ШТАНГОВАЯ ЛОПАТКА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения напора установок штанговых винтовых насосов.
Известен буровой шнек, содержащий винтовую спираль и трубу с жестко присоединенными к ее концам хвостовиком, выполненным без сбега резьбы, и муфтой резьбового замкового соединения (патент РФ на полезную модель №86223, E21B 17/00, опубл. 27.08.2009 г.) (аналог).
Недостатками бурового шнека являются высокая стоимость при изготовлении, технологически сложно изготовить, повышенный износ труб, в которых эксплуатируется буровой шнек.
Известно лопастное колесо, содержащее вал и с закрепленными на нем лопатками, выполненными в виде сегментов шнека (патент РФ на полезную модель №92462, E21B 43/00, опубл. 20.03.2010 г.). Указанное лопастное колесо по технической сущности более близко к предлагаемой штанговой лопатке, и его можно взять в качестве прототипа.
Недостатками лопастного колеса являются трудоемкость изготовления лопаток, низкая надежность крепления лопаток к валу, снижение прочностных характеристик вала в месте крепления с лопатками.
Техническими задачами предлагаемой штанговой лопатки являются увеличение надежности крепления лопаток к валу, облегчение трудоемкости крепления лопаток к валу, не снижая прочностных характеристик вала, повышение напора жидкости, облегчение работы винтового насоса, создание конструкции, позволяющей эффективно эксплуатировать скважины с высоковязкими нефтями установками штанговых винтовых насосов.
Поставленный технический результат решается описываемой штанговой лопаткой, содержащей лопатки, выполненные в виде сегментов шнека.
Новым является то, что лопатки выполнены обтекаемой формой и соединяются между собой ободом, который закреплен на валу путем наплавки с жестким фрикционным сцеплением с поверхностью вала, причем обод и лопатки выполнены из неметаллического материала.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 изображена штанговая лопатка, вид слева;
- на фиг.2 - штанговая лопатка, вид спереди;
- на фиг.3 - штанговая лопатка, вид сзади;
- на фиг.4 - штанговая лопатка, изометрия;
- на фиг.5 - штанговая лопатка, расположение в рабочем положении;
- на фиг.6. - штанговая лопатка, в разрезе.
Штанговая лопатка (фиг.1) содержит лопатки 1, выполненные обтекаемой формой, которые состоят из тела 2, переднего 3 и заднего 4 ребер. Переднее 3 и заднее 4 ребра могут быть выполнены например в виде конусов, снизу вверх 5 и от центра к боковым сторонам 6, обеспечивая тем самым обтекаемый вид лопаток 1 для снижения гидравлических ударов о переднее ребро 3 и исключения вихреобразования жидкости перед передним ребром 3 в зоне А (фиг.6). Благодаря обтекаемой форме заднего ребра 4 снижается ударный режим обтекания лопаток, т.к. не происходит вихреобразования после попадания жидкости за задним ребром 4. Тело 2 лопатки 1 выполнено специального профиля (в виде сегмента шнека или дуги) для эффективности захвата протекаемой жидкости и дальнейшей транспортировки. Обтекаемость лопаток может быть создана не только за счет конусов 5 и 6, а также за счет закругления. Лопатки 1 соединяются между собой ободом 7, который закреплен на валу 8 путем наплавки с жестким фрикционным сцеплением с поверхностью вала 8. Обод 7 и лопатки 1 выполнены из одного неметаллического материала, например, из полиамида, армамида и т.п. Количество лопаток 1 на ободе 7 может быть не менее двух, на фиг.1-5 показаны штанговые лопатки с четырьмя лопатками. Между лопатками 1 и ободом 7 расположены пазы 9. В качестве вала 8 может быть насосная штанга или насосно-компрессорная труба (далее - НКТ). Штанговая лопатка в соответствии с фиг.1-6 изготовлен на валу 1 с учетом диаметра НКТ 10. Используя набор пресс-форм можно обеспечить формование такого вида штанговых лопаток для любого диаметра НКТ 10 и диаметра вала 8, связанного с определенным диаметром НКТ 10.
Штанговая лопатка работает следующим образом.
Вал 8 со штанговой лопаткой помещается в НКТ 10. При вращении вала 8 жидкость поднимается в аксиальном направлении вдоль лопаток 1 и далее перемещается из лопатки 1 в радиально-аксиальном направлении (от центра к периферии под действием центробежных сил). Наибольшей угловой скорости жидкость достигает на выходе из лопатки 1, тем самым, увеличивая напор установки штангового винтового насоса. Под действием центробежной силы происходит разделение жидкости на фракции. Вода и механические примеси будут находиться возле внутренних стенок насосно-компрессорных труб 10, нефть будет занимать промежуточное положение у лопатки 1, а газ из смеси, как наименее плотный, будет располагаться вблизи обода 7. На основе стендовых исследований установлено, что включение в компоновку вращательной колонны штанговых лопаток позволяет увеличить напор установки на 1,5-3 МПа.
Благодаря такой конструкции штанговой лопатки увеличивается скорость, давление и напор жидкости. Она особенно эффективна при перемещении вязкой жидкости. Обтекаемая форма лопаток (закругление передних и задних ребер лопаток) обеспечивает меньшее гидравлическое сопротивление жидкости. Обтекаемая форма лопаток препятствует наслоению парафина на поверхности штанговой лопатки и способствует беспрепятственному прохождению жидкости через пазы лопаток. Неметаллическая штанговая лопатка может использоваться в качестве центрирующего устройства для насосных штанг.