КАНАТНАЯ НАСОСНАЯ ШТАНГА
ROPE-TYPE SUCKER ROD

Изобретение относится к насосным штангам, используемым в установках для добычи жидкости из скважин штанговыми скважинными насосами и штанговыми винтовыми насосами, и может быть применена для добычи нефти из нефтяных наклонно-направленных скважин, скважин с боковыми стволами, а также при добыче высоковязких нефтей.
В качестве аналога авторами принята насосная штанга, передающая возвратно-поступательное движение и продольное усилие от наземного штангонасосного привода к рабочему органу скважинного штангового насоса, состоящая из цельнометаллического тела штанги и головки штанги с соединительной резьбой (ГОСТ 13877-96 Штанги насосные и муфты штанговые. Технические условия).
Недостатками данной насосной штанги являются:
- низкая эксплуатационная надежность штанг, обусловленная тем что, колонна штанг в месте интенсивного набора кривизны движется внутри эксплуатационной колонны, что будет приводить к протирам эксплуатационной колонны и преждевременному износу и обрыву самих штанг;
- частый обрыв штанг, обусловленный большими напряжениями, возникающими в приводе из-за возвратно-поступательного движения колонны штанг.
При этом из уровня техники известна заделка канатной насосной штанги для соединения конца каната с плунжером штангового насоса, состоящая из корпуса, двух конических втулок, зажимной гайки, клиновых вкладышей и стальных клиньев, служащих для заделки конца каната (Ивановский В.Н., Пузанов О.В., Каштанов B.C., Деговцов А.В. «Скважинные насосные установки с канатными штангами». Совершенствование техники и технологии добычи нефти в НГДУ «Покачевнефть». М.: «Нефть и газ», 1993 г., с.80-107).
Недостатками данной заделки канатной насосной штанги являются:
- низкая надежность захвата каната, обусловленная возможным выходом стальных клиньев из заделанного конца каната при циклических нагрузках;
- сложность подъема канатной штанги при заклинивании плунжера штангового насоса;
- низкая эксплуатационная надежность штанг насосной установки, обусловленная невозможностью передачи вращательного движения плунжеру штангового насоса или ротору винтового штангового насоса;
- частый обрыв штанг, обусловленный проворотом каната в захвате.
Наиболее близким устройством, взятым авторами в качестве прототипа, является канатная насосная штанга, передающая возвратно-поступательное движение и продольное усилие от наземного штангонасосного привода к рабочему органу скважинного штангового насоса, состоящая из каната, прикрепляемого с одной стороны к полированному штоку, а с другой - к захвату каната вставного насоса (Ивановский В.Н. Вопросы эксплуатации малодебитных скважин механизированным способом // Инженерная практика, №7, 2010 г., С.4-15).
Недостатками данной насосной штанги являются:
- низкая эксплуатационная надежность штанг, обусловленная конструкцией каната, приводящей к преждевременному износу и обрыву штанг;
- низкая надежность захвата каната, обусловленная неравномерным нагружением всех проволок каната;
- частый обрыв штанг, обусловленный проворотом каната в захвате.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы канатных штанг при эксплуатации нефтяных наклонно-направленных скважин и нефтяных скважин с боковыми стволами, а также при добыче высоковязких нефтей.
Технический результат достигается тем, что канатная насосная штанга, передающая возвратно-поступательное движение и продольное усилие от поверхностного привода к рабочему органу скважинного штангового насоса, состоит из тела штанги и головки штанги с резьбой. При этом, согласно изобретению, в качестве тела штанги используется канат закрытой конструкции с Z, X и O-образными проволоками, а в качестве головки штанги используется заделка, обеспечивающая равномерное нагружение всех проволок каната. Кроме того, на конце заделок штанги расположена резьба, обеспечивающая соединение с насосом, полированным штоком или колонной штанг.
