RU2168602C1

RU2168602C1 - Joint of polished rod with sucker-rod string

Info

Publication number: RU2168602C1
Application number: RU99127579/03A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Ибрагимов; тов М.Ш. Зал; М.Ш. Залятов; А.А. Закиров; В.Г. Фадеев; Р.Ш. Тахаутдинов; А.А. Курмашов; нов М.М. Ра; М.М. Раянов
Original assignee: Нефтегазодобывающее управление "Альметьевнефть" ОАО "Татнефть"
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: operation of oil wells with well sucker-rod pumps. SUBSTANCE: upper end of connected and adjusted in length sucker rod has thread for nut. Thread is installed for simultaneous contact with catching member under nut and compression spring located above nut. Working internal surface with angular position is organized on removable bushing installed in body lower end. In the case, body internal cavity is filled with lubricating oil and is isolated from environment. EFFECT: provided catching mechanism joining polished rod with sucker-rod string and ensuring reliable direct catching of rod body and efficient operation of pump plant within rated load. 1 dwg

Description

Изобретение касается эксплуатации нефтяных скважин глубинными штанговыми насосами. The invention relates to the operation of oil wells with deep rod pumps.

После спуска скважинного насоса, проверки герметичности труб и правильности посадки конуса необходимо выбрать запас длины хода в соответствии с характеристикой насоса, затем соединить колонну штанг с подвеской балансира и запустить станок-качалку (Добыча нефти штанговыми насосами, А.К. Мухаметзянов и др. М.: Недра, 1993 г., стр. 128, 129, 188, 201). Правильная посадка плунжера обеспечивается подбором необходимой длины верхней штанги и соединением ее с устьевым штоком посредством соединительной муфты (Машины и оборудование для добычи нефти и газа, Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов, М.: Недра, 1984 г. , стр. 106, рис. У.2., поз. 23). В этом случае применяются штанги укороченной длины, ГОСТ 13877-80 (1000; 1200; 1500; 2000; 3000 мм) со значительным интервалом длин. На практике же, например, при использовании устройства для обработки призабойной зоны скважины и добычи нефти из скважины (патент, 1794312 A3, E 21 B 43/25; 43/00), работа которого связана с характерным скачкообразным циклическим изменением нагрузки на насос в больших пределах, а также для обеспечения более оптимального режима работы штанговой скважинной насосной установки (ШСНУ), в целом имеет место необходимость более точной подгонки посадки плунжера, причем в интервалах, меньших, чем интервалы длин укороченных штанг. After lowering the well pump, checking the tightness of the pipes and correct seating of the cone, it is necessary to select the reserve of the stroke length in accordance with the characteristics of the pump, then connect the rod string to the balancer suspension and start the rocking machine (Oil production by rod pumps, A.K. Mukhametzyanov and others. M .: Nedra, 1993, p. 128, 129, 188, 201). The correct landing of the plunger is ensured by selecting the required length of the upper rod and connecting it to the wellhead by means of a coupling (Machines and equipment for oil and gas production, G.V. Molchanov, A.G. Molchanov, M .: Nedra, 1984, p. . 106, fig. U.2., Pos. 23). In this case, shortened rods are used, GOST 13877-80 (1000; 1200; 1500; 2000; 3000 mm) with a significant interval of lengths. In practice, for example, when using a device for processing the bottom-hole zone of a well and oil production from a well (patent, 1794312 A3, E 21 B 43/25; 43/00), whose operation is associated with a characteristic spasmodic cyclic change in the load on the pump in large limits, as well as to ensure a more optimal operating mode of the sucker rod pumping unit (SHSNU), in general, there is a need for a more accurate fit of the plunger, moreover, in intervals shorter than the length intervals of the shortened rods.

Наиболее правильная и точная посадка плунжера достигается путем определения длины верхней насосной штанги нормальной длины по месту на устье скважины, укорачивая по заранее намеченному месту, и соединения ее непосредственно по телу с устьевым штоком при помощи, например, штанголовителя, который по конструктивным признакам является наиболее близким аналогом (Оборудование, инструменты и приспособления для подземного и капитального ремонта скважин; каталог-справочник, часть 1; Инструменты для обследования, очистки скважин и проведения ловильных работ, НПП "Нефтехиммаш", 1996 г., стр. 31) 420073, г. Казань, а/я 156, тел./факс 8.8432.75-2243, 1996 г. The most correct and accurate fit of the plunger is achieved by determining the length of the upper pump rod of normal length in place at the wellhead, shortening at a predetermined location, and connecting it directly through the body to the wellhead using, for example, a head trap, which is structurally closest analogue (Equipment, tools and devices for underground and overhaul of wells; directory-directory, part 1; Tools for inspection, cleaning of wells and carrying out Villeneuve works NPP "Neftehimmash", 1996, p. 31) 420073, Kazan, and / I 156, tel. / fax 8.8432.75-2243, 1996

