УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ШТАНГИ С МУФТОЙ ДЛЯ ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к конструкциям соединений насосных штанг с муфтами для скважинных штанговых насосов, предназначенных для откачивания жидкости из нефтяных скважин.
Известно соединение трубы с муфтой для штангового глубинного насоса (ШГН), предназначенное для жесткого и герметичного соединения насосно-компрессорных труб без взаимного смещения осей [«Трубы нефтяного сортамента», справочник, под общей ред. А.Е.Сарояна, 3-е изд., перераб. и доп., М, «Недра», 1987, стр.488].
Недостатком известного устройства является низкая эффективность в условиях сильного искривления ствола добывающих скважин и в основном решает задачу герметичности соединения НКТ в вертикальных скважинах и скважинах малой кривизны.
Известно шарнирное устройство для соединения труб [RU 2170322, Е 21 В 17/05].
Недостатком известного устройства является сложность конструкции узла углового перемещения из-за размещения в полом корпусе втулки со сферическим фланцем и тем самым значительного снижения проходного сечения и невозможности использования конструкции в интенсивно искривленных скважинах, оснащенных установками ШГН.
Известна колонна штанг, состоящая из штанг конечной длины, соединенных между собой с помощью глухих муфт [ГОСТ 13877-97 «Штанги насосные и муфты штанговые», Глава 4 «Конструкция, основные параметры и размеры», стр.4, 5, рис.2, 3].
Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком резьбовых соединений в такой колонне являются ненадежность и недолговечность работы колонны штанг в целом из-за отворотов муфт, необходимость создания натяга в резьбовом соединении при монтаже для стопорения муфты, разрушений муфт и штанг вследствие
воздействия циклических нагрузок при возвратно поступательном движении колонны.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по снижению растягивающих и сжимающих напряжений в резьбе штанги и муфты при монтаже и надежному стопорению муфты на штанге для исключения возможности ее отворота при возвратно поступательных движениях колонны.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности и долговечности за счет эффективности работы глубинно-насосного оборудования.
Указанный технический результат достигается тем, что в узле соединения штанги с муфтой, преимущественно для штангового глубинного насоса, содержащем винтовую нарезку, выполненную на наружной поверхности на конце штанги с упорным буртом и ответную винтовую нарезку, выполненную на внутренней поверхности муфты, на внешней поверхности муфты выполнена конусная поверхность, а между муфтой и упорным буртом штанги установлена втулка с внутренней конусной поверхностью, при этом торцевая поверхность муфты, расположена на расстоянии от упорного бурта штанги.
При этом возможно исполнение, согласно которому на упорном бурте штанги выполнены лыски, а на втулке выполнены ответные охватывающие поверхности для удержания втулки и муфты от отворота.
Также возможно исполнение, согласно которому на конусной поверхности муфты выполняются продольные пазы для создания лепестков аналогичных цанговым, которые упруго прижимаются к штанге и стопорят муфту на штанге.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но
наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - узел соединения штанги с муфтой, первый пример исполнения;
фиг.2 - узел соединения штанги с муфтой, второй пример исполнения.
Согласно настоящей полезной модели узел соединения штанги с муфтой для ШГН содержит выполненную на наружной поверхности конца штанги 1 винтовую нарезку 2 и ответную ей винтовую нарезку 3 на внутренней поверхности муфты 4. Штанга на участке после винтовой нарезки выполнена с упорным буртом 5.
Муфта выполнена с наружной конусной поверхностью 6 и на этой поверхности размещена втулка 7 с внутренней конусной поверхностью. Так как угол конуса представляет собой угол меньший телесного угла, то есть угла трения, то такое соединение становится неподвижным, то есть исключается самоотвинчивание.
При сборке узла соединения на конусную поверхность муфты одевается втулка так, что ее конусная поверхность контактирует с ответной поверхностью на муфте. После этого в муфту ввинчивают штангу до упора ее упорного бурта в торец втулки и обеспечивают затяжку заданным крутящим моментом. При таком исполнении резьбовое соединение не нагружается растягивающими усилиями, потому что усилия компенсируются на конических поверхностях и раскладываются по составляющим, в результате чего монтажные напряжения воспринимает втулка, а в резьбовом соединении не создаются сжимающие и растягивающие напряжения. Динамические нагрузки, действующие на соединение, компенсируются на конусной поверхности при контактном взаимодействии втулки с буртом штанги. В связи с этим при возвратно-поступательном перемещении колонны штанг в искривленной скважине динамические нагрузки, выраженные в сжимающих и растягивающих напряжениях, возникающих в узлах соединения, компенсируются на развитых конических поверхностях взаимодействия
втулок и муфт и перераспределяются с переносом части этих нагрузок непосредственно на втулки и бурты штанг.
Поскольку значение напряжений от изгиба насосных штанг сопоставимо со значением напряжений от растяжений, предотвращение напряжений от изгиба ведет также к снижению частоты обрыва штанг в наклонных и спиралевидных скважинах, созданию благоприятных условий работы ШГН, предотвращению отворота и обрыва штанг и тем самым к увеличению времени наработки скважинного оборудования на отказ.
Положительный эффект при использовании предлагаемого узла соединения элементов штанговой колонны достигается за счет уменьшения напряжений в штанге и муфте при монтаже и создания самостопорящегося соединения.
На фиг.2 показан пример исполнения втулки для узла соединения. Втулка выполняется следующим образом: на торцевой поверхности втулки выполнены стенки 8 для охвата лысок указанного бурта 5. При таком исполнении муфта стопорится от отворота не только через торцевую поверхность упорного бурта, но и через боковые стенки.
Муфта на участке с конусной поверхностью может быть выполнена с продольными пазами для образования лепестков 9 типа цанговых. Этот пример исполнения показан на фиг.1,. При надевании втулки на конец муфты и закручивании муфты или штанги происходит поджатие лепестков муфты на участке с конусной поверхностью, что фиксирует резьбовое соединение и исключает самоотвинчивание.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с использованием машиностроительных технологий, которые обычно применяются при изготовлении штанг и муфт для ШГН.