Кроме того, канатная насосная штанга может быть выполнена с возможностью передачи вращательного движения от поверхностного привода к рабочему органу скважинного насоса, при этом заделки дополнительно снабжены узлом, предотвращающим проворот каната в заделке.
Кроме того, заделка канатной насосной штанги может включать корпус, первую и вторую конические втулки, клиновые вкладыши, зажимную гайку, вкрученную в верхнюю часть корпуса, при этом в конец каната, расположенный в заделке, вставлены стальные клинья, при этом клиновые вкладыши расположены между первой и второй коническими втулками, а в нижней части корпуса расположена дополнительная втулка с внутренней резьбой, при этом в дополнительную втулку ввинчена стопорная гайка, выполненная с возможностью предотвращения выхода стальных клиньев из конца каната, кроме того, конец каната ниже клиновых вкладышей выполнен с бандажом для предотвращения раскручивания и распушения проволок каната.
Кроме того, в корпусе в месте расположения второй конической втулки могут быть выполнены пазы, а на второй конической втулке - наружные шлицы, входящие в зацепление с пазами в корпусе и воспринимающие крутящий момент, при этом коническая поверхность втулки имеет углубленные пазы, предотвращающие проворот каната в конической втулке.
Кроме того, заделка канатной насосной штанги может включать корпус, первую и вторую конические втулки, клиновые вкладыши, при этом в конец каната, расположенный в заделке, вставлены стальные клинья, при этом в верхнюю часть корпуса установлено упорное кольцо, охватывающее канат и закрепленное в корпусе срезными винтами, при этом клиновые вкладыши расположены между первой и второй коническими втулками, а в нижней части корпуса расположена дополнительная втулка с внутренней резьбой, кроме того, в дополнительную втулку ввинчена стопорная гайка, выполненная с возможностью предотвращения выхода стальных клиньев из конца каната, а конец каната ниже клиновых вкладышей выполнен с бандажом для предотвращения раскручивания и распушения проволок каната.
На фиг.1 показан общий вид канатной насосной штанги, на фиг.2 - сечение А-А тела штанги, на фиг.3 - канатная насосная штанга для передачи вращательного движения, на фиг.4 показан первый вариант заделки канатной насосной штанги, на фиг.5 - второй вариант заделки канатной насосной штанги, на фиг.6 и фиг.7 - вариант выполнения заделки канатной штанги, предотвращающей проворот каната.
Канатная насосная штанга состоит из каната 1 закрытой конструкции с Z-образными 4, X-образными 5 и O-образными проволоками, а также заделок 2, обеспечивающих равномерное нагружение всех проволок каната. На конце заделок имеется резьба 3, обеспечивающая соединение с насосом, полированным штоком или с обычной колонной штанг.
При использовании каната для передачи вращательного движения от поверхностного привода к рабочему органу скважинного насоса заделки 2 снабжены узлом 6, предотвращающим проворот каната в заделке.
Длина каната 1 может быть различной, канатная насосная штанга может быть установлена только в месте интенсивного набора кривизны скважины (в месте перехода в боковой ствол скважины), а может соединять полированный шток с плунжером штангового насоса или в случае использования канатных штанг для передачи вращательного движения - с винтом штангового винтового насоса.
Прилегание каната к обсадной трубе в месте изгиба скважины происходит по большей поверхности, чем бы это было в случае использования обычных штанг. Большая поверхность взаимодействия каната с колонной насосно-компрессорных труб соответственно обеспечивает более равномерный износ и каната, и колонны труб.
При эксплуатации наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами канатная насосная штанга существенно снижает вероятность обрыва штанг, обеспечивая при этом повышение эффективности эксплуатации скважины.
Z, X и O-образные проволоки обеспечивают более высокую прочность закрытой конструкции каната по сравнению с обычным изготовлением каната. Заделка, выполненная по концам каната, обеспечивает равномерное нагружение всех проволок каната. А заделка, снабженная узлом, предотвращающим проворот каната в заделке, позволяет передавать вращательное движение от наземного привода к рабочему органу скважинного насоса.
