ШК-57 (штанголовка комбинированная) изготавливается Ишимбайским машиностроительным заводом. Основной недостаток известного устройства - низкая надежность в скважинах, где в насосных трубах имеются значительные парафиносмолистые отложения. В таких скважинах подпружиненная цанга известного ловителя иногда занимает рабочее положение преждевременно, т.е. до контакта с головой аварийной (ловимой) колонны, т.к. пружина цанги отжимается под действием сопротивления вязкой массы в трубах.

Укажем еще на один недостаток, заключающийся в том, что при использовании ловителя не гарантирована ловля аварийной колонны в тех случаях, когда над захватываемым муфтовым соединением может находиться некоторая часть тела штанги. В промысловой практике обрыв происходит чаще именно таким образом, т.к. участки штанги, прилегающие к головкам, содержат большое количество концентратов напряжений. Поэтому в этих случаях известный ловитель-прототип приходится дополнять еще одним ловителем, установив его между корпусом и переводником прототипа. Назначение второго ловителя в таком тандеме - комбинированной штанголовке (ШК) - захват аварийной колонны за тело штанги в случае если известный основной ловитель-прототип не достигнет захватываемой муфты на аварийной колонне из-за наличия тела штанги над ней. Таким образом, к недостаткам известного ловителя следует отнести и сложность компоновки ловильного инструмента при его использовании, что выражается в необходимости применения вместе с ним второго ловителя для захвата штанги за тело.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ловителя штанг за счет обеспечения захвата муфтового соединения аварийной колонны при наличии над ней части тела аварийной штанги, а также повышение его надежности в случае спуска в трубы с отложениями парафиносмолистых компонентов нефти.

Поставленная цель достигается тем, что переводник связан с корпусом посредством стрежней, расположенных с возможностью размещения между ними тела ловимой штанги, а на наружной поверхности перьев выполнены уступы для взаимодействия с верхними кромками окон корпуса.

Благодаря такому исполнению соединения корпуса с переводником в предложенном устройстве тело ловимой штанги, находящееся над захватываемым резьбовым соединением аварийной колонны, проходит через корпус устройства и располагается выше него между стержнями переводника, а захват происходит штатно, т.е. цанговым захватным элементом за муфту штанги. Указанная способность в работе устройства позволяет обойтись без применения вместе с ним второго, страхующего ловителя, осуществляющего захват за тело штанги. Кроме того, жидкость и асфальтосмолистые и парафиновые компоненты нефти, проходящие через устройство при его спуске в скважину, свободно проходят через промежутки между стержнями как в осевом, так и в радиальном направлениях, благодаря чему обеспечивается спуск ловителя в "грязные" скважины. Поскольку указанные стержни - в количестве 2 или более - могут быть расположены осесимметрично, что исключает их внецентровое растяжение с изгибом, благодаря чему повышается грузоподъемность устройства. При этом в результате зацепления перьев цанги за кромки окон корпуса исключается возможность преждевременного перемещения цанги в рабочее положение под действием вязкой массы парафина, проходящей через ловитель.

По вопросам новизны и соответствия устройства критерию "изобретательский уровень" сообщаем следующее.

Из доступных заявителем источников неизвестна конструкция ловителя штанг, совпадающая с предложенным устройством. По нашему мнению, заявляемое устройство не является явным конструктивным усовершенствованием ни аналога, ни прототипа, модернизируемых в отдельности. Предложенное устройство также не сводится лишь к конструкторскому объединению в нем признаков аналога с признаками прототипа, так как заявляемый ловитель содержит и новые конструктивные признаки, отсутствующие в указанных известных устройствах. Благодаря последним в предложенном устройстве исключено, во-первых, внецентровое приложение рабочей нагрузки от корпуса к переводнику, что имеет место в аналоге и является в нем одной из причин малой грузоподъемности; во-вторых, в предложенном ловителе исключено его преждевременное срабатывание во время спуска в скважину. Таким образом, новые конструктивные признаки предложенного устройства приводят к тому, что оно объединяет преимущества известных аналога и прототипа, будучи свободным от существенных недостатков последних. Изложенное свидетельствует, что заявляемое устройство обладает новым сочетанием преимуществ, которого нет в отдельности ни у аналога, ни у прототипа, т. е. совокупность отличительных признаков придает заявляемому изобретению новые свойства. Поэтому с учетом приведенных выше обстоятельств техническое решение, предложенное в настоящей заявке, на наш взгляд, следует считать отвечающим критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен предложенный ловитель, общий вид до захвата штанги; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение С-С на фиг. 1.

