Насосная штанга

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано для передачи движения в составе колонны насосных штанг от наземного привода к скважинному штанговому насосу. Насосная штанга включает полый стержень. С двух сторон, на концах полого стержня установлены головки, имеющие хотя бы с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом. Полый стержень оснащен упорными площадками. В сквозное отверстие полого стержня установлен внутренний стержень, который снабжен концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками полого стержня, концы которого закреплены в головках штанги с помощью разъемного или неразъемного соединения. Конструкция насосной штанги способна сохранять работоспособное состояние при неисправном состоянии внешней поверхности, но при сохранении работоспособности резервного элемента. Таким образом повышается живучесть, обеспечивается возможность ремонта насосной штанги в эксплуатационных условиях, что увеличивает технический ресурс, и, как следствие, повышается в целом надежность штанги по показателям ремонтопригодности, безотказности и долговечности. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано для передачи движения в составе колонны насосных штанг от наземного привода к скважинному штанговому насосу.

Известны конструкции глубинно-насосной штанги (по ГОСТ 13877 и ГОСТ Р 51161), содержащие стержень с установленными с двух сторон резьбовыми головками.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемой конструкции насосной штанги является полая «Насосная штанга» (см. пат.RU №2210002, F04В 47/02, опубл. 10.08.2003, Бюл. №22), содержащая стеклопластиковый полый стержень и закрепленные с обеих сторон стержня полые металлические головки с резьбовыми соединительными элементами.

Общими недостатками всех перечисленных аналогов являются:

- ограниченная надежность насосной штанги ввиду отсутствия резервных элементов;

- кратковременная живучесть, определяемая только механическими свойствами материала;

- неремонтопригодность из-за ограниченных возможностей диагностики и отсутствия технологий восстановления первоначальных характеристик штанги в условиях эксплуатации;

- ограниченный технический ресурс из-за невозможности своевременного восстановления начальных качеств штанги во время текущих ремонтов.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и живучести насосной штанги, обеспечение ремонтопригодности и увеличение технического ресурса насосной штанги за счет введения в конструкцию полой штанги резервного элемента (элементов).

Указанная техническая задача может быть решена предлагаемой насосной штангой, включающей полый стержень, установленные с двух сторон на концах указанного стержня головки с резьбовыми концами.

Новым является то, что полый стержень оснащен упорными площадками, размещенными на концах штанги, и внутренним стержнем, который снабжен концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками полого стержня.

На чертеже изображен вид с сечениями насосной штанги.

Насосная штанга, включающая полый стержень 1, установленные с двух сторон на концах полого стержня головки 2, имеющие хотя бы с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом 3. Полый стержень 1 оснащен на концах упорными площадками 4. В сквозное отверстие полого стержня 1 установлен внутренний стержень 5, который снабжен концевыми упорами 6, взаимодействующими с упорными площадками 4 полого стержня 1, концы которого закреплены в головках 2 штанги с помощью разъемного или неразъемного соединения А.

Насосная штанга работает следующим образом.

При помощи резьбовых элементов 3 головки 2 она устанавливается в колонну перед спуском в скважину (на чертеже не показана). Верхняя часть колонны полых штанг соединяется с тяговым устройством, например станком-качалкой (на чертеже не показан), а нижняя - с рабочим органом, например со штанговым насосом (на чертеже не показан). Штанга, состоящая из полого 1 и внутреннего 5 стержней, воспринимает рабочую нагрузку поэлементно, каждый из стержней 1 и 5 является резервным для другого, при частичном разрушении полого стержня 1 внутренний стержень 5 способен воспринять большую нагрузку, чем обеспечивается повышенная надежность насосной штанги. В условиях аварийного разрушения полого стержня 1 внутренний стержень 5 способен временно воспринять полную нагрузку, чем обеспечивается повышенная живучесть; а также обеспечивается ремонтопригодность за счет возможности обнаружения опасных разрушений полого стержня 1 до начала разрушения внутреннего стержня 5 и соответственно возможности своевременного ремонта полого стержня 1. Создаются предпосылки для увеличения технического ресурса насосной штанги за счет обеспечения возможности своевременного (до наступления момента полного разрушения штанги) восстановления начальных качеств полого 1 и внутреннего 5 стержней во время текущих ремонтов.

