НАСОСНАЯ ШТАНГА Российский патент 2003 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области нефтепромыслового машиностроения и предназначено для использования в штанговых глубинно-насосных установках для добычи нефти.

Известна насосная штанга, содержащая стержень из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, установленные с двух сторон на концах указанного стержня металлические головки, имеющие соединительную часть с резьбовым элементом и установочную часть с внутренней полостью, включающей кольцевые цилиндрические зоны и кольцевые конические зоны, причем диаметры кольцевых цилиндрических зон и наименьшие диаметры кольцевых конических зон больше наружного диаметра стержня, и имеющей упорную поверхность в плоскости, перпендикулярной оси головки, для фиксации на ней концевой части стержня, а также адгезив, заполняющий пространство между поверхностью внутренней полости установочной части головки и наружной поверхностью стержня с образованием адгезионного соединения и конических клиньев, обеспечивающих крепление головок к стержню (RU 2169250 С1, 20.06.2001).

Недостатком указанной штанги является ее монофункциональность. В составе штанговой колонны она обеспечивает только передачу возвратно-поступательного движения от привода к штанговому насосу.

Настоящее изобретение направлено на создание полифункциональной насосной штанги из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, обеспечивающей, кроме выполнения функции передачи возвратно-поступательного движения от привода к штанговому насосу, осуществление других функций, в частности закачивания и дозирования технологических жидкостей, удаления из скважины механических примесей, гидродинамических исследований скважины. Такая штанга может быть использована также в составе беструбной штанговой глубинно-насосной установки, достигаемый при этом технический результат заключается в сокращении энергетических затрат при подземном ремонте скважин, снижении вероятности осложнений при эксплуатации и подземном ремонте скважин малого диаметра, повышении производительности штанговой глубинно-насосной установки и коэффициента подачи.

Указанный технический результат достигается тем, что в насосной штанге, содержащей стержень из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, установленные с двух сторон на концах указанного стержня металлические головки, имеющие соединительную часть с резьбовым элементом и установочную часть с внутренней полостью, включающей кольцевые цилиндрические зоны и кольцевые конические зоны, причем диаметры кольцевых цилиндрических зон и наименьшие диаметры кольцевых конических зон больше наружного диаметра стержня, и имеющей упорную поверхностью в плоскости, перпендикулярной оси головки, для фиксации на ней концевой части стержня, а также адгезив, заполняющий пространство между поверхностью внутренней полости установочной части головки и наружной поверхностью стержня с образованием адгезионного соединения и конических клиньев, обеспечивающих крепление головок к стержню, выполненного в виде прямого цилиндра, основанием которого является круговое кольцо, за счет чего в стержне сформирован продольный канал, упорная поверхность внутренней полости выполнена в виде кругового кольца, а соединительная часть имеет аксиальный цилиндрический канал с выходом во внутреннюю полость установочной части, причем диаметр аксиального цилиндрического канала равен диаметру продольного канала в стержне, и каналы соединены с образованием сплошного цилиндрического канала.

Кроме того, стержень из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, может включать волокнистый наполнитель, ориентированный по оси прямого цилиндра, и волокнистый наполнитель, расположенный в плоскостях, находящихся под углом к оси прямого цилиндра, например в плоскостях, перпендикулярных оси прямого цилиндра.

На фиг.1 изображен общий вид насосной штанги.

На фиг.2 - продольный разрез узла крепления стержня к головке с помощью адгезива.

Насосная штанга включает стержень 1 из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, и установленные с двух сторон на его концах металлические головки 2. Стержень 1 крепится в головках 2 с помощью адгезива 3. Каждая головка 2 имеет соединительную часть 4 с резьбовым элементом 5 и установочную часть 6 с внутренней полостью 7, включающей кольцевые цилиндрические зоны 8, кольцевые конические зоны 9 и упорную поверхность 10 для фиксации на ней концевой части стержня 1. Диаметры кольцевых цилиндрических зон 8 и наименьшие диаметры кольцевых конических зон 9 больше наружного диаметра стержня 1. Адгезив 3 заполняет пространство между внутренней полостью установочной части 6 и наружной поверхностью стержня 1 с образованием адгезионного соединения и конических клиньев, обеспечивающих крепление головок 2 к стержню 1. Стержень 1 выполнен в виде прямого цилиндра с основанием в виде кругового кольца, с образованием внутри стержня 1 продольного канала 11. Упорная поверхность 10 внутренней полости 7 выполнена в виде кругового кольца, расположенного в плоскости, перпендикулярной оси головок 2. Соединительная часть 4 имеет аксиальный цилиндрический канал 12 с выходом во внутреннюю полость установочной части 6. Диаметр аксиального цилиндрического канала 12 равен диаметру продольного канала 11 в стержне 1, а вместе они образуют сплошной цилиндрический канал.

