соединительное устройство для колонны насосных штанг

Формула изобретения

Соединительное устройство для колонны насосных штанг, содержащее присоединительные муфты, связанные с колонной насосных штанг, и цилиндрические полумуфты, в которых расположены шарниры, отличающееся тем, что шарниры выполнены цилиндрическими, а цилиндрические полумуфты соединены обоймами в единую цилиндрическую муфту, содержащую внутренние выступы, в которых размещены цилиндрические шарниры, каждый из которых выполнен заодно с соответствующей присоединительной муфтой с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах единой цилиндрической муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к конструкциям насосных штанг, и может быть использовано при добыче нефти скважинными штанговыми насосами.

Значительное количество подземных ремонтов скважин связано с отворотами в муфтовых соединениях насосных штанг, в результате чего происходит увеличение простаивания нефтяных скважин.

Одной из причин отворота насосных штанг является дополнительное усилие столба жидкости в насосно-компрессорных трубах (НКТ), действующее на ребра полиамидных скребков центраторов, направленное на насосные штанги при их движении вниз. При тугой посадке плунжера в цилиндре скважинного штангового насоса усилие, направленное на отворот насосных штанг, увеличивается. Другой причиной отворота является то, что в наклонно направленных скважинах насосные штанги с центраторами во время работы соприкасаются со стенкой НКТ (прижимаются к стенке), при этом создаваемое усилие направлено на отворот нижней части колонны насосных штанг.

Известны устройства для соединения насосных штанг, состоящие из полумуфт с опорными поверхностями, штока и ограничителя осевого перемещения (1, 2).

Недостатками указанных устройств являются сложность конструкции и низкая надежность работы из-за самопроизвольного разъединения насосных штанг.

Также из патентной литературы известно устройство для соединения насосных штанг, состоящее из двух соединительных муфт, в которых размещены вкладыши, а на концах штанг установлены сферические шарниры (3).

Недостатки указанного устройства сложность конструкции и изготовления, обусловленные наличием резьбовых соединений, что снижает надежность работы устройства в искривленных скважинах.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является соединительная муфта насосных штанг, принятая нами за прототип, состоящая из двух частей корпуса, связанных между собой шарнирным соединением в виде шарового пальца. Верхняя и нижняя части корпуса имеют присоединительные резьбовые концы для колонны штанг и по два ролика, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые имеют целью скользить по стенке насосно-компрессорных труб, чем предотвращают касание муфты к трубе в наклонных скважинах. Шаровой палец позволяет вращаться обеим частям корпуса муфты относительно друг друга, что уменьшает напряжения от изгиба штанг и число отворотов муфт (4).

Недостатками данного решения являются сложность конструкции и изготовления, низкая надежность в работе, обусловленная геометрическими параметрами шарового пальца (0 пальца), на который действуют растягивающие усилия колонны насосных штанг.

Задача изобретения состоит в упрощении конструкции соединительного устройства, обеспечивающего надежность работы, в частности, в искривленных скважинах.

Настоящее изобретение предназначено для предотвращения отворотов в муфтовых соединениях колонны штанг, происходящих в результате возникновения упругих сил в колонне насосных штанг во время ее движения вверх при одновременном вращении всей колонны штанг штанговращателем вправо и действующих по принципу распружинивания нижней части колонны штанг при движении ее вниз, когда колонна не вращается. Эти моменты происходят при тугой посадке плунжера в скважинном штанговом насосе и при касании колонны штанг к НКТ в наклонно-направленных скважинах, а также при наличии полиамидных скребков-центраторов, которые при ходе колонны насосных штанг вниз создают дополнительные усилия на отворот из-за конфигурации.

Поставленная цель достигается тем, что в соединительном устройстве для колонны насосных штанг, содержащем присоединительные муфты, связанные с колонной насосных штанг, и цилиндрические полумуфты, в которых расположены шарниры, согласно изобретению шарниры выполнены цилиндрическими, а цилиндрические полумуфты соединены обоймами в единую цилиндрическую муфту, содержащую внутренние выступы, в которых размещены цилиндрические шарниры, каждый из которых выполнен заодно с соответствующей присоединительной муфтой с возможностью свободного вращения относительно друг друга во внутренних выступах единой цилиндрической муфты.

Поставленная цель также достигается установкой соединительного устройства в колонне насосных штанг в местах искривления скважины или над насосом, в случае тугой посадки плунжера. Тем самым обеспечивается вращение штанговращателем колонны насосных штанг, находящейся выше соединительного устройства, а колонна штанг ниже соединительного устройства не вращается и не испытывает упругих усилий и усилий на отворот. Размеры цилиндрических шарниров приближены к диаметрам насосных штанг, вследствие чего повышается надежность в работе.

При исследовании отличительных признаков описываемого соединительного устройства для колонны насосных штанг не выявлено каких-либо аналогичных известных решений. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображено соединительное устройство для колонны насосных штанг.

Соединительное устройство для колонны насосных штанг (фиг.1) состоит из двух цилиндрических полумуфт 1, имеющих внутренние выступы 4, в которые вставляются цилиндрические шарниры 5, выполненные заодно с присоединительными муфтами 2, соединенными, в свою очередь, с насосными штангами. Цилиндрические полумуфты 1 соединяются в единую муфту обоймами 3. Цилиндрические шарниры 5 свободно вращаются относительно друг друга (металл по металлу) во внутренних выступах 4.

Устройство работает следующим образом.

Соединительное устройство для колонны насосных штанг устанавливается в колонне штанг в местах наиболее вероятного отворота муфтового соединения (в точке наибольшего изменения профиля скважины) и над насосом.

При запуске в работу глубинно-насосной установки колонна насосных штанг, расположенная выше соединительного устройства, вращается с помощью штанговращателя и вращает один из цилиндрических шарниров 5 соединительного устройства. Колонна насосных штанг, расположенная ниже соединительного устройства, вместе с другим цилиндрическим шарниром 5 не вращается. Тем самым, нижняя часть колонны насосных штанг не испытывает упругих пружинистых усилий, способствующих отвороту насосных штанг.

Все трущиеся поверхности соединительного устройства находятся в нефти и не требуют смазки. На соединительное устройство для колонны насосных штанг действуют растягивающие усилия, радиальных нагрузок нет.

Соединительное устройство для колонны насосных штанг позволяет сократить количество подземных ремонтов скважин по причине отворотов в колоннах штанг, что способствует увеличению добычи нефти и продолжительности работы механизма штанговращателя в результате снижения нагрузок скручивания.

Источники информации:

1. А.С. СССР №474599, Е 21 В 17/02. Устройство для соединения насосных штанг.

2. А.С. СССР №727835, Е 21 В 17/04. Устройство для соединения насосных штанг.

3. А.С. СССР №632824, Е 21 В 17/04. Устройство для соединения насосных штанг.

4. Патент РФ №2017930, Е 21 В 17/05. Соединительная муфта насосных штанг. Прототип.