Устройство в верхней части штанги содержит переводник 1, который через стержни 2 связан с корпусом 3. Цанга 4 имеет перья 5, которые размещены в окнах 6 корпуса 3. На перьях 5 выполнены уступы 7, которые находятся ниже верхних кромок 8 окон 6 корпуса 3. Цанга 4 поджата пружиной 9. Внутри корпуса 3 между окнами 6 выполнены бурты 10. На нижних концах перьев 5 имеются внутренние бурты 11. На корпусе 3 выполнен байонетный паз 12, в зацеплении с которым находится винт 13, установленный на цанге 4.

Работа ловителя происходит следующим образом.

Ловитель насосных штанг через переводник 1 соединяется с рабочей колонной штанг и спускается в скважину. Во время прохождения ловителя через зону отложений парафина в насосно-компрессорных трубах смесь парафиносмолистых осадков вместе со скважинной жидкостью перетекает через корпус 3, цангу 4, корпус 3 и далее покидает устройство, проходя между стержнями 2. При этом перемещение цанги 4 вверх под действием вязкой парафиносмолистой массы предотвращается благодаря зацеплению уступов 7 перьев 5 с кромками 8 окон. Сила, необходимая для срыва цанги из зацепления, при прочих равных условиях, зависит от жесткости перьев на изгиб и к тому же автоматически регулируется сопротивлением вязкой парафиновой массы движению ловителя вниз, т.к. чем больше последнее, тем сильнее перья цанги отжимаются от оси устройства в стороны давлением парафиновой массы внутри корпуса. (Совершенно аналогично тому, как происходит прижим самоуплотняющейся манжеты поршня к цилиндру в гидравлических устройствах). После посадки ловителя на ловимую часть аварийной колонны штанг - на муфтовое соединение или на его разрушенные элементы - ловимая муфта проходит между буртами 11 перьев 5 и упирается под цангу 4. Если над ловимой муфтой аварийной колонны имеется часть оторванного тела штанги, последнее происходит через корпус 3 и располагается между стержнями 2. Далее под действием веса рабочей колонны происходит срыв уступов 7 с кромок 8 окон и цанга 4 перемещается относительно корпуса 3 вверх. При этом винт 13, находящийся в байонетном пазе 12, поворачивает цангу 4 с перьями 5 на некоторый угол относительно корпуса 3, в результате чего бурты 11 перьев 5 оказываются над буртами 10. В таком положении завершается захват ловимой муфты, после чего нагрузка от аварийной колонны от захваченной муфты через бурты 11 перьев 5 передается к буртам 10 корпуса 3 ловителя.

По мнению заявителей, предложенный ловитель насосных штанг найдет преимущественное применение в следующих случаях:

в скважинах с отложением парафиносмолистых осадков;

в наклонных скважинах, когда из-за истирания муфтовых соединений размеры последних становятся нестабильными, в результате чего возникают трудности захвата последних шлипсовыми зажимами;

при ловле муфт, обработанных ТВЧ, когда из-за высокой твердости поверхности зацепление муфт со шлипсовыми ловителями ненадежно;

когда ловимая головка аварийной колонны вообще не имеет протяженной цилиндрической наружной поверхности, например, если обрыв произошел у основания резьбы или в квадрате аварийной штанги.

В заключение сообщаем, что нами проводятся промысловые испытания опытного образца ловителя, которые подтвердили изложенные выше преимущества.