Стержень 1 из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, может иметь состав, представляющий собой волокнистый наполнитель, ориентированный по оси прямого цилиндра, и волокнистый наполнитель, расположенный в плоскостях, находящихся под углом к оси прямого цилиндра, например в плоскостях, перпендикулярных оси прямого цилиндра.

Насосная штанга работает следующим образом.

С помощью резьбового элемента 5 соединительной части 4 головки 2 штанги с использованием штанговых муфт соединяются в штанговую колонну, являющуюся составным элементом штанговой глубинно-насосной установки. Штанговая колонна осуществляет передачу движения от привода к штанговому насосу. Она совершает возвратно-поступательные движения с величиной хода и частотой, соответствующими заданному режиму работы привода, и реализует таким образом основную функцию штанговой глубинно-насосной установки - процесс добычи нефти. Сплошной цилиндрический канал, образованный продольным каналом 11 в стержне 1 и аксиальным цилиндрическим каналом в соединительной части 4 головки 2 насосной штанги, после формирования штанговой колонны становится составной частью общего канала в штанговой колонне, обеспечивая тем самым осуществление колонной ряда вспомогательных функций, в частности закачивания и дозирования технологических жидкостей, удаления из скважины механических примесей, гидродинамических исследований скважины. Кроме того, такая штанга может быть использована в составе беструбной штанговой глубинно-насосной установки.

Совместное использование в составе стержня 1 из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, волокнистого наполнителя, ориентированного по оси прямого цилиндра, и волокнистого наполнителя, расположенного в плоскостях, находящихся под углом к оси прямого цилиндра, например в плоскостях, перпендикулярных оси прямого цилиндра, дает возможность, выбирая различное соотношение между массовой долей наполнителя первого рода и массовой долей наполнителя второго рода, регулировать в зависимости от требований заданного технологического режима работы штанговой колонны уровни прочности профиля при воздействии осевой растягивающей нагрузки и внутреннего давления.

Изобретение предназначено для использования в области нефтепромыслового машиностроения в штанговых глубинно-насосных установках. Содержит стеклопластиковый стержень и металлические головки, закрепленные с обеих сторон стержня. Головки имеют с одной стороны соединительную часть с резьбовым элементом, а с другой - установочную часть с внутренней полостью и упорной поверхностью для фиксации на ней концевой части стержня. Стенки установочной части включают кольцевые цилиндрические зоны и кольцевые конические зоны. Диаметры цилиндрических и наименьшие диаметры конических зон больше наружного диаметра стержня. Адгезив заполняет пространство между внутренней полостью установочной части головки и наружной поверхностью стержня с образованием адгезионного соединения и конических клиньев для обеспечения крепления головок к стержню. Стержень выполнен в виде прямого цилиндра с основанием в виде кругового кольца с образованием внутри стержня продольного канала. Упорная поверхность внутренней полости выполнена кольцевой. В соединительной части выполнен аксиальный цилиндрический канал с выходом во внутреннюю полость. Диаметр аксиального цилиндрического канала равен диаметру продольного канала в стержне с образованием сплошного цилиндрического канала. Стержень может включать волокнистый наполнитель, ориентированный по оси его цилиндрической поверхности, и волокнистый наполнитель, расположенный в плоскостях, находящихся под углом к оси его цилиндрической поверхности, например перпендикулярно. Технический результат: повышение производительности штанговой глубинно-насосной установки и коэффициента подачи. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Насосная штанга, содержащая стержень из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, установленные с двух сторон на концах указанного стержня металлические головки, имеющие соединительную часть с резьбовым элементом и установочную часть с внутренней полостью, включающей кольцевые цилиндрические зоны и кольцевые конические зоны, причем диаметры кольцевых цилиндрических зон и наименьшие диаметры кольцевых конических зон больше наружного диаметра стержня, и имеющей упорную поверхность в плоскости, перпендикулярной оси головки, для фиксации на ней концевой части стержня, а также адгезив, заполняющий пространство между поверхностью внутренней полости установочной части головки и наружной поверхностью стержня с образованием адгезионного соединения и конических клиньев, обеспечивающих крепление головок к стержню, отличающаяся тем, что стержень выполнен в виде прямого цилиндра, основанием которого является круговое кольцо, за счет чего в стержне сформирован продольный канал, упорная поверхность внутренней полости выполнена в виде кругового кольца, а соединительная часть имеет аксиальный цилиндрический канал с выходом во внутреннюю полость установочной части, причем диаметр аксиального цилиндрического канала равен диаметру продольного канала в стержне, и каналы соединены с образованием сплошного цилиндрического канала. 2. Насосная штанга по п. 1, отличающаяся тем, что стержень из композиционного полимерного материала, например стеклопластика, включает волокнистый наполнитель, ориентированный по оси прямого цилиндра, и волокнистый наполнитель, расположенный в плоскостях, находящихся под углом к оси прямого цилиндра, например, в плоскостях, перпендикулярных оси прямого цилиндра.