RU7441U1 - PUMP BAR - Google Patents

Abstract

1. Штанга насосная, состоящая из полого стержня и законцовок, отличающаяся тем, что полый стержень выполнен из полимерного волокнистого коррозионно-стойкого композита, а законцовки являются закладными.2. Штанга по п.1, отличающаяся тем, что стержень выполнен из нескольких высокомодульных композитов с расположением волокон в осевом направлении.3. Штанга по п.2, отличающаяся тем, что часть волокон расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях.4. Штанга по п.3, отличающаяся тем, что внутренняя полость стержня заполнена материалом с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости.5. Штанга по п.4, отличающаяся тем, что закладная законцовка выполнена с одной или несколькими внешними коническими поверхностями.6. Штанга по п.5, отличающаяся тем, что большие основания конусов закладной законцовки выполнены с диаметрами, уменьшающимися в направлении от конца штанги к ее середине.1. The pump rod, consisting of a hollow rod and endings, characterized in that the hollow rod is made of a polymer fibrous corrosion-resistant composite, and the endings are embedded. 2. The rod according to claim 1, characterized in that the rod is made of several high-modulus composites with the arrangement of fibers in the axial direction. The bar according to claim 2, characterized in that part of the fibers is located in the annular and / or spiral directions. The rod according to claim 3, characterized in that the inner cavity of the rod is filled with material with a density lower than the density of the pumped liquid. The bar according to claim 4, characterized in that the embedded tip is made with one or more external conical surfaces. The rod according to claim 5, characterized in that the large bases of the cones of the mortgage tip are made with diameters decreasing in the direction from the end of the rod to its middle.

Description

Полезная модель относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно, к элементам конструкций привода штангового скважинного насоса.The utility model relates to oilfield equipment, namely, to structural elements of a drive of a sucker rod pump.

Известна штанга, описанная в ГОСТ 13877-80, изготавливаемая из сталей типа 15Х2НМФ, 20Н2М и др.A well-known rod described in GOST 13877-80, made of steel type 15X2NMF, 20N2M, etc.

Известная штанга выполняется из стального стержня диаметром от 12 до 28 мм с галтельными переходами, имеющего утолщенные законцовки с резбой и участком квадратного сечения под ключ.The well-known rod is made of a steel rod with a diameter of 12 to 28 mm with fillet transitions having thickened endings with a thread and a turn-key square section.

Такая конструкция работает в условиях циклического нагружения и из-за низких усталостных свойств стали является тяжелой. Это приводит к значительным нагрузкам на головку балансира станка-качалки со стороны колонны указанных штанг и ограничивает, тем самым, максимальную глубину подвески скважинного насоса.This design works under cyclic loading conditions and is heavy due to the low fatigue properties of steel. This leads to significant loads on the head of the balancer of the rocking machine from the side of the column of the indicated rods and thereby limits the maximum suspension depth of the borehole pump.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой является штанга, описанная в литературе Блажевич В.А., Уметбаев В.Г. Справочник мастера по капитальному ремонту скважин. М.,Недра, 1985.-2О8 с., изготавливаемая из сталей 45 или 35. Технологические приемы повышения усталостных свойств такой штанги включают в себя нормализацию, закалку токами высокой частоты, дробеструйную обработку и др.The closest in technical essence to the claimed one is the bar described in the literature Blazhevich V.A., Umetbaev V.G. Handbook for overhaul of wells. M., Nedra, 1985.-2O8 s., Made of steels 45 or 35. Technological methods for increasing the fatigue properties of such a rod include normalization, quenching by high-frequency currents, shot peening, etc.

Известная штанга имеет трубчатую центральную часть с приваренными к ней головками с резьбой и выбрана в качестве прототипа.Known rod has a tubular Central part with welded to it threaded heads and is selected as a prototype.

Недостатком известной штанги является ее большой вес, сложность изготовления, низкая коррозионная стойкость материала. Большой вес обусловлен использованием стали и ее низким пределом выносливости при циклическом нагружении (допускаемые напряжения ограничены для сталей величиной 100 Мпа).A disadvantage of the known rod is its large weight, manufacturing complexity, low corrosion resistance of the material. The heavy weight is due to the use of steel and its low fatigue limit under cyclic loading (allowable stresses are limited to 100 MPa for steels).

