Узел колонны насосных штанг

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно для эксплуатации скважин, оборудованных штанговыми насосными установками, и может быть использована в колонне насосных штанг, осуществляющей передачу возвратно-поступательного движения плунжеру штангового насоса от наземного привода.
Известен стандартный узел насосных штанг, соединенных между собой муфтой (ГОСТ 13877-96). Штанги такого узла имеют резьбовой участок с цилиндрической резьбой для соединения с муфтой и упорный бурт, ограничивающий относительное осевое перемещение штанги и муфты и воспринимающий осевые и изгибающие нагрузки. А муфта такого узла имеет резьбовой участок с цилиндрической резьбой для соединения со штангой и торец, взаимодействующий упорным буртом штанги для ограничения осевого перемещения муфты.
Недостатками известного устройства являются:
низкая надежность устройства, связанная с зоной концентрации напряжения в центральном поперечном сечении тела соединительной муфты;
риск неполного свинчивания или развинчивания из-за наличия остатков смазки в полости внутри соединения, что приводит к преждевременному выходу из строя механизма.
Известна муфта штанговая противополетная (патент RU №10777, E21B 43/00, опубл. 16.08.1999), содержащая корпус с внутренней полостью, на которой выполнена резьба, и наружной поверхностью, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в центральной части корпуса выполнено сквозное отверстие, сообщающее внутреннюю полость с пространством за наружной поверхностью.
Известна муфта для соединения насосных штанг (патент RU №25036, E21B 17/042, опубл. 10.09.2002 в бюл. № 25), содержащая полый цилиндрический корпус с внутренней резьбовой, проточками и фасками для выхода резьбоообразующего инструмента, отличающаяся тем, что в ней дополнительно выполнена канавка, расположенная вдоль ее продольной оси, соединяющая витки резьбы, причем дно канавки расположено в теле корпуса за поверхностями впадин резьбы.
Известна муфта штанговая противополетная (патент RU №66773, E21B 17/02, опубл. 27.09.2007), содержащая корпус с внутренней полостью, на которой выполнена резьба, отличающаяся тем, что в центральной части корпуса муфты выполнено одно или несколько сквозных отверстий.
Общим недостатком данных муфт является то, что отверстие или канавка выполняются непосредственно в теле стандартной муфты, уменьшая сечение, снижая постоянство толщины стенки муфты на резьбовом участке, а значит, снижается надежность конструкции муфты.
Известна двухсекционная соединительная муфта колонны штанг (патент RU №134981, МПК E21B 17/042, опубл. 27.11.2013 в бюл. №33), содержащая тело муфты с присоединительной трубной резьбой, отличающаяся тем, что тело муфты разделено сплошным поперечным ребром жесткости на две секции с независимыми трубными резьбами одинакового размера и круглой внутренней фаской в зонах стыка сплошного поперечного ребра жесткости с телом муфты.
Муфта имеет более высокую прочность всей детали к разрывным нагрузкам по сравнению со стандартной благодаря ребру жесткости, но из-за наличия этого ребра жесткости приводит к образованию герметичной полости с воздухом или жидкостью за счет ограничения выхода воздуха или жидкости из полости муфты, что снижает надежность соединения насосных штанг и приводит к сложности в обслуживании устройства, так как не позволяет ликвидировать отворот штанг без их подъема.
Известна муфта для соединения насосных штанг (патент RU № 216606, МПК E21B 17/042, 43/12, опубл. 14.02.2023 в бюл. №5), содержащая тело муфты с присоединительной трубной резьбой, разделенной сплошным поперечным ребром жесткости на две секции с независимыми трубными резьбами одинакового размера и круглой внутренней фаской в зонах стыка сплошного поперечного ребра жесткости с телом муфты, отличающаяся тем, что в теле муфты выполнены сквозные промывочные каналы по одному выше и ниже ребра жесткости, расположенные от круглой внутренней фаски муфты к середине ребра жесткости, под острым углом к оси муфты, и параллельно направленные.
Недостатками устройства является недостаточная эффективность промывочных каналов при использовании большого количества смазки, что создает риск неполного свинчивания резьбового соединения из-за наличия остатков смазки во внутренней полости, что приводит к преждевременному выходу из строя механизма.
Наиболее близким является узел колонны штанг, штанга и муфта (патент RU №102047, E21B 17/00, опубл. 10.02.2011 в бюл. №4), содержащий штанги с телом и резьбовыми концами, соединенные между собой охватывающей их муфтой с резьбовым участком, на штангах между телом и резьбовым концом выполнен цилиндрический поясок диаметром, большим наружного диаметра резьбы, а в муфте по обе стороны резьбового участка выполнены кольцевые канавки, в которых расположены кольца из упругого материала, объем каждого из которых больше объема кольцевой канавки муфты, контактирующие с цилиндрическими поясками смежных штанг, при этом длина резьбового участка муфты меньше суммарной длины резьбовых концов смежных штанг, контактирующих между собой торцами с усилием, обеспечивающим их упругую деформацию.