Верхний захватный элемент штанголовителя типа ШК приспособлен для ловли штанг за тело и состоит из подпружиненных сверху плашек, перемещающихся по перьям вилки, расположенной внутри корпуса по поверхности с соответствующим внутренним угловым положением. Штанголовитель в верхней части имеет переводчик для соединения со следующим элементом колонны насосных штанг. The upper gripper element of the ShK type head catcher is adapted for catching the rods by the body and consists of dies spring-loaded from above, moving along the feathers of the fork located inside the housing on the surface with the corresponding internal angular position. The top header has a translator for connecting to the next element of the pump rod string.

Однако, использование этого штанголовителя в качестве соединительного узла между колонной насосных штанг и устьевым штоком недопустимо ввиду возможного срыва колонны насосных штанг с захватного механизма или обрыва штанги по месту захвата из-за образования порчи тела штанги захватным элементом (цангой, плашками и т.п.). However, the use of this head trap as a connecting unit between the string of pump rods and the wellhead is unacceptable due to the possible breakdown of the string of pump rods from the gripping mechanism or the breakage of the rod at the gripping point due to the formation of damage to the rod body by the gripping element (collet, dies, etc. )

Техническая задача изобретения состоит в создании такого устройства, соединяющего устьевой шток с колонной насосных штанг, которое бы обеспечило надежное зацепление непосредственно за тело насосной штанги и работу ШСНУ в допустимых пределах нагрузки на насос. The technical task of the invention is to create such a device that connects the wellhead rod with a string of pump rods, which would provide reliable engagement directly on the body of the pump rod and the operation of the SHSNU within the permissible load limits on the pump.

Поставленная задача достигается тем, что расположенная в верхней части корпуса внутренняя резьба выполнена под устьевой шток, на верхнем конце соединяемой и подогнанной по длине насосной штанги выполнена резьба под соответствующую гайку, установленную с возможностью одновременного контактирования с расположенным под гайкой захватным элементом и пружиной сжатия, расположенной под гайкой, причем рабочая внутренняя поверхность с угловым положением организована в съемной, установленной неподвижно в нижнем конце корпуса втулке. Резьбовые разъемы на концах корпуса, кольцевое пространство вокруг насосной штанги в нижней части корпуса загерметизированы, а внутренняя полость корпуса заполнена смазкой. The task is achieved in that the internal thread located in the upper part of the body is made under the wellhead rod, the thread for the corresponding nut is installed at the upper end of the pump rod connected and fitted along the length of the rod, and it is installed with the possibility of simultaneous contact with the gripping element located under the nut and the compression spring located under the nut, and the working inner surface with an angular position is organized in a removable sleeve fixedly mounted in the lower end of the housing. The threaded connectors at the ends of the housing, the annular space around the pump rod at the bottom of the housing are sealed, and the internal cavity of the housing is filled with grease.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез соединения устьевого штока с колонной насосных штанг в рабочем положении. The drawing shows a longitudinal section of the connection of the wellhead rod with a string of pump rods in the working position.

В полом корпусе 1 в его верхней части выполнена внутренняя резьба под устьевой шток 2. Ниже в корпусе 1 расположены набор тарельчатых пружин 3, гайка 4, завернутая на предварительно подготовленный конец верхней подогнанной по длине насосной штанги 5, зажимной элемент 6 в виде цанги со съемной втулкой 7, сопряженные по конусной поверхности 8, и установочный винт 9 с уплотнением 10. In the hollow body 1, in its upper part, an internal thread is made under the wellhead rod 2. Below in the body 1 are a set of Belleville springs 3, a nut 4, wrapped on the pre-prepared end of the upper sucker rod 5 fitted along the length, and a clamping element 6 in the form of a collet with a removable a sleeve 7 mating on the conical surface 8, and a set screw 9 with a seal 10.

В качестве зажимного элемента может быть использован набор отдельных плашек, сочлененных со съемной втулкой 7 по клиновому (плоскостному, а не конусному) разъему. As a clamping element, a set of individual dies connected to a removable sleeve 7 through a wedge (planar, rather than conical) connector can be used.

