Соединение устьевого штока с колонной насосных штанг

 

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами и касается создания такого захватного механизма, соединяющего устьевой шток с колонной насосных штанг, который бы обеспечивал надежное зацепление непосредственно за тело штанги и работу насосной установки в допустимых пределах нагрузки. Сущность изобретения: на верхнем конце соединяемой и подогнанной по длине насосной штанги выполнена резьба под гайку. Она установлена с возможностью одновременного контактирования с расположенным под гайкой захватным элементом и пружиной сжатия, расположенной над гайкой. Рабочая внутренняя поверхность с угловым положением организована на съемной установленной неподвижно в нижнем конце корпуса втулке. При этом внутренняя полость корпуса заполнена смазочным маслом и изолирована от внешней среды. 1 ил.

Изобретение касается эксплуатации нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами.

После спуска скважинного 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 (Добыча нефти штанговыми насосами, А.К. Мухаметзянов и др. М.: Недра, 1993 г., стр. 128, 129, 188, 201). Правильная посадка плунжера обеспечивается подбором необходимой длины верхней штанги и соединением ее с устьевым штоком посредством соединительной муфты (Машины и оборудование для добычи нефти и газа, Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов, М.: Недра, 1984 г. , стр. 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 скважины и добычи нефти из скважины (патент, 1794312 A3, E 21 B 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 штанг.

Наиболее правильная и точная посадка плунжера достигается путем определения длины верхней насосной штанги нормальной длины по месту на устье скважины, укорачивая по заранее намеченному месту, и соединения ее непосредственно по телу с устьевым штоком при помощи, например, штанголовителя, который по конструктивным признакам 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", 1996 г., стр. 31) 420073, г. Казань, а/я 156, тел./факс [phone], 1996 г.

Верхний захватный элемент штанголовителя типа ШК приспособлен для ловли штанг за тело и состоит из подпружиненных сверху плашек, перемещающихся по перьям вилки, расположенной внутри корпуса по поверхности с соответствующим внутренним угловым положением. Штанголовитель в верхней части имеет переводчик для соединения со следующим элементом колонны насосных штанг.

Однако, использование этого штанголовителя 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.).

Техническая задача изобретения состоит в создании такого устройства, соединяющего устьевой шток с колонной насосных штанг, которое бы обеспечило надежное зацепление непосредственно за тело насосной штанги и работу ШСНУ в допустимых пределах нагрузки на насос.

Поставленная задача достигается тем, что расположенная в верхней части корпуса внутренняя резьба выполнена под устьевой шток, на верхнем конце соединяемой и подогнанной по длине насосной штанги выполнена резьба под соответствующую гайку, установленную с возможностью одновременного контактирования с расположенным под гайкой захватным элементом и пружиной сжатия, расположенной под гайкой, причем рабочая внутренняя поверхность с угловым положением организована в съемной, установленной неподвижно в нижнем конце корпуса втулке. Резьбовые разъемы на концах корпуса, кольцевое пространство вокруг насосной штанги в нижней части корпуса загерметизированы, а внутренняя полость корпуса заполнена смазкой.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез соединения устьевого штока с колонной насосных штанг в рабочем положении.

В полом корпусе 1 в его верхней части выполнена внутренняя резьба под устьевой шток 2. Ниже в корпусе 1 расположены набор тарельчатых пружин 3, гайка 4, завернутая на предварительно подготовленный конец верхней подогнанной по длине насосной штанги 5, зажимной элемент 6 в виде цанги со съемной втулкой 7, сопряженные по конусной поверхности 8, и установочный винт 9 с уплотнением 10.

В качестве зажимного элемента может быть использован набор отдельных плашек, сочлененных со съемной втулкой 7 по клиновому (плоскостному, а не конусному) разъему.

Для предохранения деталей рабочего органа - захватного элемента, расположенного в полости корпуса 1, от воздействия внешней среды, например, добываемой химически агрессивной жидкости, проходящей по колонне насосно-компрессорных труб НКТ 11, необходимо внутреннюю полость корпуса 1 заполнить смазочным маслом и изолировать от химически агрессивной среды, применив фторопластовую ленту ФУМ или сурик для резьбовых соединений на концах корпуса 1, а кольцевое пространство между насосной штангой 5 и установочным винтом 9 загерметезировать уплотнительными кольцами 10 из резины или пластмассы соответствующего состава.

