СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛОННЫ НАСОСНЫХ ШТАНГ
CONNECTING DEVICE FOR STRING OF PUMP RODS

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к конструкциям насосных штанг, и может быть использовано при добыче нефти скважинными штанговыми насосами.
Известно устройство для соединения насосных штанг (авторское свидетельство SU №632824, МПК8 Е21В 17/04, опубл. 15.11.1978 г.), состоящее из двух соединительных муфт, в которых размещены вкладыши, а на концах штанг установлены сферические шарниры.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и изготовления, обусловленные наличием резьбовых соединений, что снижает надежность работы устройства в искривленных скважинах.
Также известна соединительная муфта насосных штанг (патент РФ №2017930, МПК8 Е21В 17/05, опубл. 15.08.1994 г.), состоящая из двух частей корпуса, связанных между собой шарнирным соединением в виде шарового пальца. Верхняя и нижняя части корпуса имеют присоединительные резьбовые концы для колонны штанг и по два ролика, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые имеют целью скользить по стенке насосно-компрессорных труб, чем предотвращают касание муфты к трубе в наклонных скважинах. Шаровой палец позволяет вращаться обеим частям корпуса муфты относительно друг друга, что уменьшает напряжения от изгиба штанг и число отворотов муфт.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции и изготовления;
- во-вторых, низкая надежность в работе, обусловленная геометрическими параметрами шарового пальца, на который действуют растягивающие усилия колонны насосных штанг.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является соединительное устройство для колонны насосных штанг (патент RU №2237792, МПК8 Е21В 17/05, опубл. в бюл. №28 от 10.10.2004 г.), содержащее присоединительные муфты, связанные с колонной насосных штанг, и цилиндрические полумуфты, в которых расположены шарниры, отличающееся тем, что шарниры выполнены цилиндрическими, а цилиндрические полумуфты соединены обоймами в единую цилиндрическую муфту, содержащую внутренние выступы, в которых размещены цилиндрические шарниры, каждый из которых выполнен заодно с соответствующей присоединительной муфтой с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах единой цилиндрической муфты, изобретение состоит в упрощении конструкции соединительного устройства, обеспечивающего надежность работы, в частности в искривленных скважинах.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая надежность в работе, связанная с тем, что в процесс работы глубинного штангового насоса происходит растяжение-сжатие колонны штанг, при этом возникают упругие силы, которые приводят к «жесткому» удару взаимообращенных торцов поверхностей цилиндрических шарниров между собой. В результате вместо гашения упругих сил происходят резкие рывки в компоновке колонны насосных штанг, которые могут привести к обрыву колонны штанг;
- во-вторых, велика вероятность поломки устройства, связанная с тем, что единая цилиндрическая муфта выполнена в виде двух полумуфт, скрепленных снизу и сверху обоймами, при этом особенно в искривленных скважинах возникают изгибающие усилия, которые могут привести к разрыву хотя бы одной обоймы и, как следствие, к обрыву штанг вместе данного соединительного устройства.
Задачей изобретения является повышение надежности работы устройства за счет улучшения амортизирующих свойств устройства, направленных на гашение упругих сил, возникающих при растяжении-сжатии колонны насосных штанг в процессе работы глубинного штангового насоса, а также гарантированное исключение поломок устройства в скважине независимо от угла искривления скважины.
Поставленная задача решается соединительным устройством для колонны насосных штанг, содержащим присоединительные муфты, связанные с колонной насосных штанг, единую цилиндрическую муфту, содержащую внутренние выступы, в которых размещены цилиндрические шарниры, каждый из которых выполнен заодно с соответствующей присоединительной муфтой с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах единой цилиндрической муфты.
