тандем-соединение устьевого штока с колонной насосных штанг

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 наружной конусной поверхностью, отличающийся тем, что захватный элемент выполнен в виде тандема из верхней и нижней частей, каждая из которых снаружи сопряжена со съемной, установленной в корпусе неподвижно, втулкой, причем верхняя часть и свободный конец насосной штанги связаны между собой соединением, исключающим их осевое взаимосмещение.

Описание изобретения к патенту

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 ( Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов. Машины и оборудование для добычи нефти и газа.- М.: Недра, 1984 г. 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 8.432.75-22-43 1996 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 ближайшего аналога выбран источник информации US 5771968, 1998.

В этом источнике информации раскрыто 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 наружной конусной поверхностью.

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

Техническая задача изобретения состоит в создании такого 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 резбой 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 наружней конусной поверхностью, захватный элемент выполнен в виде тандема из верхней и нижней частей, каждая из которых снаружи сопряжена со съемной, установленной в корпусе неподвижно, втулкой, причем верхняя часть и свободный конец насосной штанги связаны между собой соединением, исключающим их осевое взаимосмещение.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез тандема-соединения устьевого штока с колонной насосных штанг в рабочем положении. В полом корпусе 1, соединенном с устьевым штоком 2, расположен захватный элемент в виде тандема из верхней 3 и нижней 4 частей. Верхний захватный элемент 3 состоит из отдельных, как минимум, двух плашек с разрезами 5 в нижней конусной части, а нижний захватный элемент 4 может быть выполнен в виде отдельных плашек или цанги.

Каждый захватный элемент (3, 4) расположен в съемной конусной втулке (6 и 7) соответственно. Верхний захватный элемент 3 снабжен выступом 8 под соответствующую канавку 9, предусмотренную на конце захватываемой насосной штанги 10. Выступ 8 в захватном элементе и соответствующая канавка 9 (любая - прямая или кольцевая) на насосной штанге 10 образуют в сборе, в общем случае, замковое соединение, которое исключает их осевое взаимосмещение на любой стадии работы тандема-соединения. Осевое взаимосмещение этих двух деталей может быть предотвращено и иными средствами, как соединение их между собой на резьбе, штифте, с помощью стопорных пружинных колец и т.д., что приводит к уменьшению поперечного сечения штанги, снижает ее несущую способность.

Аналогичное по назначению замковое соединение может быть создано и за счет перемены мест выступа и канавки под него. Например, кольцевой выступ, буртик на головке штанги может быть получен в результате пластической ее деформации ударами молотка путем соединения конца штанги со втулкой, кольцом или другой головкой посредством электросварки и т.д., под которыми может быть расположен захватный элемент.

Положение съемных втулок 6, 7 с захватными элементами 3, 4 и насосной штангой 10 фиксируется в корпусе 1 установочным винтом 11 с центральным отверстием под насосную штангу и уплотнительным кольцом 12. Внутренняя полость корпуса 1 заполнена смазкой и изолирована от внешней агрессивной среды благодаря уплотнительному кольцу 12 и применению уплотнительной ленты ФУМ в резьбовых соединениях.

Порядок сборки тандема-соединения заключается в том, что подгонку плунжера насоса (не указаны) осуществляют с использованием последней верхней насосной штанги 10, которая впоследствии отрезается по месту непосредственно на устье скважины и на конце штанги специальным приспособлением протачивается, например, кольцевая канавка 9.

На свободный конец насосной штанги 10 надеваются установочный винт 11 с уплотнительным кольцом 12, втулка 7 с нижним захватным элементом 4, втулка 6. Верхний захватный элемент 3 накладывается на верхний конец штанги 10 так, чтобы кольцевой выступ 8 оказался в канавке 9 насосной штанги 10. Придерживая одной рукой верхний захватный элемент 3, под него подводится последовательно втулка 6, нижний захватный элемент 4 со втулкой 7 и установочный винт 11 с уплотнительным кольцом 12, после чего корпус 1 заворачивается на установочный винт 11, корпус 1 соединяется с устьевым штоком 2 и ШСНУ запускается в работу.

Тандем-соединение устьевого штока с колонной насосных штанг гарантирует надежное зацепление за тело насосной штанги благодаря замковому соединению ее с верхним захватным элементом, обеспечивающему автоматический самозажим расположенных тандемно захватных элементов с равномерным распределением нагрузки между ними.

То конструктивное свойство, что захватные элементы расположены в конусных съемных втулках, позволяет обеспечить применение в соединении двух и более захватных пар "захватный элемент - конусная втулка", расположенных последовательно друг над другом.