насосная стеклопластиковая штанга

Формула изобретения

1. Насосная стеклопластиковая штанга, состоящая из стеклопластикового стержня и металлических наконечников, закрепленных с обеих сторон стержня, имеющих с одной стороны соединительную резьбу, с другой - внутреннюю полость для фиксации в ней концевой части стержня, стенки которой представляют собой поверхность, образованную цилиндрической входной и конической поверхностями, адгезива, заполняющего пространство между внутренней полостью установочной части наконечника и поверхностью стержня из стеклопластика с образованием адгезионного соединения, расклинивающими деталями на концах стержня, обеспечивающих крепление наконечников к стержню, отличающаяся тем, что металлический наконечник изготовлен разъемным со вспомогательной полостью в установочной части наконечника, с резьбовой выработкой на внутренней цилиндрической входной и конической поверхностях установочной части наконечника, расклинивающая деталь выполнена в виде пластины, в поперечном сечении представляющей собой конус со стрелообразной вершиной, а на обоих концах стеклопластикового стержня строго по центру относительно его продольной оси выполнены прорези с поперечными отверстиями, при этом в прорези вставлены расклинивающие детали, которые через вспомогательную полость установочной части наконечников вбиты в стеклопластиковый стержень до выравнивания их оснований.

2. Насосная стеклопластиковая штанга по п.1, отличающаяся тем, что высота расклинивающей детали составляет 2/3 высоты конической зоны наконечника, а ее конусность в 1,15-1,3 раза превышает конусность конической зоны.

3. Насосная стеклопластиковая штанга по п.1 или 2, отличающаяся тем, что длина прорезей на стеклопластиковом стержне соответствует 0,8-1,0 высоты расклинивающей детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано при добыче нефти штанговыми глубинными насосами.

Штанги предназначены для передачи движения от наземного привода к скважинному насосу. Использование стеклопластика, представляющего собой композиционный материал на основе органических и неорганических полимерных связующих и стеклянного наполнителя в качестве конструкционного материала при изготовлении штанг дает большие технико-экономические преимущества по сравнению с обычными стальными штангами из-за высокой прочности при сравнительно низкой плотности, коррозионной стойкости и других важных физико-механических свойствах материала. Однако при всех положительных эксплуатационных качествах стеклопластиковых штанг остается проблема надежной заделки стеклопластиковых штанг в стальные наконечники.

Известны конструкции насосных штанг (заявка Франции N 2537201, опубл. 08.06.84, патент США N 4822201, опубл. 18.04.89), в которых наконечник имеет продольный разрез, в который внедряется конец элемента штанги таким образом, что между двумя стыкующимися элементами образуется кольцевая камера, имеющая больше размер на дне, чем на открытом конце, причем камера заполнена связующим материалом.

Недостатком таких конструкций является невозможность обеспечения равномерного зазора между поверхностью штанги и внутренней поверхностью наконечника при заполнении его адгезивом, что приводит к существенному снижению прочности крепления штанги в наконечнике.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция насосной штанги (патент РФ N 2117132, кл. E 21 B 17/00, F 16 B 11/00, опубл. 10.08.98, Б. И. N 22), включающая сплошной стержень из стеклопластика и ниппели, закрепленные с обеих сторон стержня и имеющие с одной стороны соединительную резьбу, а с другой - глухую внутреннюю полость для фиксации в ней концевой части стержня, стенки которой представляют собой поверхность, образованную цилиндрическими и коническими поверхностями с зонами прямого и обратного конусов, адгезив, заполняющий пространство между внутренней поверхностью ниппеля и поверхностью стержня из стеклопластика с образованием адгезионного соединения, а также расклинивающие детали на концах стержня.

Недостатком известной конструкции является то, что при выполнении расклинивающей детали в виде тела вращения с конусной частью и концевой частью для установки детали в торце стержня, учитывая, что длина стержня из стеклопластика равна 8-9 м, трудно добиться приложения необходимого усилия для достаточного расклинивания стержня. Предложенная конструкция с глухой установочной полостью и внутренней поверхностью с парными коническими зонами, одна из которых имеет конусность, направленную ко дну внутренней полости, а другая - к входному отверстию внутренней полости, причем угол конусности обратного конуса меньше, чем угол конусности обратного конуса предшествующей парной конической зоны - нетехнологична при изготовлении и сборке. При предложенной конструкции расклинивающей детали и выполнении внутренней полости наконечников глухой трудно обеспечить расклинивание стеклопластикового стержня за счет давления на стеклопластиковый стержень (длиной 8-9 м) без нежелательного его разрушения в силу специфических свойств материала. Все это приводит к снижению надежности и прочности крепления стеклопластикового стержня в металлических наконечниках, а также нетехнологичности при изготовлении и сборке.