Указанные недостатки снижают эффективность работы насоса, станкакачалки ввиду обрыва штанг.These disadvantages reduce the efficiency of the pump, pumping machine due to the breakage of the rods.

МКИ-6: E21 В 17/00 Штанга насоснаяMKI-6: E21 17/00 sucker rod

веса штанги при сохранении ее усталостной прочности, жесткости и устойчивости на уровне стальных штйнг и увеличение коррозионной стойкости.the weight of the rod while maintaining its fatigue strength, rigidity and stability at the level of steel shting and an increase in corrosion resistance.

Поставленная задача достигается тем, что штанга выполнена из коррозионно стойких материалов с плотностью меньшей, чем у сталей, и закладных законцовок. При этом центральная часть штанги выполнена полой.The task is achieved in that the rod is made of corrosion-resistant materials with a density lower than that of steels, and embedded ends. In this case, the central part of the rod is hollow.

Центральная часть штанги может быть выполнена из одного или нескольких типов волокнистых композитных высокомодульных материалов, например, угле- или боропластиков, с осевым размещением волокон.The central part of the rod can be made of one or more types of fibrous composite high modulus materials, for example, carbon or boroplastics, with axial placement of fibers.

Часть волокон может быть расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях.Part of the fibers may be located in the annular and / or spiral directions.

Внутренняя полость центральной части может быть заполнена материалом с плотностью меньшей плотности перекачиваемой жидкости.The inner cavity of the central part may be filled with material with a density of lower density of the pumped liquid.

Закладные законцовки могут иметь одну или несколько внешни: конусных поверхностей с диаметрами оснований, уменьшающимися в направлении от края штанги к ее середине.The embedded ends may have one or more externally: conical surfaces with base diameters decreasing in the direction from the edge of the rod to its middle.

Достижение поставленной цели осуществляется, например, за счет использования низкоплотных и коррозионно стойких материалов типа угле- или боропластика. Для передачи осевых нагрузок на штангу и возможности формирования штанги в колонну в законцовках используются закладные, например, конические, соединительные элементы.Achieving this goal is, for example, through the use of low-density and corrosion-resistant materials such as carbon or boroplastics. To transfer axial loads to the rod and the possibility of forming the rod into the column in the endings, mortgages, for example, conical, connecting elements, are used.

Один или несколько высокомодульных материалов, например, угле- или боропластики используются с расположением волокон вдоль оси штанги.One or more high modulus materials, such as carbon or boroplastics, are used with the fibers arranged along the axis of the rod.

Часть волокон композитного материала расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях, что обеспечивает устойчивость волокон, расположенных вдоль оси штанги при сжатии.Part of the fibers of the composite material is located in the annular and / or spiral directions, which ensures the stability of the fibers located along the axis of the rod under compression.

Во внутренней полости штанги возможно размещение материала с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости, например, пенопласта. В этом случае при сохранении неизменным диаметра насоснокомпрессорной трубы объем жидкости и ее вес в скважине и вес колонны штанг в жидкости будет меньше сооответствующих величин при использовании стальных штанг.In the inner cavity of the rod, it is possible to place a material with a density lower than the density of the pumped liquid, for example, foam. In this case, while maintaining the diameter of the pump and compressor pipe unchanged, the volume of liquid and its weight in the well and the weight of the rod string in the liquid will be less than the corresponding values when using steel rods.

законцовки. которые имеют конусные наружные поверхности, позволяющие передать осевые усилия без перерезания волокон.endings. which have conical outer surfaces that allow axial forces to be transmitted without cutting the fibers.

Для уменьшения веса штанги, габаритных размеров закладной законцовки, для обеспечения равнонапряженности волокон в центральной части штанги при растяжении можно использовать несколько конусных поверхностей с уменьшающимися наружными диаметрами в направлении от края штанги к ее середине. А при сжатии используется другая система конусных поверхностей - с уменьшением диаметра в направлении от середины штанги к ее краю.To reduce the weight of the rod, the overall dimensions of the end insert, to ensure equal tension of the fibers in the central part of the rod under tension, several conical surfaces with decreasing outer diameters in the direction from the edge of the rod to its middle can be used. And during compression, another system of conical surfaces is used - with a decrease in diameter in the direction from the middle of the rod to its edge.

