НАСОСНАЯ ШТАНГА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано для передачи движения в составе колонны насосных штанг от наземного привода к скважинному штанговому насосу.
Известны насосные штанги (по ГОСТ 13877-96), которые свинчивают в штанговую колонну, передающую возвратно-поступательное или вращательное движение от точки подвеса штанги поверхностного привода к плунжеру глубинного насоса. Штанга представляет собой тело круглого сечения, на концах которого имеются участки с резьбой для присоединения соединительных элементов. Известны насосные штанги (по ГОСТ Р 51161-2002), содержащие стержень с установленными с двух сторон резьбовыми головками. Штанги соединяются между собой муфтами в штанговую колонну. Для соединения штанг одинаковых размеров выпускают соединительные муфты, а штанг разных размеров - переводные муфты. Штанги поставляют с навинченными на один конец муфтами.
Известна также насосная штанга (см. пат. RU №2210002, F04B 47/02, опубл. 10.08.2003, Бюл. №22), содержащая стеклопластиковый полый стержень и закрепленные с обеих сторон стержня полые металлические головки с резьбовыми соединительными элементами.
Общими недостатками всех перечисленных аналогов являются:
- снижение надежности из-за отсутствия предохранительных элементов, предотвращающих обрывы штанг;
- недостаточная живучесть, которая определяется только механическими свойствами материала;
- неремонтопригодность в условиях эксплуатации.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемой конструкции насосной штанги является «Насосная штанга» (см. пат. RU №2336435, F04B 47/00, опубл. 20.10.2008), включающая полый стержень, установленные с двух сторон на концах полого стержня головки, имеющие хотя бы с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом, оснащенный упорными площадками, размещенными на концах штанги, и внутренним стержнем, который снабжен концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками стержня.
Недостатком является отсутствие возможности регулирования частоты собственных колебаний насосной штанги, и вибрации колонны насосных штанг, снижающих их технический ресурс.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности и живучести насосной штанги, за счет возможности регулирования частоты собственных колебаний штанги, и создания предварительно напряженного состояния в насосной штанге.
Указанная техническая задача решается в предлагаемой насосной штанге, включающей полый стержень, оснащенный упорными площадками, размещенными на концах штанги, и внутренний стержень, снабженный концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками полого стержня, согласно предлагаемому изобретению, внутренний стержень, снабженный резьбовыми элементами по обоим концам и квадратом под ключ с одной из сторон, установлен с возможностью регулирования его натяжения вращением гайки, для создания предварительного сжатия полого стержня и изменения частоты собственных колебаний насосной штанги.
На чертеже изображен вид с сечением насосной штанги.
Насосная штанга, включающая полый стержень 1, установленные с двух сторон на концах полого стержня головки 2. Полый стержень 1 оснащен на концах упорными площадками 3. В сквозное отверстие полого стержня 1, установлен внутренний стержень 4, имеющий участок с резьбой по обоим концам и квадрат под ключ 5 с одной из сторон. Внутренний стержень 4 закрепляется с помощью гаек 6, взаимодействующими с упорными площадками 3 полого стержня 1.
Внутренний стержень 4 закрепляется, на головке 2, с другой стороны выполнена резьба, обеспечивающая необходимую прочность конструкции и точность регулировки натяжения внутреннего стержня 4. Натяжение внутреннего стержня 4 регулируется вращением гайки 6. Изменение натяжения внутреннего стержня 4 осуществляется путем вращения гайки 6, при этом удерживается от поворота внутренний стержень 4 за грани квадрата под ключ 5. Гайка 6 стопорится от отвинчивания в процессе эксплуатации известными в технике методами: контргайкой, пружинной шайбой, лапчатой шайбой и т.п.
В процессе эксплуатации штанговая колонна воспринимает нагрузки: растяжение, сжатие, изгиб, кручение и колебания. Увеличение надежности и технического ресурса насосной штанги и скважинного штангового насоса обеспечивается изменением частоты собственных колебаний насосной штанги, созданием состояния предварительного сжатия полого стержня 1 путем регулирования натяжения внутреннего стержня 4.
Переход колебаний насосных штанг в диапазон высоких частот способствует снижению трения в паре цилиндр-плунжер скважинного штангового насоса, колонны насосных штанг о внутреннюю поверхность НКТ. Уменьшение трения в паре цилиндр-плунжер скважинного штангового насоса приводит к увеличению коэффициента наполнения насоса и производительности скважинной штанговой насосной установки.
Перед спуском в скважину, при растяжении внутреннего стержня 4, полый стержень 1 насосной штанги приводится в предварительно сжатое состояние. При эксплуатации насосной штанги, полый стержень 1 приходит в менее напряженное состояние.
Насосная штанга работает следующим образом.
При помощи резьбовых элементов внутреннего стержня 4 и гаек 6 стержень 4 устанавливается в полый стержень 1 перед спуском в скважину (на чертеже не показана). Насосная штанга посредством муфт собирается в колонну. Верхняя часть колонны полых штанг соединяется с тяговым устройством, например станком-качалкой (на чертеже не показан), а нижняя - с рабочим органом, например со штанговым насосом (на чертеже не показан). В процессе работы скважинной штанговой насосной установки колонна насосных штанг совершает возвратно-поступательные движения с величиной хода и частотой согласно режиму работы привода.