ШТАНГА НАСОСНАЯ

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно, к элементам конструкций привода штангового скважинного насоса.
Известна штанга, описанная в ГОСТ 13877-80, изготавливаемая из сталей типа 15Х2НМФ, 20Н2М и др.
Известная штанга выполняется из стального стержня диаметром от 12 до 28 мм с галтельными переходами, имеющего утолщенные законцовки с резбой и участком квадратного сечения под ключ.
Такая конструкция работает в условиях циклического нагружения и из-за низких усталостных свойств стали является тяжелой. Это приводит к значительным нагрузкам на головку балансира станка-качалки со стороны колонны указанных штанг и ограничивает, тем самым, максимальную глубину подвески скважинного насоса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой является штанга, описанная в литературе Блажевич В.А., Уметбаев В.Г. Справочник мастера по капитальному ремонту скважин. М.,Недра, 1985.-2О8 с., изготавливаемая из сталей 45 или 35. Технологические приемы повышения усталостных свойств такой штанги включают в себя нормализацию, закалку токами высокой частоты, дробеструйную обработку и др.
Известная штанга имеет трубчатую центральную часть с приваренными к ней головками с резьбой и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком известной штанги является ее большой вес, сложность изготовления, низкая коррозионная стойкость материала. Большой вес обусловлен использованием стали и ее низким пределом выносливости при циклическом нагружении (допускаемые напряжения ограничены для сталей величиной 100 Мпа).
Указанные недостатки снижают эффективность работы насоса, станкакачалки ввиду обрыва штанг.
МКИ-6: E21 В 17/00 Штанга насосная
веса штанги при сохранении ее усталостной прочности, жесткости и устойчивости на уровне стальных штйнг и увеличение коррозионной стойкости.
Поставленная задача достигается тем, что штанга выполнена из коррозионно стойких материалов с плотностью меньшей, чем у сталей, и закладных законцовок. При этом центральная часть штанги выполнена полой.
Центральная часть штанги может быть выполнена из одного или нескольких типов волокнистых композитных высокомодульных материалов, например, угле- или боропластиков, с осевым размещением волокон.
Часть волокон может быть расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях.
Внутренняя полость центральной части может быть заполнена материалом с плотностью меньшей плотности перекачиваемой жидкости.
Закладные законцовки могут иметь одну или несколько внешни: конусных поверхностей с диаметрами оснований, уменьшающимися в направлении от края штанги к ее середине.
Достижение поставленной цели осуществляется, например, за счет использования низкоплотных и коррозионно стойких материалов типа угле- или боропластика. Для передачи осевых нагрузок на штангу и возможности формирования штанги в колонну в законцовках используются закладные, например, конические, соединительные элементы.
Один или несколько высокомодульных материалов, например, угле- или боропластики используются с расположением волокон вдоль оси штанги.
Часть волокон композитного материала расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях, что обеспечивает устойчивость волокон, расположенных вдоль оси штанги при сжатии.
Во внутренней полости штанги возможно размещение материала с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости, например, пенопласта. В этом случае при сохранении неизменным диаметра насоснокомпрессорной трубы объем жидкости и ее вес в скважине и вес колонны штанг в жидкости будет меньше сооответствующих величин при использовании стальных штанг.
законцовки. которые имеют конусные наружные поверхности, позволяющие передать осевые усилия без перерезания волокон.
Для уменьшения веса штанги, габаритных размеров закладной законцовки, для обеспечения равнонапряженности волокон в центральной части штанги при растяжении можно использовать несколько конусных поверхностей с уменьшающимися наружными диаметрами в направлении от края штанги к ее середине. А при сжатии используется другая система конусных поверхностей - с уменьшением диаметра в направлении от середины штанги к ее краю.
Использование двух систем конических поверхностей способствуют более равномерному нагружению материалов в области законцовки.
В сравнении с прототипом заявляемая полезная модель обладает новизной, отличаясь от известного технического решения такими существенными отличительными признаками как использование низкоплотного композитного материала (с плотностью, меньшей, чем у стали), позволяющее снизить вес штанги, высокая коррозионная стойкость, использование в законцовках штанги закладных соединительных элементов.
Новым в сравнении с прототипом является также возможность использования одного или нескольких высокомодульных материалов с расположением волокон вдоль оси штанги.
Новым в сравнении с прототипом является возможность частичного расположения волокон в кольцевом и/или спиральном направлениях.
Новым в сравнении с прототипом является и возможное наличие внутри полой части штанги материала с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости.
Новым в сравнении с прототипом является также возможность использования закладных законцовок с соединительными элементами, изготовленными с несколькими внешними конусными поверхностями.
Новым в сравнении с прототипом является и возможное использование закладных законцовок с диаметрами оснований конусов, уменьшающимися в направлении от конца штанги к ее середине.
Полезная модель иллюстрируется рисунками.
Фиг.1 - общий вид штанги. Штанга представляет собой полый стержень 1 из композитного материала с закладными законцовками 2.
Фиг.2 - структура расположения слоев высокомодульных материалов. Штанга изготовлена с использованием, например, двух высокомодульных композитных материалов, например, углепластика и стеклопластика.
Фиг.З - штанга с использованием материала с низкой плотностью. Во внутренней полости центральной части штанги размещен материал с плотностью меньшей, чем плотность перекачиваемой жидкости.
Фиг.4 - общий вид закладных законцовок с несколькими наружными конусными поверхностями.
Штанга предназначена для передачи движения от привода к скважинному насосу для добычи нефти или закачки жидкости в пласт.
Наиболее опасным случаем с точки зрения выносливости материала штанги является расположение штанги в нижней части скважины, у глубинного насоса. Здесь происходит знакопеременное нагружение (при ходе штанги вниз действуют сжимающие усилия, а при ходе штанги вверх - растягивающие). Передача нагрузки на центральную полую часть происходит благодаря, например, коническим, закладным законцовкам. В нижней части скважины находится коррозионно активная среда, однако использование химически пассивного материала типа армированного пластика позволяет решить проблему коррозионной стойкости.
Известно, что привод глубинного насоса позволяет осуществлять от 5 до 20 возвратно-поступательных движений в минуту, при такой низкой частоте нагружения композитные материалы обладают хорошими усталостными свойствами - предел выносливости находится на уровне 70-80% от статической прочности, что существенно для технико-экономических показателей при выборе материала штанг.
Использование одного или нескольких высокомодульных материалов с расположением волокон вдоль оси штанги и в других направлениях позволяет существенно увеличить конструкционную прочность штанги со случайными дефектами, что влияет на оптимальную работу скважинного насоса и объем перекачиваемой жидкости.
Заполнение внутренней полости штанги материалом с низкой плотностью и, как следствие, уменьшение объема жидкости в скважине, способствует уменьшению нагрузки на головку балансира.
При движении штанги вверх и вниз поочередно происходит передача нагрузки различными частями конусных поверхностей закладных законцовок при растяжении и сжатии, что позволяет обеспечить равнонагруженность концевой и центральной части штанги.
В сравнении с прототипом заявляемая штанга обеспечивает эффективное снижение нагрузки на привод скважинного насоса для добычи нефти, снижение веса насосной штанги при сохранении ее прочности, жесткости и устойчивости на уровне стальных штанг и увеличивает коррозионную стойкость, отличаясь от него используемым материалом, наличием закладных законцовок.
Авторы:
Поздняк В.А.
Сапожников С.Б.