Новым является то, что единая цилиндрическая муфта снабжена продольным пазом, а по центру внутри единой цилиндрической муфты выполнена кольцевая выборка, высота которой больше высоты каждого из цилиндрических шарниров, при этом внутри единой цилиндрической муфты по обе стороны от кольцевой выборки выполнены цилиндрические проточки, в которых с зазором размещены цилиндрические шарниры, причем в кольцевую выборку единой цилиндрической муфты установлен амортизирующий цилиндрический элемент, при этом кольцевая выборка единой цилиндрической муфты напротив продольного паза оснащена сквозным резьбовым отверстием, в которое вворачивается винт перед демонтажом устройства, при этом внутри кольцевой выборки выполнено углубление, в котором размещено пружинное полукольцо, имеющее возможность сжиматься по периметру углубления и перемещаться радиально к центру единой цилиндрической муфты, под действием усилия, создаваемого при вворачивании винта, выдавливая из единой цилиндрической муфты амортизирующий цилиндрический элемент.
На фиг.1 изображена в продольном разрезе конструкция предлагаемого соединительного устройства для колонны насосных штанг.
На фиг.2 изображена в продольном разрезе единая цилиндрическая муфта.
На фиг.3 изображен вид - А - сверху единой цилиндрической муфты.
На фиг.4 изображен разрез устройства В-В.
Соединительное устройство для колонны насосных штанг содержит присоединительные муфты 1 и 2 (см. фиг.1 и 2), связанные с колонной насосных штанг (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано), единую цилиндрическую муфту 3, содержащую внутренние выступы 4 и 4', в которых размещены цилиндрические шарниры 5 и 5', каждый из которых выполнен заодно (как единое целое) с соответствующей присоединительной муфтой 1 и 2 соответственно, с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах 4 единой цилиндрической муфты 3.
Единая цилиндрическая муфта 3 снабжена продольным пазом 6 (см. фиг.3). По центру внутри единой цилиндрической муфты 3 (см. фиг.1 и 2) выполнена кольцевая выборка 7, высота Н которой больше высоты h, каждого из цилиндрических шарниров 5 и 5'.
Внутри единой цилиндрической муфты 3 по обе стороны от кольцевой выборки 7 выполнены цилиндрические проточки 8 и 8', в которых с зазором размещены цилиндрические шарниры 5 и 5'.
В кольцевую выборку 7 единой цилиндрической муфты 3 установлен амортизирующий цилиндрический элемент 9, выполненный, например, в виде каучукого диска.
Кольцевая выборка 7 единой цилиндрической муфты 3 напротив продольного паза 6 оснащена сквозным резьбовым отверстием 10 (см. фиг.2 и 4), в которое вворачивается винт (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) перед демонтажом устройства.
Внутри кольцевой выборки выполнено углубление 11 (см. фиг.1, 2 и 4), например, в виде сегментного паза, в котором размещено пружинное полукольцо 12, имеющее возможность сжиматься по периметру углубления и перемещаться радиально к центру единой цилиндрической муфты 3, под действием усилия, создаваемого при вворачивании винта, выдавливая из единой цилиндрической муфты 3 амортизирующий цилиндрический элемент 9.
Устройство работает следующим образом.
Соединительное устройство для колонны насосных штанг устанавливается в компоновке колонны штанг в местах наиболее вероятного отворота муфтового соединения (в точке наибольшего изменения профиля скважины) и над глубинным штанговым насосом (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано).
Перед включением предлагаемого соединительного устройства в компоновку насосных штанг производят его монтаж, например, над глубинным насосом следующим образом. В углубление 11 (см. фиг.1, 2 и 4), выполненное в виде сегментного паза, устанавливают пружинное полукольцо 12. Далее поочередно, например, сначала цилиндрический шарнир 5 высотой h (см. фиг.2) вставляют в кольцевую выборку 7 высотой Н через сквозной паз 6 (см. фиг.3). Затем опускают устройство за единый цилиндрический корпус 3 (см. фиг.1, 2 и 3) до внутреннего выступа 4, при этом цилиндрический шарнир 5 размещается напротив цилиндрической проточки 8 с зазором 1-2 мм между ними.
