Соединение устьевого штока с колонной насосных штанг

 

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами. В соединении нижняя часть захватного элемента снаружи сопряжена со съемной втулкой по конусной поверхности. Верхняя часть захватного элемента сопряжена с корпусом по конусной поверхности, обратной конусной поверхности нижней части. Захватный элемент снабжен кольцевым выступом под соответствующую канавку, предусмотренную на конце захватываемой насосной штанги. Внутренняя полость корпуса изолирована от воздействия внешней среды. Корпус имеет в верхней части присоединительную резьбу для соединения с устьевым штоком. Захватный элемент выполнен разрезным и имеет рифленую внутреннюю рабочую поверхность под захватываемую насосную штангу. Использование изобретения обеспечивает надежное зацепление непосредственно за тело штанги и работу насосной установки в допустимых пределах нагрузки. 1 ил.

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами.

После спуска скважинного штангового насоса, проверки герметичности труб и правильности посадки конуса необходимо выбрать запас длины хода в соответствии с характеристикой насоса, затем соединить колонну штанг с подвеской балансира и запустить станок-качалку ( Мухаметзянов А.К. и др. Добыча нефти штанговыми насосами. -М. : Недра, 1993, с. 128, 129, 188, 201). Правильная посадка плунжера обеспечивается подбором необходимой длины верхней штанги и соединения ее с устьевым штоком посредством соединительной муфты ( Молчанов Г. В. , Молчанов А. Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. -М.: Недра, 1984, с. 106, рис. У...2., поз. 23). В этом случае применяются штанги укороченной длины, ГОСТ 13877-80 (1000; 1200; 1500; 2000; 3000 мм) со значительным интервалом длин. На практике же, например, при использовании устройства для обработки призабойной зоны скважин и добычи нефти из скважины (патент 1794312 A3, E 21 В 43/25; 43/00), работа которого связана с характерным скачкообразным циклическим изменением нагрузки на насос в больших пределах, а также для обеспечения более оптимального режима работы штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ) в целом имеет место необходимость более точной подгонки посадки плунжера, причем в интервалах меньших, чем интервалы длин укороченных стандартных штанг.

Наиболее правильная и точная посадка плунжера достигается путем определения длины верхней насосной штанги нормальной длины по месту, на устье скважины, укорачивания по намеченному месту и соединения ее непосредственно по телу с устьевым штоком при помощи, например, штанголовки, которая по конструктивным признакам и назначению является наиболее близким аналогом (оборудование, инструменты и приспособления для подземного и капитального ремонта скважин; Каталог-справочник, часть 1; Инструменты для обследования, очистки скважин и проведения ловильных работ; НПП "Нефтехиммаш", стр.32; 420073, г. Казань, а/я 156, тел/факс [phone] г.).

Штанголовка предназначена для захвата и извлечения из скважины оборванных или отвинченных штанг и устьевого штока, а захватный элемент в ней может быть выполнен в виде плашек или цанги.

Однако использование этой штанголовки в качестве соединительного узла между колонной насосных штанг и устьевым штоком недопустимо ввиду возможного срыва колонны насосных штанг с захватного механизма или обрыва штанги по месту захвата из-за образования порчи тела штанги захватным элементом (цангой, плашками и т.п.) под влиянием циклических, динамических нагрузок, возникающих при работе штангового насоса.

В качестве прототипа выбрано соединение устьевого штока с колонной насосных штанг, включающее полый корпус с изолированной внутренней полостью от внешней среды с соединительной резьбой в верхней его части для соединения с устьевым штоком, расположенный в корпусе разрезной захватный элемент с рифленой внутренней рабочей поверхностью под захватываемую насосную штангу и конусной наружной поверхностью в нижней части (US 5771968, 1998).

Недостатком известного соединения является низкая надежность зацепления за тело насосной штанги.

Техническая задача изобретения состоит в создании простого по конструкции захватного механизма, соединяющего устьевой шток с колонной насосных штанг, который бы обеспечил надежное зацепление непосредственно за тело насосной штанги и работу ШСНУ в допустимых пределах нагрузки на насос.

