Шарнирное соединение насосных штанг

Шарнирное соединение насосных штанг

Реферат

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к соединению насосных штанг и штанговых муфт, и может быть использовано для штанговых глубинных насосов в качестве защитного и предохранительного устройства.

Известен центратор штанговый (RU 2176717 С1, МПК E21В 17/10, 2000), который содержит цилиндрический корпус с расположенными в нем отверстиями и размещенными в них роликами, корпус выполнен секционным, каждая секция содержит один ролик, соединение секций между собой выполнено шарнирным, а соединение центратора со штангами осуществляется через штанговые головки, шарнирно связанные с секциями центратора.

Недостатком известного центратора является то, что он не решает проблему нейтрализации всех изгибающих и крутящих нагрузок, действующих на колонну насосных штанг, кроме того, центратор не позволяет полностью исключить несанкционированный отворот насосных штанг, слабым звеном в системе центратор - насосные штанги является шарнир, ось которого имеет площадь поперечного сечения меньшую, чем площадь поперечного сечения насосных штанг.

Известен также шарнир поворотный штанговый (BY 4375 С1, МПК E21В 17/05, 2002), содержащий корпус, две полумуфты и соединительный элемент, размещенный в корпусе, связанный с одной из полумуфт и выполненный в виде штока с головкой, расположенной между выступом корпуса с одной стороны и диском из высокопрочного материала с низкими фрикционными свойствами - с другой.

Недостатком известного шарнира является то, что он решает только проблему снятия крутящих нагрузок. Не снижает изгибающие нагрузки, действующие на колонну насосных штанг при прохождении искривленных участков скважины, кроме того, шарнир не позволяет исключить несанкционированный отворот насосных штанг.

Наиболее близким техническим решением является соединительная муфта насосных штанг (RU 2211909 С2, МПК Е21В 17/01, 17/05, 2003), содержащая составной корпус, связанный между собой шарнирным соединением, выполненным в виде шарового пальца, части корпуса выполнены полыми, соединение нижней части корпуса с шаровым пальцем и верхней частью корпуса выполнено по эквидистантным сферическим поверхностям с зазором, регулируемым с помощью фиксатора, размещенного в резьбовом отверстии верхней части корпуса с шагом резьбы меньше шага резьбы крепления шарового пальца.

Недостатком известной соединительной муфты насосных штанг является сложность изготовления четырех сопрягаемых эквидистантных сферических поверхностей, не позволяющая обеспечить полную взаимозаменяемость всех деталей и подразумевающая селективную сборку всего узла. Кроме того, конструкция фиксатора не обеспечивает надежное стопорение сопрягаемых деталей и тем самым не позволяет полностью исключить несанкционированный отворот насосных штанг.

Задачей изобретения является повышение эффективности устранения изгибающих и крутящих нагрузок, действующих на колонну насосных штанг в интервале глубин с интенсивным набором кривизны, снижение износа насосных штанг и насосно-копрессорных труб, упрощение сборки шарнира и обеспечение полной взаимозаменяемости всех деталей в процессе сборки шарнирного соединения насосных штанг и тем самым снижение себестоимости его изготовления.

Поставленная задача достигается за счет того, что шарнирное соединение насосных штанг, содержащее сферический палец, муфту, надетую на него, сопрягаемые между собой по сферической поверхности, согласно изобретению, содержит переводники для присоединения к насосным штангам, между муфтой и верхним переводником установлена резьбовая контргайка с конической поверхностью, сопрягаемой с наружной сферической поверхностью муфты, внутри контргайки установлено упорное разрезное кольцо, посредством которого контргайка фиксируется на сферическом пальце, на нижнем торце сферического пальца устроен выступ (или впадина) шестигранной или иной формы, предназначенный для фиксации сферического пальца в процессе сборки.

Резьбовые соединения сферического пальца и муфты с верхним и нижним переводниками могут дополнительно фиксироваться стопорными винтами.

На чертеже представлено шарнирное соединение насосных штанг, содержащее сферический палец 1, муфту 2 с внутренней 3 и наружной 4 сферическими поверхностями. Сферическая поверхность 4 муфты 2 сопрягается с конической поверхностью 5, устроенной на контргайке 6. На сферическом пальце 1 устроена канавка 7, в которой установлено упорное разрезное кольцо 8, фиксирующее контргайку 6, навернутую на сферический палец 1. На резьбовую часть 9 сферического пальца 1 навернут верхний переводник 10, который дополнительно фиксируется стопорным винтом 11. В муфту 2 ввернут нижний переводник 12, который дополнительно фиксируется стопорным винтом 13. На торце сферического пальца 1 устроен выступ шестигранной формы 14.

Сборка шарнирного соединения насосных штанг происходит следующим образом.

Муфта 2 надевается на сферический палец 1, затем в канавку 7 пальца 1 устанавливается упорное разрезное кольцо 8 и на резьбовую часть 9 наворачивается контргайка 6 с таким условием, чтобы муфта 2 свободно поворачивалась относительно сферического пальца 1 и контргайки 6 без осевого люфта на угол β по всем азимутальным направлениям. Затем на резьбовую часть 9 сферического пальца 1 наворачивается верхний переводник 10. Удерживая контргайку 6 и сферический палец 1 за шестигранный выступ 14, производят крепление верхнего переводника 10 на сферическом пальце 1 с крутящим моментом, обеспечивающим условие нераскрытия стыка, и дополнительно фиксируют стопорным винтом 11. После этого в муфту 2 вворачивается нижний переводник 12, крепится с моментом, обеспечивающим условие нераскрытия стыка, дополнительно нижний переводник 12 фиксируется в муфте 2 стопорным винтом 13. Шарнирное соединение насосных штанг готово к установке в колонне насосных штанг.

Шарнирное соединение насосных штанг работает следующим образом.

При возникновении изгибающих и крутящих усилий в колонне насосных штанг при прохождении участков набора кривизны нижний переводник 12 в месте с муфтой 2 поворачивается относительно сферического пальца 1 и верхнего переводника 10 на угол β, предотвращая тем самым изгиб насосных штанг, кроме того, шарнирное соединение насосных штанг обеспечивает свободный поворот колонны насосных штанг вокруг своей оси, что гарантированно устраняет возможность несанкционированного отворота колонны штанг.

Использование предлагаемого шарнирного соединения насосных штанг позволит значительно снизить, а во многих случаях полностью исключить изгибающие и крутящие нагрузки, действующие на колонну насосных штанг в искривленных участках скважин, полностью исключить возможность несанкционированного отворота насосных штанг, снизить давление колонны штанг на стенку НКТ и тем самым уменьшить износ НКТ и колонны насосных штанг, что в свою очередь увеличит срок службы всего комплекса глубинно-насосного оборудования.

1. Шарнирное соединение насосных штанг, содержащее сферический палец, муфту, надетую на него, сопрягаемые между собой по сферической поверхности, отличающееся тем, что содержит переводники для присоединения к насосным штангам, между муфтой и верхним переводником установлена резьбовая контргайка с конической поверхностью, сопрягаемой с наружной сферической поверхностью муфты, внутри контргайки установлено разрезное упорное кольцо, посредством которого контргайка фиксируется на сферическом пальце, а на нижнем торце сферического пальца устроен выступ или впадина шестигранной или иной формы, предназначенные для фиксации сферического пальца в процессе сборки.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовые соединения сферического пальца и муфты с верхним и нижним переводниками дополнительно фиксируются стопорными винтами.