После чего в кольцевую выборку 7 высотой Н через сквозной паз 6 вставляют цилиндрический шарнир 5' высотой h. Далее приподнимают устройство за единый цилиндрический корпус 3 до внутреннего выступа 4', при этом цилиндрический шарнир 5' размещается напротив цилиндрической проточки 8' с зазором 1-2 мм между ними.
Затем в кольцевую выборку 7 высотой Н через сквозной паз 6 вставляют амортизирующий цилиндрический элемент 9, выполненный в виде каучукового диска. Установку амортизирующего цилиндрического элемента 9 производят, сжимая диаметрально его торцы с натягом 1-2 мм. Соединительное устройство для колонны насосных штанг готово к работе.
Аналогично при необходимости производят установку предлагаемого устройства в других местах компоновки насосных штанг, например в точке наибольшего изменения профиля скважины.
При запуске в работу глубинно-насосной установки колонна насосных штанг, расположенная выше соединительного устройства, вращается с помощью штанговращателя и вращает один из цилиндрических шарниров 5 или 5' соединительного устройства. Колонна насосных штанг, расположенная ниже соединительного устройства, вместе с другим цилиндрическим шарниром 5' или 5 не вращается. Тем самым нижняя часть колонны насосных штанг не испытывает радиальных усилий, способствующих отвороту насосных штанг.
В процессе работы при возвратно-поступательном перемещении колонны насосных штанг цилиндрические шарниры 5 и 5' имеют возможность свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах 4 и 4' соответственно.
При необходимости, например, с целью ревизии глубинного штангового насоса демонтаж устройства производят следующим образом.
В резьбовое отверстие 10, например, с метрической резьбой М8 посредством, например, гаечного ключа вворачивают винт (на фиг,1, 2, 3, 4 не показано), который свои торцом воздействует на пружинное полукольцо 12, оказывая на него усилие, направленное радиально внутрь в центр единой цилиндрической муфты 3 (см. фиг.4). Продолжают вворачивать винт, в результате пружинное полукольцо 12, размещенное в углублении 11, сжимается по периметру углубления 11 и перемещается радиально к центру единой цилиндрической муфты 3 (см. фиг.1 и 4) под действием усилия, создаваемого вворачиванием винта, выдавливая из единой цилиндрической муфты 3 амортизирующий цилиндрический элемент 9. Как только амортизирующий цилиндрический элемент 9 освободится от натяга, его вынимают из единой цилиндрической муфты 3. Далее поочередно вынимают цилиндрические шарниры 5 или 5' из соответствующих цилиндрических проточек 8 и 8' из единой цилиндрической муфты 3 в обратной последовательности, описанной выше, как при монтаже устройства.
В процессе работы на соединительное устройство для колонны насосных штанг действуют сжимающие и растягивающие нагрузки, радиальных нагрузок нет.
Сжимающие и растягивающие нагрузки, возникающие при возвратно поступательном движении колонны насосных штанг, ведут к возникновению упругих сил, которые успешно гасятся амортизирующим цилиндрическим элементом 9, который воспринимает эти усилия от торцов цилиндрических шарниров, при этом исключается «жесткое» взаимодействие взаимообращенных поверхностей цилиндрических шарниров между собой. Твердость амортизирующего цилиндрического элемента 9 подбирается опытным путем исходя из предполагаемых сжимающих и растягивающих нагрузок в зависимости от веса компоновки колонны насосных штанг, хода и частоты качаний,
Предлагаемое соединительное устройство имеет достаточную надежность в работе за счет улучшения амортизирующих свойств устройства, направленных на гашение упругих сил, возникающих при растяжении-сжатии колонны насосных штанг в процессе работы глубинного штангового насоса, а исключение полумуфт и крепящих их обойм из конструкции устройства гарантирует исключение поломок устройства в скважине независимо от угла искривления скважины, что, безусловно, ведет к сокращению обрывов колонн штанг и количества подземных ремонтов с ним связанных.