Задачей предлагаемого изобретения является создание насосной стеклопластиковой штанги повышенной надежности и прочности крепления стеклопластикового стержня в металлических наконечниках, упрощенной технологии изготовления и сборки.

Для решения этой задачи предложена насосная стеклопластиковая штанга, состоящая из стеклопластикового стержня и металлических наконечников, закрепленных с обеих сторон стержня, имеющих с одной стороны соединительную резьбу, с другой - внутреннюю полость для фиксации в ней концевой части стержня, стенки которой представляют собой поверхность, образованную цилиндрической входной и конической поверхностями, адгезива, заполняющего пространство между внутренней полостью установочной части наконечника и поверхностью стержня из стеклопластика с образованием адгезионного соединения, расклинивающими деталями на концах стержня, обеспечивающих крепление наконечников к стержню, причем металлический наконечник изготовлен разъемным со вспомогательной полостью в установочной части наконечника, с резьбовой выработкой на внутренней цилиндрической входной и конической поверхностях установочной части наконечника, расклинивающая деталь выполнена в виде пластины, в поперечном сечении представляющей собой конус со стрелообразной вершиной, а на обоих концах стеклопластикового стержня строго по центру относительно его продольной оси выполнены прорези с поперечными отверстиями, при этом в прорези вставлены расклинивающие детали, которые через вспомогательную полость установочной части наконечников вбиты в стеклопластиковые стержни до выравнивания их оснований, причем высота расклинивающей детали составляет 2/3 высоты конической зоны наконечника, а ее конусность в 1,15-1,3 раза превышает конусность конической зоны, а длина прорезей на стеклопла-стиковом стержне соответствует 0,8-1,0 высоты расклинивающей детали.

Устройство насосной стеклопластиковой штанги показано на фиг. 1, 2, 3.

Насосная стеклопластиковая штанга (фиг. 1 ) включает стеклопластиковый стержень 1 и два металлических наконечника 2. На фиг. 2 представлен в разрезе узел крепления стеклопластикового стержня 1 в наконечнике 2 с расклинивающей деталью 3 и адгезивом 4. Наконечник 2 имеет соединительную часть 5 с резьбовыми элементами 6 и 7 и установочную часть 8 с резьбовым элементом 9 и вспомогательной полостью 10 с одной стороны и цилиндрической входной зоной 11 и конической кольцевой зоной 12 для размещения стержня 1 с другой стороны. Поверхности цилиндрической входной зоны 11 и конической кольцевой зоны 12 выполнены с резьбовой выработкой 13. Расклинивающая деталь 3 выполнена в виде пластины, в поперечном разрезе представляющая собой конус со стрелообразной вершиной 14, причем высота расклинивающей детали 3 составляет 2/3 высоты конической кольцевой зоны 12 наконечника 2, а ее конусность в 1,15-1,3 раза превышает конусность последней. На обоих концах стеклопластикового стержня 1 строго по центру относительно его продольной оси выполнены сквозные прорези 15 длиной, соответствующей 0,8-1,0 высоты расклинивающей детали 3 и поперечными отверстиями 16 для установки в них утолщенной части стрелообразной вершины 14 расклинивающей детали 3, как показано на фиг. 3.

Крепление стеклопластикового стержня 1 в наконечниках 2 происходит следующим образом. Предварительно подготовленный со вставленной в прорезь 15 расклинивающей деталью 3 конец стеклопластикового стержня 1 вводится через цилиндрическую входную зону 11 в коническую кольцевую зону 12 предварительно нагретой и смазанной адгезивом 4 установочной части 8 до упора в резьбовой элемент 9. Через вспомогательную полость 10 со стороны резьбового элемента 9 стеклопластиковый стержень 1 расклинивается с помощью детали 3 до тех пор, пока ее основание 17 не сравняется с торцем 18 стеклопластикового стержня 1. Затем через вспомогательную полость 10 внутренняя полость установочной части 8 заливается адгезивом 4 специального состава до появления его через зазор между стержнем 1 и цилиндрической входной зоной 11. Резьбовой элемент 7 соединительной части 5 наконечника 2 заворачивается на резьбовой элемент 9 установочной части 8 до упора. Далее узел подвергается сушке при определенном температурном и временном режиме. Образующееся монолитное соединение обеспечивает надежное сцепление стеклопластикового стержня 1 с металлическими наконечниками 2, гарантируя безаварийную работу насосных стеклопластиковых штанг при экстремальных нагрузках.

Предложенное техническое решение значительно повышает прочность и надежность крепления стеклопластикового стержня к металлическим наконечникам, а также упрощает технологию изготовления и сборки насосных стеклопластиковых штанг.