ШАРНИРНАЯ МУФТА НАСОСНЫХ ШТАНГ
ARTICULATED COUPLING OF PUMP RODS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для использования при механизированном способе добычи нефти с применением штанговой колонны в искривленном стволе скважины.
Известна комбинированная буровая штанга /см. а.с. СССР №1740614, кл. E21B 17/20, 1992/, содержащая полый корпус с резьбовыми участками по концам. На одном из концов корпуса установлен полый наконечник, имеющий сферическую поверхность в своей средней части. На другом конце корпуса размещена муфта, имеющая внутреннюю сферическую поверхность, ответную сферической поверхности наконечника. В начале взаимодействия каждой очередной штанги с буровым станком резьбовой хвостовик наконечника ввинчивается в резьбовой участок корпуса штанги, передавая крутящий момент всем предшествующим штангам. Однако известное устройство не пригодно для соединения насосных штанг.
Известна шарнирная муфта штанговой колонны /RU 2124109 кл. E21B 17/00, 27.12.1998/, выполненная в виде стакана с внутренней расточкой и присоединительной резьбой для штанг на одном конце, разрезной опорной втулки, жестко связанной со вторым концом стакана и снабженной конической расточкой, размещенной внутри стакана на уровне его расточки, и полуштанги со сферической головкой, размещенной в расточке стакана и кинематически связанной одновременно с конической расточкой разрезной опорной втулки и торцом штанги, ввернутой в резьбовой конец стакана, а тело полуштанги размещено в осевом отверстии разрезной опорной втулки с радиальным зазором. Недостатком устройства является, отсутствие системы смазки и изоляции шарнирного узла от внешней агрессивной среды, сложность конструкции, высокая вероятность возникновения изгибающего момента на контакте полуштанги со сферическим наконечником и опорной втулкой в искривленных участках ствола скважины.
Известна соединительная муфта насосных штанг /RU 2017930 кл. E21B 17/05, 15.08.1994/, содержащая корпус из двух частей, каждая из которых снабжена двумя роликами, расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях, и шарнирное соединение в виде шарового пальца, один конец которого жестко связан с верхней частью корпуса, а другой, посредством полумуфты с внутренней шаровой сферой - с нижней частью корпуса. Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и невозможность вращения полумуфт относительно друг друга, также отсутствует система смазки и изоляции шарнирного узла от внешней агрессивной среды.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является соединительная муфта насосных штанг /RU 2211909 кл. E21B 17/01, 10.09.2003/, содержащая составной корпус, связанный между собой шарнирным соединением, выполненным в виде шарового пальца. При этом данная конструкция, как и предлагаемая, обеспечивает не только поворот частей корпуса (полумуфт) по вертикали, но и их вращение вокруг собственной оси вследствие воздействия нагрузок.
Недостатком известного устройства является отсутствие стопорящего шаровой палец элемента, также конструкцией не предусмотрены система смазки и изоляции от внешней агрессивной среды (механических примесей, воды и т.д.) шарового узла, что в совокупности снижает надежность устройства.
Задачей изобретения является упрощение конструкции шарнирной муфты насосных штанг, исключение воздействия крутильных и изгибающих колонну штанг моментов и увеличение надежности представленного изделия.
Сущность изобретения заключается в разработке устройства шарнирной муфты насосных штанг, обеспечивающего поворот и взаимное вращение элементов колонны штанг в искривленном стволе подъемных труб, при этом изменение угла поворота осуществляется обратно пропорционально крутящему моменту, возникающему вследствие силы трения между колонной штанг и колонной подъемных труб.
Указанная задача решается тем, что в предложенной шарнирной муфте, корпус, состоящий из двух полумуфт, обеспечивает их взаимное вращение и поворот друг относительно друга, с помощью шарового узла, при этом изоляция данного узла от внешней среды и предотвращение выхода смазывающей жидкости осуществляется с помощью резиновой прокладки и прижимного пыльника. Особенность заключается в том, что шаровой узел включает в себя систему смазки с полиамидной прокладкой обеспечивающих уменьшение износа трущихся зон, при этом седло шарового пальца представляет собой единый корпус с верхней полумуфтой имеющей ребра жесткости, шаровой палец в свою очередь соединяется с нижней полумуфтой присоединительной резьбой и фиксируется стопорным кольцом.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства (продольное сечение устройства); фиг.2 - вид А на фиг.1; фиг.3 - вид В на фиг.1.
Шарнирная муфта насосных штанг содержит верхнюю полумуфту 1 включающую в себя седло 2 шарового пальца 3 с ребрами жесткости 4 и нижнюю полумуфту 5, с установленным в него посредством присоединительной резьбы, упорного бурта 6 и стопорного кольца 7 шаровым пальцем 3, связанные в шаровой узел. Полость шарового узла, заполненная смазывающей жидкостью 8 с вставленной на контакте шарового пальца и седла полиамидной прокладкой 9, изолирована от внешней среды резиновой прокладкой 10 и прижимным пыльником 11.
Устройство работает следующим образом, в наклонно направленных и искривленных скважинах при движении колонны штанг и возникновении изгибающих и крутильных усилии, в случае отсутствия выше по колонне штанг аналогичных устройств, происходит вращение и поворот нижней полумуфты 5 в шаровом узле, включающем седло 2 шарового пальца и шаровой палец 3, при этом нагрузки от нижней полумуфты 5 через шаровой палец 3 и полиамидную прокладку 9 передаются на верхнюю полумуфту 1.
При повороте нижней полумуфты 5 прижимной пыльник 11 толкает резиновую прокладку 10 для предотвращения выхода из шарового узла смазывающей жидкости 8, обеспечивающей в совокупности с установленной полиамидной прокладкой снижение силы трения между седлом шарового пальца 2 и шаровым пальцем 3.
Предлагаемое устройство позволяет снизить износ шарового узла, частоту отворотов и обрывов колонны штанг вследствие уменьшения влияния напряжения изгиба и кручения на искривленных участках ствола скважины, что в комплексе способствует повышению надежности работы шарнирной муфты насосных штанг в наклонно направленных скважинах и повышению межремонтного периода насосного оборудования.