Использование двух систем конических поверхностей способствуют более равномерному нагружению материалов в области законцовки.The use of two systems of conical surfaces contribute to a more uniform loading of materials in the area of the tip.

В сравнении с прототипом заявляемая полезная модель обладает новизной, отличаясь от известного технического решения такими существенными отличительными признаками как использование низкоплотного композитного материала (с плотностью, меньшей, чем у стали), позволяющее снизить вес штанги, высокая коррозионная стойкость, использование в законцовках штанги закладных соединительных элементов.In comparison with the prototype, the claimed utility model has novelty, differing from the known technical solution by such significant distinguishing features as the use of low-density composite material (with a density lower than steel), which allows to reduce the weight of the rod, high corrosion resistance, the use of embedded plugs in the ends of the rod elements.

Новым в сравнении с прототипом является также возможность использования одного или нескольких высокомодульных материалов с расположением волокон вдоль оси штанги.New in comparison with the prototype is the ability to use one or more high-modulus materials with the location of the fibers along the axis of the rod.

Новым в сравнении с прототипом является возможность частичного расположения волокон в кольцевом и/или спиральном направлениях.New in comparison with the prototype is the ability to partially arrange the fibers in the annular and / or spiral directions.

Новым в сравнении с прототипом является и возможное наличие внутри полой части штанги материала с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости.New in comparison with the prototype is the possible presence inside the hollow part of the rod of material with a density lower than the density of the pumped liquid.

Новым в сравнении с прототипом является также возможность использования закладных законцовок с соединительными элементами, изготовленными с несколькими внешними конусными поверхностями.New in comparison with the prototype is also the ability to use embedded tips with connecting elements made with several external conical surfaces.

Новым в сравнении с прототипом является и возможное использование закладных законцовок с диаметрами оснований конусов, уменьшающимися в направлении от конца штанги к ее середине.New in comparison with the prototype is the possible use of embedded tips with diameters of the bases of the cones, decreasing in the direction from the end of the rod to its middle.

Полезная модель иллюстрируется рисунками.The utility model is illustrated by drawings.

Фиг.1 - общий вид штанги. Штанга представляет собой полый стержень 1 из композитного материала с закладными законцовками 2.Figure 1 - General view of the rod. The rod is a hollow rod 1 of composite material with embedded ends 2.

Фиг.2 - структура расположения слоев высокомодульных материалов. Штанга изготовлена с использованием, например, двух высокомодульных композитных материалов, например, углепластика и стеклопластика.Figure 2 - structure of the layers of high modulus materials. The rod is made using, for example, two high-modulus composite materials, for example, carbon fiber and fiberglass.

Фиг.З - штанга с использованием материала с низкой плотностью. Во внутренней полости центральной части штанги размещен материал с плотностью меньшей, чем плотность перекачиваемой жидкости.Fig.Z - rod using material with low density. In the inner cavity of the Central part of the rod placed material with a density lower than the density of the pumped liquid.

Фиг.4 - общий вид закладных законцовок с несколькими наружными конусными поверхностями.Figure 4 is a General view of the embedded ends with several outer conical surfaces.

Штанга предназначена для передачи движения от привода к скважинному насосу для добычи нефти или закачки жидкости в пласт.The rod is designed to transmit movement from the drive to the borehole pump for oil production or pumping fluid into the reservoir.

Наиболее опасным случаем с точки зрения выносливости материала штанги является расположение штанги в нижней части скважины, у глубинного насоса. Здесь происходит знакопеременное нагружение (при ходе штанги вниз действуют сжимающие усилия, а при ходе штанги вверх - растягивающие). Передача нагрузки на центральную полую часть происходит благодаря, например, коническим, закладным законцовкам. В нижней части скважины находится коррозионно активная среда, однако использование химически пассивного материала типа армированного пластика позволяет решить проблему коррозионной стойкости.The most dangerous case from the point of view of endurance of the rod material is the location of the rod in the lower part of the well, at the deep pump. Alternating loading occurs here (compressive forces act during the downward movement of the bar, and tensile forces during the upward motion of the bar). The load transfer to the central hollow part is due, for example, to conical, embedded ends. In the lower part of the well there is a corrosive medium, however, the use of chemically passive material such as reinforced plastic can solve the problem of corrosion resistance.