В первом варианте выполнения (фиг.4) заделка канатной насосной штанги состоит из корпуса 13, в верхней части которого установлена зажимная гайка 17. Внутри корпуса 13 установлена первая коническая втулка 8 с клиновыми вкладышами 9, служащими для удержания каната 1. Ниже первой конической втулки 8 установлена вторая коническая втулка 15, внутри которой с помощью стальных клиньев 12 заделан конец каната 1. Бандаж 10 служит для предотвращения преждевременного раскручивания и распушения проволок каната 1. В нижней части корпуса установлена втулка 14 с внутренней резьбой, в которую вкручена стопорная гайка 11. Втулка 14 служит также для соединения заделки с плунжером штангового насоса.
Заделка канатной насосной штанги по второму варианту выполнения (фиг.5) отличается от заделки по первому варианту выполнения тем, что в верхней части корпуса 13 вместо зажимной гайки 17 установлено упорное кольцо 18, закрепленное в корпусе срезными винтами 19.
Заделка канатной насосной штанги по третьему варианту выполнения (фиг.6 и 7) отличается от заделки по первому варианту выполнения тем, что для исключения проворачивания второй конической втулки 15 в корпусе 13 выполнены пазы 20. При этом сама вторая коническая втулка 15, в которой заделывается конец каната 1, имеет наружные шлицы 21, входящие в зацепление с пазами 20 в корпусе 13 и воспринимающие крутящий момент. Для предотвращения проворота каната в конической втулке коническая поверхность втулки имеет углубленные пазы 22, в которые при распушении конца каната входят его проволоки.
Заделка канатной насосной штанги работает следующим образом. На отрезанный конец каната 1 с бандажом 10 надевается зажимная гайка 17, первая коническая втулка 8 и вторая коническая втулка 15. Конец каната 1 заделывается во второй конической втулке 15 с помощью стальных клиньев 12, которые забиваются в зазоры между проволоками в торец каната. В коническую втулку 8 вставляются клиновые вкладыши 9. Закрепленный в первой и второй конических втулках 8 и 15 конец каната вставляется в корпус 13, при этом зажимная гайка 17 ввинчивается в верхнюю часть корпуса 13. В нижнюю часть корпуса 13 вкручивается втулка 14, внутрь которой вворачивается стопорная гайка 11. При нагружении каната 1 вторая коническая втулка 15 давит на клиновые вкладыши 9, которые, перемещаясь в первой конической втулке 8, обжимают тело каната. Таким образом удерживают его. Первая коническая втулка 8 удерживается в корпусе 13 зажимной гайкой 17. Стопорная гайка 11 предотвращает вылезание стальных клиньев 12 из распушенного во второй конической втулке 15 конца каната 1.
Второй вариант выполнения заделки канатной насосной штанги отличается от первого варианта заделки канатной насосной штанги тем, что в верхней части корпуса 13 вместо зажимной гайки 17 установлено стопорное кольцо 18, закрепленное в корпусе 13 срезными винтами 19. Такая конструкция позволяет освободить конец каната при заклинивании плунжера штангового насоса, при проведении спускоподъемных операций.
Третий вариант заделки канатной насосной штанги отличается от первого варианта заделки канатной насосной штанги тем, что в нижней части корпуса 13 имеются пазы 20, а вторая коническая втулка 15 имеет шлицы 21, входящие в зацепление с пазами 20, что исключает возможность вращения второй конической втулки 15 в корпусе 13. Для предотвращения вращения каната во второй конической втулке 15 ее коническая поверхность имеет углубленные пазы 22, в которые входят отдельные проволоки при распушении конца каната стальными клиньями 12.
Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления канатной насосной штанги и вариантов заделки канатной штанги, а также сопроводительных чертежей, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленного изобретения. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящего изобретения, следует считать защищенными настоящим изобретением в объеме прилагаемой формулы изобретения.