При возникновении в полом стержне 1 проникающих коррозионных повреждений дальнейшее развитие коррозии будет временно останавливаться на естественной границе между полым 1 и внутренним 5 стержнями, что также обеспечивает повышенную живучесть в условиях воздействия коррозии, ремонтопригодность и возможность увеличения технического ресурса.

При возникновении в полом стержне 1 усталостных трещин их дальнейшее развитие будет останавливаться на естественной границе между стержнями 1 и 5, что также обеспечивает повышенную живучесть в условиях воздействия циклически изменяющейся рабочей нагрузки, ремонтопригодность и повышенный технический ресурс.

Своевременное обнаружение дефектов стержня 1, неизбежно приводящих к ее отказу, становится возможным до момента полного разрушения штанги без применения специальных методов контроля, например визуально.

Ремонт штанги становится возможным общеизвестными методами путем ремонта дефектов полого стержня 1, например сваркой, наложением клееных и сварных заплат, в том числе в эксплуатационных условиях.

Полый стержень 1 оснащен упорными площадками 4, которые могут иметь следующие исполнения:

- в качестве упорных площадок 4 используются торцы полого стержня 1, что упрощает конструкцию;

- в качестве упорных площадок 4, например, используются торцы цилиндрических выборок со стороны резьбовых элементов 3, выполненных размером больше диаметра внутреннего стержня 5 и соосно с ним, что позволяет уменьшить массу и габариты штанги.

Внутренний стержень 5 оснащен концевыми упорами 6, которые могут иметь следующие исполнения:

- в качестве концевых упоров 6 используют детали разъемных соединений с возможностью фиксации, например используется тело резьбовых деталей, которые могут перемещаться по ответной резьбе на концах внутреннего стержня 5 или полого стержня 1, до упора в упорные площадки 4, что позволяет регулировать установку внутреннего стержня 5 и улучшить технологичность сборки штанги;

- в качестве концевых упоров 6 используют элементы неразъемных соединений, например используются концевые заклепочные головки, что позволяет улучшить технологичность сборки штанги.

В качестве упорных площадок 4 и концевых упоров 6 может быть использовано неразъемное соединение концов полого стержня 1 и внутреннего стержня 5 следующих исполнений:

- с помощью сварки, что повышает надежность соединения и обеспечивает герметичность внутренней полости от проникновения рабочей среды при эксплуатации;

- запрессовкой, что также повышает надежность соединения и обеспечивает герметичность внутренней полости от проникновения рабочей среды при эксплуатации.

Внутренний стержень 5 может быть выполнен составным в виде продольных тросов или набора стержней различного профиля, что позволяет еще больше повысить живучесть штанги за счет увеличения количества резервных элементов.

Внутренний стержень 5 может быть полым с замкнутой или открытой внутренней полостью, что позволит снизить массу штанги и использовать внутреннюю полость для вспомогательных целей, например для подачи химического реагента в скважину.

Таким образом, предлагаемая конструкция насосной штанги способна сохранять работоспособное состояние при неисправном состоянии внешней поверхности, но при сохранении работоспособности резервного элемента, т.е. повысить живучесть, обеспечить возможность ремонта насосной штанги в эксплуатационных условиях, что увеличивает технический ресурс, и, как следствие, повысить в целом надежность штанги по показателям ремонтопригодности, безотказности, долговечности.

Насосная штанга, включающая полый стержень, установленные с двух сторон на концах полого стержня головки, имеющие хотя бы с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом, отличающаяся тем, что полый стержень оснащен упорными площадками, размещенными на концах штанги, и внутренним стержнем, который снабжен концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками стержня.