Недостатками известного устройства являются:
низкая надежность устройства, связанная с зоной концентрации напряжения в центральном поперечном сечении тела соединительной муфты;
риск неполного свинчивания из-за наличия остатков смазки в полости внутри соединения, что приводит к преждевременному выходу из строя механизма.
Техническим результатом узла колонны насосных штанг является повышение надежности фиксации соединяемых насосных штанг за счет исключения попадания консервационной смазки в резьбовые соединения, обеспечения выхода воздуха или жидкости при сохранении запаса прочности в центральном поперечном сечении конструкции.
Технический результат достигается узлом колонны насосных штанг, содержащим штанги с телом и резьбовыми концами, соединенные между собой охватывающей их муфтой.
Новым является то, что муфта выполнена с двумя резьбовыми участками, в резьбовых концах штанги выполнены цилиндрические полости с конической расточкой, а муфта выполнена со сплошным поперечным ребром жесткости, разделяющим муфту на две секции с независимыми трубными резьбами, в поперечном ребре жесткости выполнены цилиндрические лопасти с конической расточкой, при этом в теле муфты выполнены два сквозных промывочных канала, каждый из которых направлен от разных цилиндрических полостей в поперечном ребре жесткости к наружной поверхности муфты, а также цилиндрические полости в резьбовых концах штанги выполнены сообщающимися с цилиндрическими полостями в ребре жесткости муфты.
На фигуре изображена схема узла колонны насосных штанг, где 1 – тело муфты, 2 – присоединительная резьба, 3 – ребро жесткости, 4 – внутренняя фаска, 5/, 5// – цилиндрическая полость в ребре жесткости, 6/, 6// – сквозные промывочные каналы, 7 –  тело штанги, 8 – упорный бурт, 9/, 9// – резьбовые концы штанги, 10/, 10// – цилиндрическая полость в резьбовом участке штанги.
Узел колонны насосных штанг содержит штанги с телом 7 и резьбовыми концами 9/, 9//, соединенные между собой охватывающей их муфтой.
Муфта выполнена с двумя резьбовыми участками. В резьбовых концах штанги 9/, 9// выполнены цилиндрические полости 10/, 10// с конической расточкой, а муфта выполнена со сплошным поперечным ребром жесткости 3, разделяющим муфту на две секции с независимыми трубными резьбами одинакового размера и круглой внутренней фаской в зонах стыка сплошного поперечного ребра жесткости 3 с телом муфты 1.
В поперечном ребре жесткости 3 выполнены цилиндрические полости с конической расточкой5/, 5//, при этом в теле муфты 1 выполнены два сквозных промывочных канала 6/, 6//, каждый из которых направлен от разных цилиндрических полостей 5/, 5// в поперечном ребре жесткости к наружной поверхности муфты
Цилиндрические полости 10/, 10// в резьбовом конце штанги 9/, 9// выполнены сообщающимися с цилиндрическими полостями 5/, 5// в ребре жесткости муфты 3.
Цилиндрические полости 5/, 5// в ребре жесткости муфты 3 и цилиндрические полости 10/, 10// в резьбовом участке штанги 9/, 9// предназначены для отвода излишков консервационной смазки в процессе свинчивания и спуска штанговой колонны, что исключает попадание консервационной смазки в резьбовые соединения.
Сквозные промывочные каналы 6/, 6// обеспечивают выход, скважинной жидкости, воды, воздуха, конденсата, смазки при завороте насосной штанги, при этом муфта сохраняет запас прочности в центральном поперечном сечении конструкции. Так как каналы, расположенные в зоне ребра жесткости, позволяют обеспечить постоянство толщины стенки муфты на резьбовом участке в отличие от аналогов по патентам № 10777, 25036, 66773, а, значит, повысить надежность ее конструкции. Упрощает обслуживание возможность оперативной ликвидации отворота насосных штанг без их подъема во время эксплуатации и расширение технологических возможностей.
Примеры выполнения узла колонны насосных штанг
№ примера
Типоразмернасосных штанг
Диаметр цилиндрической полости в резьбовом участке штанги, мм
Ширина ребра жесткости, мм
Диаметр цилиндрической полости в ребре жесткости муфты, мм
Диаметр отверстий каналов, мм
1
19
7
15,5
8
3
2
22
8
17
9
4
3
25
9
20,5
10
4
Таким образом, узел колонны насосных штанг повышает надежность фиксации соединяемых насосных штанг за счет исключения попадания консервационной смазки в резьбовые соединения, обеспечения выхода воздуха или жидкости при сохранении запаса прочности в центральном поперечном сечении конструкции, а также упрощает обслуживание возможностью оперативной ликвидации отворота насосных штанг без их подъема во время эксплуатации и расширение технологических возможностей.