Результат интеллектуальной деятельности: НАСОСНАЯ ШТАНГА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано для передачи движения в составе колонны насосных штанг от наземного привода к скважинному штанговому насосу.

Известны конструкции глубинно-насосной штанги (по ГОСТ 13877 и ГОСТ Р 51161), содержащие стержень с установленными с двух сторон резьбовыми головками.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемой конструкции насосной штанги является полая «Насосная штанга» (см. пат.RU №2210002, F04В 47/02, опубл. 10.08.2003, Бюл. №22), содержащая стеклопластиковый полый стержень и закрепленные с обеих сторон стержня полые металлические головки с резьбовыми соединительными элементами.

Общими недостатками всех перечисленных аналогов являются:

- ограниченная надежность насосной штанги ввиду отсутствия резервных элементов;

- кратковременная живучесть, определяемая только механическими свойствами материала;

- неремонтопригодность из-за ограниченных возможностей диагностики и отсутствия технологий восстановления первоначальных характеристик штанги в условиях эксплуатации;

- ограниченный технический ресурс из-за невозможности своевременного восстановления начальных качеств штанги во время текущих ремонтов.

Технической задачей изобретения является повышение надежности и живучести насосной штанги, обеспечение ремонтопригодности и увеличение технического ресурса насосной штанги за счет введения в конструкцию полой штанги резервного элемента (элементов).

Указанная техническая задача может быть решена предлагаемой насосной штангой, включающей полый стержень, установленные с двух сторон на концах указанного стержня головки с резьбовыми концами.

Новым является то, что полый стержень оснащен упорными площадками, размещенными на концах штанги, и внутренним стержнем, который снабжен концевыми упорами, взаимодействующими с упорными площадками полого стержня.

На чертеже изображен вид с сечениями насосной штанги.

Насосная штанга, включающая полый стержень 1, установленные с двух сторон на концах полого стержня головки 2, имеющие хотя бы с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом 3. Полый стержень 1 оснащен на концах упорными площадками 4. В сквозное отверстие полого стержня 1 установлен внутренний стержень 5, который снабжен концевыми упорами 6, взаимодействующими с упорными площадками 4 полого стержня 1, концы которого закреплены в головках 2 штанги с помощью разъемного или неразъемного соединения А.

Насосная штанга работает следующим образом.

При помощи резьбовых элементов 3 головки 2 она устанавливается в колонну перед спуском в скважину (на чертеже не показана). Верхняя часть колонны полых штанг соединяется с тяговым устройством, например станком-качалкой (на чертеже не показан), а нижняя - с рабочим органом, например со штанговым насосом (на чертеже не показан). Штанга, состоящая из полого 1 и внутреннего 5 стержней, воспринимает рабочую нагрузку поэлементно, каждый из стержней 1 и 5 является резервным для другого, при частичном разрушении полого стержня 1 внутренний стержень 5 способен воспринять большую нагрузку, чем обеспечивается повышенная надежность насосной штанги. В условиях аварийного разрушения полого стержня 1 внутренний стержень 5 способен временно воспринять полную нагрузку, чем обеспечивается повышенная живучесть; а также обеспечивается ремонтопригодность за счет возможности обнаружения опасных разрушений полого стержня 1 до начала разрушения внутреннего стержня 5 и соответственно возможности своевременного ремонта полого стержня 1. Создаются предпосылки для увеличения технического ресурса насосной штанги за счет обеспечения возможности своевременного (до наступления момента полного разрушения штанги) восстановления начальных качеств полого 1 и внутреннего 5 стержней во время текущих ремонтов.

При возникновении в полом стержне 1 проникающих коррозионных повреждений дальнейшее развитие коррозии будет временно останавливаться на естественной границе между полым 1 и внутренним 5 стержнями, что также обеспечивает повышенную живучесть в условиях воздействия коррозии, ремонтопригодность и возможность увеличения технического ресурса.

При возникновении в полом стержне 1 усталостных трещин их дальнейшее развитие будет останавливаться на естественной границе между стержнями 1 и 5, что также обеспечивает повышенную живучесть в условиях воздействия циклически изменяющейся рабочей нагрузки, ремонтопригодность и повышенный технический ресурс.

Своевременное обнаружение дефектов стержня 1, неизбежно приводящих к ее отказу, становится возможным до момента полного разрушения штанги без применения специальных методов контроля, например визуально.

Ремонт штанги становится возможным общеизвестными методами путем ремонта дефектов полого стержня 1, например сваркой, наложением клееных и сварных заплат, в том числе в эксплуатационных условиях.

Полый стержень 1 оснащен упорными площадками 4, которые могут иметь следующие исполнения:

- в качестве упорных площадок 4 используются торцы полого стержня 1, что упрощает конструкцию;

- в качестве упорных площадок 4, например, используются торцы цилиндрических выборок со стороны резьбовых элементов 3, выполненных размером больше диаметра внутреннего стержня 5 и соосно с ним, что позволяет уменьшить массу и габариты штанги.

Внутренний стержень 5 оснащен концевыми упорами 6, которые могут иметь следующие исполнения:

- в качестве концевых упоров 6 используют детали разъемных соединений с возможностью фиксации, например используется тело резьбовых деталей, которые могут перемещаться по ответной резьбе на концах внутреннего стержня 5 или полого стержня 1, до упора в упорные площадки 4, что позволяет регулировать установку внутреннего стержня 5 и улучшить технологичность сборки штанги;

- в качестве концевых упоров 6 используют элементы неразъемных соединений, например используются концевые заклепочные головки, что позволяет улучшить технологичность сборки штанги.

В качестве упорных площадок 4 и концевых упоров 6 может быть использовано неразъемное соединение концов полого стержня 1 и внутреннего стержня 5 следующих исполнений:

- с помощью сварки, что повышает надежность соединения и обеспечивает герметичность внутренней полости от проникновения рабочей среды при эксплуатации;

- запрессовкой, что также повышает надежность соединения и обеспечивает герметичность внутренней полости от проникновения рабочей среды при эксплуатации.

Внутренний стержень 5 может быть выполнен составным в виде продольных тросов или набора стержней различного профиля, что позволяет еще больше повысить живучесть штанги за счет увеличения количества резервных элементов.

Внутренний стержень 5 может быть полым с замкнутой или открытой внутренней полостью, что позволит снизить массу штанги и использовать внутреннюю полость для вспомогательных целей, например для подачи химического реагента в скважину.

Таким образом, предлагаемая конструкция насосной штанги способна сохранять работоспособное состояние при неисправном состоянии внешней поверхности, но при сохранении работоспособности резервного элемента, т.е. повысить живучесть, обеспечить возможность ремонта насосной штанги в эксплуатационных условиях, что увеличивает технический ресурс, и, как следствие, повысить в целом надежность штанги по показателям ремонтопригодности, безотказности, долговечности.