Известно, что привод глубинного насоса позволяет осуществлять от 5 до 20 возвратно-поступательных движений в минуту, при такой низкой частоте нагружения композитные материалы обладают хорошими усталостными свойствами - предел выносливости находится на уровне 70-80% от статической прочности, что существенно для технико-экономических показателей при выборе материала штанг.It is known that the drive of a deep pump allows 5 to 20 reciprocating movements per minute, at such a low loading frequency, composite materials have good fatigue properties - the endurance limit is at the level of 70-80% of static strength, which is essential for technical and economic indicators when choosing the material of the rods.

Использование одного или нескольких высокомодульных материалов с расположением волокон вдоль оси штанги и в других направлениях позволяет существенно увеличить конструкционную прочность штанги со случайными дефектами, что влияет на оптимальную работу скважинного насоса и объем перекачиваемой жидкости.The use of one or more high-modulus materials with the arrangement of fibers along the axis of the rod and in other directions can significantly increase the structural strength of the rod with random defects, which affects the optimal operation of the borehole pump and the volume of pumped fluid.

Заполнение внутренней полости штанги материалом с низкой плотностью и, как следствие, уменьшение объема жидкости в скважине, способствует уменьшению нагрузки на головку балансира.Filling the inner cavity of the rod with low-density material and, as a result, reducing the volume of fluid in the well, reduces the load on the head of the balancer.

При движении штанги вверх и вниз поочередно происходит передача нагрузки различными частями конусных поверхностей закладных законцовок при растяжении и сжатии, что позволяет обеспечить равнонагруженность концевой и центральной части штанги.When the rod moves up and down, the load is transferred alternately by the various parts of the conical surfaces of the embedded ends when stretching and compressing, which ensures equal loading of the end and central parts of the rod.

В сравнении с прототипом заявляемая штанга обеспечивает эффективное снижение нагрузки на привод скважинного насоса для добычи нефти, снижение веса насосной штанги при сохранении ее прочности, жесткости и устойчивости на уровне стальных штанг и увеличивает коррозионную стойкость, отличаясь от него используемым материалом, наличием закладных законцовок.Compared with the prototype, the inventive rod provides an effective reduction in the load on the drive of the well pump for oil production, reducing the weight of the pump rod while maintaining its strength, rigidity and stability at the level of steel rods and increases the corrosion resistance, differing from the material used, the presence of embedded tips.

Авторы:Authors:

Поздняк В.А.Pozdnyak V.A.

Сапожников С.Б. Sapozhnikov S.B.

Claims (6)

1. Штанга насосная, состоящая из полого стержня и законцовок, отличающаяся тем, что полый стержень выполнен из полимерного волокнистого коррозионно-стойкого композита, а законцовки являются закладными.1. The pump rod, consisting of a hollow rod and endings, characterized in that the hollow rod is made of a polymer fibrous corrosion-resistant composite, and the endings are embedded. 2. Штанга по п.1, отличающаяся тем, что стержень выполнен из нескольких высокомодульных композитов с расположением волокон в осевом направлении. 2. The rod according to claim 1, characterized in that the rod is made of several high-modulus composites with the arrangement of the fibers in the axial direction. 3. Штанга по п.2, отличающаяся тем, что часть волокон расположена в кольцевом и/или спиральном направлениях. 3. The bar according to claim 2, characterized in that part of the fibers is located in the annular and / or spiral directions. 4. Штанга по п.3, отличающаяся тем, что внутренняя полость стержня заполнена материалом с плотностью, меньшей плотности перекачиваемой жидкости. 4. The rod according to claim 3, characterized in that the inner cavity of the rod is filled with a material with a density lower than the density of the pumped liquid. 5. Штанга по п.4, отличающаяся тем, что закладная законцовка выполнена с одной или несколькими внешними коническими поверхностями. 5. The rod according to claim 4, characterized in that the embedded tip is made with one or more external conical surfaces. 6. Штанга по п.5, отличающаяся тем, что большие основания конусов закладной законцовки выполнены с диаметрами, уменьшающимися в направлении от конца штанги к ее середине.

6. The rod according to claim 5, characterized in that the large bases of the cones of the embedded tip are made with diameters decreasing in the direction from the end of the rod to its middle.