Поставленная задача достигается тем, что в соединении устьевого штока с колонной насосных штанг, содержащем полый корпус с изолированной внутренней полостью от воздействия внешней среды с соединительной резьбой в верхней его части для соединения с устьевым штоком, расположенный в корпусе разрезной захватный элемент с рифленой внутренней рабочей поверхностью под захватываемую насосную штангу и конусной наружной поверхностью в нижней части, и установленную в корпусе неподвижно съемную втулку, внутренняя поверхность которой соответствует конусной поверхности захватного элемента, на конце захватываемой насосной штанги выполнена канавка, нижняя часть захватного элемента сопряжена снаружи со съемной втулкой, а его верхняя часть снаружи сопряжена с корпусом по конусной поверхности, обратной конусной поверхности его нижней части, при этом захватный элемент в верхней части снабжен выступом под канавку на конце захватываемой насосной штанги.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез соединения устьевого штока с колонной насосных штанг в рабочем положении. В полом корпусе 1, соединенном с устьевым штоком 2, расположен захватный элемент 3 в виде отдельных, как минимум, двух плашек с разрезами 4 в нижней части и рифленой внутренней поверхностью 5 под захватываемую насосную штангу 6. Захватный элемент 3 в верхней части снабжен кольцевым выступом 1 под соответствующую канавку 8, предусмотренную на конце захватываемой штанги 6. В том случае, когда захватный элемент состоит, например, из двух половин, на каждой из которых достаточно выполнить выступ 7 прямым, а не кольцевым, под соответствующую прямую канавку на конце захватываемой насосной штанги, выполненную, например, ножовкой по металлу, зубилом, секачом и т.п. На верхнем и нижнем концах захватного элемента 3 выполнены наружные конусные поверхности 9 и 10, сопряженные соответственно с корпусом 1 и съемной втулкой 11, положение которой в корпусе 1 фиксируется посредством установочного винта 12 с центральным отверстием под насосную штангу 6.

Внутренняя полость корпуса 1 заполнена смазкой и изолирована от внешней агрессивной среды благодаря уплотнительному кольцу 13 и применению уплотнительной ленты ФУМ в резьбовых соединениях.

Порядок сборки соединения заключается в том, что подгонку плунжера насоса (не указаны) осуществляют с использованием последней верхней насосной штанги 6, которая впоследствии отрезается по месту непосредственно на устье скважины и на конце штанги специальным приспособлением протачивается канавка 8.

На свободный конец штанги 6 надеваются установочный винт 12 с уплотнительным кольцом 13, втулка 11. Захватный элемент 3 накладывается на верхний конец штанги 6 так, чтобы кольцевой выступ 7 оказался в канавке 8 штанги 6. Придерживая одной рукой зажимной элемент 3 на этом уровне, другой рукой втулка 11 с установочным винтом 12 подаются вверх до упора об зажимной элемент 3.

Итак на головку насосной штанги 6 в сборе с зажимным элементом 3, втулкой 11 и установочным винтом 12 надевается корпус 1, который соединяется с установочным винтом 12 с таким натягом, чтобы насосная штанга 6 была надежно обжата и на уровне канавки 8, и на уровне цанги с рифлением 5 благодаря конусным разъемам соответственно 9 и 10. После этого устьевой шток 2 заворачивается в корпус 1 и соединяется с подвеской балансира и ШСНУ запускается в работу.

Захват насосной штанги обеспечивается по максимально возможным участкам, т.е. по двум и наиболее концам захватного элемента 3. Внесение в конструкцию захватного элемента 3 промежуточного участка зацепления только теоретически может быть оправдано, а на практике же зацепление насосной штанги с захватным элементом по трем и более участкам может быть достигнуто, например, путем совместной обработки (притирки) сопрягаемых деталей, причем за одну установку, что в полевых условиях на устье скважины исключено.

Во избежание порчи тела штанги рифление и твердость рабочей поверхности должны соответствовать поставленным требованиям. Для нормальной работы такого соединения вовсе необязательно иметь захватный элемент с острыми твердыми зубьями.

В предложенном соединении устьевого штока с колонной насосных штанг осевая нагрузка независимо от внешних факторов органически распределяется между дополняющими друг друга и работающими в одной упряжке верхним кольцевым и нижним цанговым захватами, благодаря чему тело обыкновенной насосной штанги сохраняет заложенную в ней несущую способность.

Формула изобретения

Соединение устьевого штока с колонной насосных штанг, содержащее полый корпус с изолированной внутренней полостью от воздействия внешней среды, с соединительной резьбой в верхней его части для соединения с устьевым штоком, расположенный в корпусе разрезной захватный элемент с рифленой внутренней рабочей поверхностью под захватываемую насосную штангу и конусной наружной поверхностью в нижней части и установленную в корпусе неподвижно съемную втулку, внутренняя поверхность которой соответствует конусной поверхности захватного элемента, отличающееся тем, что на конце захватываемой насосной штанги выполнена канавка, нижняя часть захватного элемента сопряжена снаружи со съемной втулкой, а его верхняя часть снаружи сопряжена с корпусом по конусной поверхности, обратной конусной поверхности его нижней части, при этом захватный элемент в верхней части снабжен выступом под канавку на конце захватываемой насосной штанги.

РИСУНКИ

Рисунок 1