штанговая колонна

Формула изобретения

Штанговая колонна, включающая насосные штанги, глухие муфты, а также шарнирные муфты, установленные на участках искривления скважин и в нижней части колонны и выполненные в виде стакана с внутренней расточкой и присоединительной резьбой для штанги на одном конце, разрезной опорной втулки, жестко связанной со вторым концом стакана и снабженной конической расточкой, размещенной внутри стакана на уровне его расточки, и полуштанги со сферической головкой, размещенной в расточке стакана и кинематически связанной с конической расточкой разрезной опорной втулки, а тело полуштанги размещено в осевом отверстии разрезной опорной втулки с расчетным радиальным зазором, отличающаяся тем, что полуштанга и стакан размещены относительно друг друга с запасом осевого хода и снабжены сопрягаемыми профилями с расчетным зазором в поперечном сечении, разнесенными на величину запаса хода и образующими жесткую кинематическую связь во вращательном движении между собой при появлении продольной сжимающей силы в колонне в местах установки шарнирных муфт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике добычи нефти и может быть использовано при эксплуатации скважин, преимущественно искривленных, штанговыми скважинными насосами.

Известна колонна штанг, состоящая из штанг конечной длины, соединенных между собой с помощью глухих муфт (ГОСТ 13877-80). Недостатком такой колонны является ненадежность и недолговечность ее работы в искривленных скважинах из-за перегиба штанг и вызываемых этим напряжений кручения и дополнительных напряжений изгиба в зоне перехода от тела штанг к участку повышенной жесткости, состоящему из головок соединяемых штанг и муфты.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является штанговая колонна, состоящая из собственно штанг, глухих муфт и «устройства для соединения насосных штанг» (Авт. св. №2124109, 1997 г.), снабженная шарнирными муфтами, установленными по длине колонны на участках искривления скважин и в нижней части колонны, выполненными в виде стакана с внутренней расточкой и присоединительной резьбой для штанг на одном конце, разрезной опорной втулки, жестко связанной со вторым концом стакана и снабженной конической расточкой, размещенной внутри стакана на уровне его расточки, и полуштанги со сферической головкой, размещенной в расточке стакана и кинематически связанной с конической расточкой разрезной опорной втулки, а тело полуштанги размещено в осевом отверстии разрезной опорной втулки с радиальным зазором. Такая колонна не может быть использована для залавливания всасывающего клапана в скважинах с невставными насосами, так как для этого требуется повернуть колонну штанг как единое целое, что невозможно осуществить в рассмотренном прототипе, где шарнирные муфты придают автономность вращения отдельных участков колонны.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей колонны штанг.

Сущность изобретения заключается в том, что известная штанговая колонна, включающая глухие муфты, насосные штанги, шарнирные муфты, установленные на участках искривления скважин и в нижней части колонны, выполненные в виде стакана с внутренней расточкой и присоединительной резьбой для штанги на одном конце, разрезной опорной втулки, жестко связанной со вторым концом стакана и снабженной конической расточкой, размещенной внутри стакана на уровне его расточки, и полуштанги со сферической головкой, размещенной в расточке стакана и кинематически связанной с конической расточкой разрезной опорной втулки при действии растягивающей нагрузки, тело полуштанги размещено в осевом отверстии разрезной опорной втулки с расчетным радиальным зазором, причем согласно изобретению полуштанга и стакан размещены относительно друг друга с запасом осевого хода и снабжены сопрягаемыми профилями с расчетным зазором в поперечном сечении, разнесенными на величину запаса хода и образующими жесткую кинематическую связь во вращательном движении между собой при появлении продольной сжимающей силы в колонне в местах установки шарнирных муфт.

На фиг.1-3 представлена штанговая колонна. Штанговая колонна состоит их насосных штанг 1, глухих штанговых муфт (не изображены), шарнирных муфт, включающих стакан 2 с внутренней расточкой 3 и присоединительной резьбой 4, разрезную опорную втулку 5 с конической расточкой 6, жестко связанную со стаканом 2, полуштангу 7 со сферической головкой 8, размещенной в расточке 3 стакана 2 и кинематически связанной с конической расточкой 6 разрезной опорной втулки 5 и снабженной запасом осевого хода S. Между телом полуштанги 7 и осевым отверстием разрезной опорной втулки 5 имеется расчетный радиальный зазор 9. Полуштанга 7 и разрезная опорная втулка 5 снабжены сопрягаемыми профилями 10 и 11 соответственно и разнесены относительно друг друга на расстояние Н, равное запасу осевого хода S полуштанги 7.

Штанговая колонна работает следующим образом. При ходе вверх по всей длине колонны действуют растягивающие усилия, которые передаются от штанги к штанге через глухие и шарнирные муфты, причем в шарнирных муфтах, установленных в зонах искривления, усилие от веса столба жидкости и расположенной ниже части колонны штанг через сферическую головку 8 полуштанги 7, самоустанавливающейся по касательной к искривленному участку скважины, передается конической расточке 6 разрезной опорной втулки 5 и далее стакану 2 и выше расположенной штанге. При ходе вниз в нижней части колонны, испытывающей усилие сжатия, профили 10 и 11 сопрягаются с сохранением расчетного зазора, что позволяет получить необходимый угол между осями полуштанги и стакана. Растянутая часть колонны работает идентично, как и при ходе вверх, то есть обеспечивая автономность вращения участков колонны, соединенных шарнирными муфтами. Для залавливания всасывающего клапана колонна штанг полностью разгружается на всасывающий клапан, в результате под действием сжимающих нагрузок профили 10 и 11 шарнирных муфт сопрягаются по всей длине колонны штанг, образуя жесткую кинематическую связь между собой, что позволяет повернуть колонну штанг как одно целое.

Положительный эффект при использовании предлагаемой штанговой колонны достигается за счет того, что при проведении операции по залавливанию всасывающего клапана невставного штангового насоса, осуществляемого «посадкой» колонны на этот клапан, и поворота для фиксации клапана в байонетном устройстве насоса, профили стакана и полуштанги под действием веса вышележащей части колонны штанг входят один в другой, благодаря чему исключается возможность их относительного вращения. В тоже время зазоры между профилями позволяют компенсировать угловые смещения осей стакана и полуштанги, возникающие за счет изгиба колонны штанг от собственной силы тяжести, а, следовательно, минимизировать напряжения изгиба в головках штанг.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в любых искривленных и наклонно направленных скважинах, в которых штанговая колонна совершает возвратно-поступательное движение.