Порядок сборки соединения заключается в том, что подгонку плунжера насоса (не указаны) осуществляют с использованием последней верхней насосной штанги 5, которая впоследствии отрезается по месту непосредственно на устье скважины и на конце штанги нарезается резьба под гайку 4.

На свободный резьбовой конец штанги 5 надеваются установочные винты 9 с уплотнительными кольцами 10, втулка 7 и цанга 6. Заворачивается на конец штанги 5 гайка 4, к которой вплотную подводится цанга 6, к цанге - втулка 7, а к втулке - установочный винт 9. Придерживая одной рукой установочный винт 9, во избежание смещения нанизанных на штангу деталей, корпус 1 с пакетом пружин 3 заворачивается на установочный винт 9, длина резьбовой части которого задана с таким расчетом, чтобы пакет пружин 3 был сдеформирован на расчетную величину. После этого устьевой шток 2 заворачивается в корпус 1, соединяется с подвеской балансира (не указаны) и ШСНУ запускается в работу.

Набором нескольких тарельчатых пружин можно получить изделие повышенной упругости (рис. 390, I, II, III), часто применяемое в качестве буферов и амортизаторов для восприятия больших нагрузок (П.И. Орлов, Основы конструирования, М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 206, 207). А динамические нагрузки, возникающие в процессе работы штангового насоса, могут привести к расслаблению контакта между насосной штангой 5 и захватным элементом (цангой 6), к повторному зацеплению по новому участку, а это значит и к износу тела штанги по наружной поверхности зацепления. Применение же набора тарельчатых пружин 3 в этом случае обеспечивает надежный захват в его первоначальном состоянии, не нарушая однажды организованного зацепления.

Если рассматривать глубже суть механизма захвата, то обнаруживаем, что соединенная с колонной штанг 5 гайка 4, опираясь на цангу 6, принимает на себя некоторую часть осевой нагрузки. Логично полагать, что при этом участок штанги 5 от гайки 4 до рабочего участка цанги 6 работает на растяжение, а остальная часть осевой нагрузки, очевидно, приходится на цангу 6.

Если допустить отсутствие трения между штангой 5 и цангой 6, что в реальной жизни не бывает, то вся нагрузка ложится на гайку 4 и конусный разъем 8 и штанга 5 может оборваться по резьбовой головке с гайкой 4 по наиболее расслабленному сечению штанги 5. Однако в предложенной конструкции осевая нагрузка независимо от внешних факторов органически распределяется между гайкой 4 и цангой 6, дополняя друг друга, благодаря чему тело обыкновенной насосной штанги сохраняет заложенную в ней необходимую и достаточную несущую способность.

Следует указать, что при этом совсем не обязательно, чтобы зубья у цанги 6 были острыми и твердыми, что может привести к недопустимой порче тела штанги. На рабочей поверхности цанги достаточно иметь, например, кольцевые канавки для размещения выдавленной с тела штанги грязи (парафина, нефти, ржавчины и т.п.) в процессе зажатия.

В данном случае захватный элемент в основном работает за счет сил трения, возникающих между штангой и цангой благодаря автоматическому действию гайки 4 на головку цанги 6, что в конечном итоге приводит к снижению таких требований к захватному элементу, как твердость, упругость материала цанги, и упрощению ее изготовления.

Формула изобретения

Соединение устьевого штока с колонной насосных штанг, содержащее полый корпус с расположенной в его верхней части резьбой, расположенные в корпусе пружину сжатия, а под последней - захватный элемент, внутренняя поверхность которого соответствует диаметру насосной штанги и снабжена зубьями, а наружная поверхность выполнена с угловым положением в соответствии с внутренней поверхностью корпуса, отличающееся тем, что расположенная в верхней части корпуса резьба выполнена под устьевой шток, на верхнем конце соединяемой и подогнанной по длине насосной штанги выполнена резьба под соответствующую гайку, установленную с возможностью одновременного контактирования с расположенным под гайкой захватным элементом и пружиной сжатия, расположенной над гайкой, причем рабочая внутренняя поверхность с угловым положением организована в съемной установленной неподвижно в нижнем конце корпуса втулке, при этом внутренняя полость корпуса заполнена смазочным маслом и изолирована от воздействия внешней среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1