НАСОСНАЯ ШТАНГА

Предложение относится к области нефтедобывающей промышленности, более конкретно - к оборудованию для механизированной добычи нефти, а именно - к конструкциям стеклопластиковых штанг и предназначено для привода погружных (скважинных) плунжерных насосов.
Известно соединительное устройство насосных штанг, состоящее из двух цилиндрических полумуфт, имеющих внутренние выступы, в которые вставлены цилиндрические шарниры, выполненные заодно с присоединительными муфтами. Полумуфты соединены в единую муфту обоймами (Патент РФ №2.237.792, МПК 7 Е 21 В 17/05).
Недостатки устройства:
- повышенная металлоемкость и малая гибкость штанги вследствие большого удельного веса ее материала и значительной его жесткости;
- неремонтнопригодность конструкции, обусловленное тем, что обоймы жестко фиксированы относительно цилиндрических полумуфт, например, сваркой, что не позволяет использовать годные детали узла при выходе из строя одной из его составляющих.
Известна также насосная штанга, состоящая из цилиндрического стеклопластикового (стекловолокнистого) стержня и установленных на его концах ниппелей. Каждый ниппель, в свою очередь, состоит из наружного резьбового участка и глухого отверстия, предназначенного для размещения конца стрежня. Стенки глухого отверстия образованы цилиндрическими и коническими поверхностями, придающими ему цилиндрическую елочную форму. Пространство между внутренней полостью ниппеля и поверхностью стержня заполнено адгезивом (патент США №4822.201 1989 г.).
Недостатки устройства заключаются в том, что отсутствие надежной фиксации стержня в полости глухого отверстия ниппеля относительно его продольной оси не обеспечивает равномерное распределение адгезива в пространстве между стенками глухого отверстия и стенками конца стержня, тем самым ослабляется прочность адгезивонного соединения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является насосная штанга, включающая цилиндрический стекловолокнистый стержень и расположенные на его концах соединительные элементы (ниппели) (Патент РФ №2.052.627, МПК 6 Е 21 В 17/01, 1996).
К основным недостаткам конструкции относятся:
- неудовлетворительная прочность соединения стержня с ниппелями, обусловленная тем, что заполненный в пространстве между ними адгезив (компаунд) в данном случае воспринимает на себя напряжение среза и его нагрузонесущая способность значительно меньше нагрузонесущей способности стержня, воспринимающего на себя растягивающие силы;
- значительные эксплуатационные расходы вследствие частых нарушений целостности соединения стержня с ниппелем, приводящих к демонтажу верхней части колонны штанг и проведению аварийных работ по подъему оставшейся в скважине части колонны штанг.
Задачей полезной модели является создание насосной штанги, обладающей повышенной прочностью соединения стержня с ниппелем и низкими эксплуатационными расходами.
Указанная задача решается предлагаемой конструкцией насосной штанги, включающей цилиндрический стекловолокнистый стержень и расположенные на его концах соединительные элементы (ниппели).
Новым является то, что стекловолокна на каждом концевом участке стержня расположены расходящимся пучком в сторону смежной штанги, образуя между собой объем, заполненный адгезивом, причем участки эти имеют конусную форму, а их торцы - сферическую поверхность; каждый концевой участок стержня снабжен втулкой, состоящей из двух половинок, охватывающих конусный участок стержня и жестко соединенных между собой после посадки их на конусный участок; один соединительный элемент выполнен в виде стакана с наружной резьбой, а другой - в виде накидной гайки и снабжены изнутри цилиндрическими выборками, с которыми взаимодействуют втулки; между торцами смежных стержней установлены гибкие прокладки, выполненные с поверхностями, адекватными поверхностям торцов конусных участков стержней.
На фиг.1 изображена предлагаемая насосная штанга в продольном разрезе.
На фиг.2 - узел соединения штанг в частичном разрезе.
На фиг.3 - разрез по А-А фиг.2.
На фиг.4 - схема расположения стекловолокон на конусном участке стрежня.
Стеклопластиковая насосная штанга состоит из среднего цилиндрического 1 и концевых конусных 2 и 3 участков, втулок 4 и 5, стакана 6, накидной гайки 7 (соединительные элементы) и гибкой прокладки 8. Каждая втулка выполнена из двух половинок, с общей конусной поверхностью 9, соединенных после посадки их на штангу жестко, например, методом пайки. Конусные участки 2 и 3 штанг заканчиваются сферическими поверхностями
10 и 11 и фиксируются в продольном направлении с помощью гибкой прокладки 8, снабженной идентичными поверхностями 12 и 13. Стекловолокна на концевых участках штанги расположены расходящимся пучком в сторону смежной штанги.
Подготовка штанг к работе
С помощью грузоподъемного механизма поднимают вставку насоса над скважиной, опускают ее туда и фиксируют монтажным хомутом относительно устья скважины, затем освобождают грузоподъемный механизм от вставки насоса, поднимают первую штангу, предварительно установив прокладку 8 в переходник вставки (на фиг, не показан), ввинчивают стакан 6 в переходник вставки. Собранный участок опускают в скважину на длину штанги и фиксируют ее на устье скважины. После этого поднимают вторую штангу, доведя нижний ее конец до верхнего конца первой штанги и установив гибкую прокладку 8 в накидную гайку 7, закручивают стакан 6 в последнюю. Сборка последующих штанг делается аналогичным образом. Демонтаж штанг производится в обратной последовательности.
Работа штанг
Во время работы насоса его штанги воспринимают на центральных участках растягивающие, а на конусных - растягивающие и сжимающие нагрузки. При ходе штанг вверх эти нагрузки значительно больше, чем при ходе вниз. Чем ближе расположены штанги к устью скважины, тем больше на нее приходится нагрузки. На цилиндрическом участке штанги растягивающую нагрузку воспринимают на себя стеклянные волокна 14 (фиг.4), расположенные на конусных участках расходящимся пучком стекловолокна обеспечивают то, что растягивающая нагрузка в этом случае воспринимается именно стекловолокнами, а сжимающая нагрузка - адгезивом 15, заполняющим объем между волокнами и придающим стекловолокнам цельную форму. Зажатая между сферическими поверхностями 10 и 11 конусных участков 2 и 3 гибкая прокладка 8 устраняет возникновение между ними люфта.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить нагрузонесущую способность конусных участков штанги благодаря расположению выходящих из цилиндрического участка стекловолокон расходящимся пучком и заполнению объема между волокнами адгезивом, придающим конусному участку цельную форму. В результате нагрузка, работающая на срез (в прототипе) переходит в растягивающую нагрузку, которая воспринимается стекловолокнами;
- снизить эксплуатационные расходы благодаря тому, что при поломке стакана или накидной гайки появляется возможность быстрой замены его запасной деталью, сохранив при этом саму штангу.