ШАРНИРНЫЙ ПЕРЕХОДНИК ДЛЯ НАСОСНЫХ ШТАНГ
SWIVEL ADAPTER FOR PUMPING STANDS

Предлагаемое изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использовано для шарнирного соединения насосных штанг в штанговых глубинных насосах, эксплуатируемых в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.
Известно соединительное устройство для колонны насосных штанг [Патент РФ №2237792 МПК Е21В 17/05, опубликован 10.10.2004], включающее две цилиндрические полумуфты, соединенные обоймами в единую муфту, с внутренними выступами, в которых размещены цилиндрические шарниры, выполненные с продолжениями в виде присоединительных штанговых муфт с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах единой цилиндрической муфты.
Предложенное соединительное устройство защищает от взаимного отворота насосных штанг от плунжера штангового глубинного насоса (ШГН) и в местах трения с насосно-компрессорными трубами (НКТ), а также в местах небольшого искривления скважины за счет люфта цилиндрических шарниров в муфте. Однако в наклонно направленных скважинах, особенно в скважинах с боковой зарезкой ствола с минимальным (50-80 м) радиусом кривизны цилиндрические шарниры заклинивают из-за сильного изгиба конструкции и, как следствие, большого трения в цилиндрической муфте они перестают работать, так как прекращают выполнять свою функцию исключения крутящего момента.
Известно шарнирное соединение насосных штанг (прототип) [Патент РФ №2312968 МПК Е21В 17/01, Е21В 17/05, опубликован 20.12.2007], в котором цилиндрические шарниры заменены на сферические. Предлагаемое шарнирное соединение содержит сферический палец и муфту со сферической поверхностью в ее торце, сопрягаемые между собой по сферической поверхности переводники к насосным штангам, между муфтой и верхним переводником установлена резьбовая контргайка с конической поверхностью, сопрягаемой с торцевой сферической поверхностью муфты, внутри контргайки установлено разрезное упорное кольцо, посредством которого контргайка фиксируется на сферическом пальце.
Данное техническое решение устраняет отворот насосных штанг. Двойное сферическое сопряжение шарнирных поверхностей с конической втулкой обеспечивают работу шарнирного соединения в скважинах с малым радиусом кривизны. Однако конструкция шарнирного соединения весьма сложна, так как все детали его сочленяются с помощью резьб и фиксируются стопорными винтами также с резьбами, которые при весьма длительной работе насосных штанг не гарантируют от отворота самих переводников.
Целью предлагаемого технического решения является устранение вышеуказанных недостатков.
Эта цель достигается тем, что в предлагаемом шарнирном переходнике для насосных штанг все детали не имеют резьбовых соединений, а муфта выполнена с обоих внутренних концов конической и разрезной, стянутой по концам обоймами, завальцованными в ее проточках, сферические пальцы оканчиваются переводниками к насосным штангам, оба сферических пальца сопрягаются с внутренними сферическими поверхностями разрезной муфты и одновременно сопрягаются между собой торцами, выполненными в верхнем сферическом пальце в виде полусферы, а в нижнем сферическом пальце в виде ответного сферического седла, снабженного в центре промывочным каналом.
На фиг. показан разрез шарнирного переходника для насосных штанг: 1 - разрезная шарнирная муфта; 2 - внутренние конические поверхности; 3 - стяжные обоймы; 4 - проточки; 5 - верхний сферический палец; 6 - нижний сферический палец; 7 - сферические поверхности; 8 - выступы на сферических пальцах; 9 - переводники; 10 - полусфера; 11 - сферическое седло; 12 - промывочный канал.
Шарнирный переходник для насосных штанг состоит из разрезной шарнирной муфты 1, концы которой выполнены с внутренними коническими поверхностями 2. Конусность этих поверхностей выбирается из условия предельного изгиба муфты при минимальном радиусе кривизны ствола скважины с боковой зарезкой, но не менее 2°. Разрезная шарнирная муфта 1 стягивается обоймами 3 и завальцовывается в проточках 4 этой муфты. Сферические пальцы 5 и 6 подвижны в пределах заданной конусности в сферических шарнирах 7, образованных внутренними поверхностями во втулке 1 и внешними поверхностями на выступах 8 сферических пальцев 5 и 6. Продолжениями сферических пальцев 5 и 6 являются переводники к насосным штангам 9. Торец верхнего пальца 5 выполнен полусферой 10, посаженной в сферическое седло 11 нижнего пальца 6 и притертой в нем. В центре седла 11 предусмотрен промывочный канал 12 для отвода песчано-битумных частиц. Все шарнирные поверхности 7, 10 и 11, в том числе коническая поверхность 2 с контактной поверхностью верхнего пальца 5, полированы.
Предлагаемый шарнирный переходник для насосных штанг работает следующим образом.
Шарнирные переходники устанавливаются с помощью переводников 9 между насосными штангами на расчетной глубине начала и конца искривленного участка скважины, а также между последней штангой и ШГН. При движении насосных штанг вверх работают сферические поверхности 7, а при движении насосных штанг вниз работает полусфера 10, опирающаяся на сферическое седло 11. Накапливающиеся песчано-битумные частицы собираются в сферическом седле 11 и выводятся через промывочный канал 12. На обоих концах муфты 1 две полированные внутренние конические поверхности 2 и полированные контактные поверхности сферических пальцев 5 и 6 обеспечивают необходимый изгиб насосных штанг и минимальное трение сферических пальцев в муфте 1. Сдвоенная конструкция из двух сферических пальцев 5 и 6 практически полностью исключает передачу крутящего (вращающего) момента от одной штанги к другой и, следовательно, отворот штанг при трении в сильно искривленной НКТ и отворот последней штанги от плунжера ШГН при длительной эксплуатации. При этом снижается изгибное давление колонны штанг на НКТ и тем самым уменьшается их взаимный износ и увеличивается межремонтный период. Безрезьбовая конструкция обеспечивает надежность безаварийной длительной работы самого переходника.
Технический эффект: сдвоенный и безрезьбовой шарнирный переходник с двумя полированными сферическими пальцами и конусными поверхностями практически исключает передачу крутящего момента насосным штангам и плунжеру, их отворот и износ, увеличивая межремонтный период.