Для предохранения деталей рабочего органа - захватного элемента, расположенного в полости корпуса 1, от воздействия внешней среды, например, добываемой химически агрессивной жидкости, проходящей по колонне насосно-компрессорных труб НКТ 11, необходимо внутреннюю полость корпуса 1 заполнить смазочным маслом и изолировать от химически агрессивной среды, применив фторопластовую ленту ФУМ или сурик для резьбовых соединений на концах корпуса 1, а кольцевое пространство между насосной штангой 5 и установочным винтом 9 загерметезировать уплотнительными кольцами 10 из резины или пластмассы соответствующего состава. To protect the details of the working body - the gripping element located in the cavity of the housing 1, from the influence of the external environment, for example, produced chemically aggressive fluid passing through the tubing string 11, it is necessary to fill the inner cavity of the housing 1 with lubricating oil and isolate it from the chemically aggressive medium, using FUM or FOUR tape for threaded connections at the ends of the housing 1, and seal the seal ring between the pump rod 5 and the set screw 9 -ring 10 of rubber or plastic material of suitable composition.

Порядок сборки соединения заключается в том, что подгонку плунжера насоса (не указаны) осуществляют с использованием последней верхней насосной штанги 5, которая впоследствии отрезается по месту непосредственно на устье скважины и на конце штанги нарезается резьба под гайку 4. The procedure for assembling the connection is that the fitting of the pump plunger (not indicated) is carried out using the last upper pump rod 5, which is subsequently cut in place directly at the wellhead and a thread for the nut 4 is cut at the end of the rod.

На свободный резьбовой конец штанги 5 надеваются установочные винты 9 с уплотнительными кольцами 10, втулка 7 и цанга 6. Заворачивается на конец штанги 5 гайка 4, к которой вплотную подводится цанга 6, к цанге - втулка 7, а к втулке - установочный винт 9. Придерживая одной рукой установочный винт 9, во избежание смещения нанизанных на штангу деталей, корпус 1 с пакетом пружин 3 заворачивается на установочный винт 9, длина резьбовой части которого задана с таким расчетом, чтобы пакет пружин 3 был сдеформирован на расчетную величину. После этого устьевой шток 2 заворачивается в корпус 1, соединяется с подвеской балансира (не указаны) и ШСНУ запускается в работу. The set screws 9 with sealing rings 10, sleeve 7 and collet 6 are put on the free threaded end of the rod 5. A nut 4 is screwed onto the end of the rod 5, to which the collet 6 is brought close, the sleeve 7 is connected to the collet, and the set screw 9 is connected to the sleeve. Holding the set screw 9 with one hand, in order to avoid displacement of the parts strung on the rod, the housing 1 with the spring package 3 is screwed onto the set screw 9, the length of the threaded part of which is set so that the spring package 3 is deformed by the calculated value. After this, the wellhead rod 2 is wrapped in the housing 1, connected to the suspension of the balancer (not specified) and the SHNU is launched.

Набором нескольких тарельчатых пружин можно получить изделие повышенной упругости (рис. 390, I, II, III), часто применяемое в качестве буферов и амортизаторов для восприятия больших нагрузок (П.И. Орлов, Основы конструирования, М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 206, 207). А динамические нагрузки, возникающие в процессе работы штангового насоса, могут привести к расслаблению контакта между насосной штангой 5 и захватным элементом (цангой 6), к повторному зацеплению по новому участку, а это значит и к износу тела штанги по наружной поверхности зацепления. Применение же набора тарельчатых пружин 3 в этом случае обеспечивает надежный захват в его первоначальном состоянии, не нарушая однажды организованного зацепления. A set of several Belleville springs can produce a product of increased elasticity (Fig. 390, I, II, III), often used as buffers and shock absorbers for the perception of heavy loads (P.I. Orlov, Fundamentals of Design, Moscow: Engineering, 1977 , p. 206, 207). And dynamic loads that occur during the operation of the sucker rod pump can lead to a relaxation of the contact between the sucker rod 5 and the gripping element (collet 6), to re-engagement in a new area, and this also means the wear of the rod body along the outer engagement surface. The use of a set of Belleville springs 3 in this case provides a reliable grip in its original state, without violating once organized gearing.

Если рассматривать глубже суть механизма захвата, то обнаруживаем, что соединенная с колонной штанг 5 гайка 4, опираясь на цангу 6, принимает на себя некоторую часть осевой нагрузки. Логично полагать, что при этом участок штанги 5 от гайки 4 до рабочего участка цанги 6 работает на растяжение, а остальная часть осевой нагрузки, очевидно, приходится на цангу 6. If we look deeper into the essence of the gripping mechanism, we find that the nut 4 connected to the column of rods 5, relying on the collet 6, assumes a certain part of the axial load. It is logical to assume that the section of the rod 5 from the nut 4 to the working section of the collet 6 works in tension, and the rest of the axial load, obviously, falls on the collet 6.

Если допустить отсутствие трения между штангой 5 и цангой 6, что в реальной жизни не бывает, то вся нагрузка ложится на гайку 4 и конусный разъем 8 и штанга 5 может оборваться по резьбовой головке с гайкой 4 по наиболее расслабленному сечению штанги 5. Однако в предложенной конструкции осевая нагрузка независимо от внешних факторов органически распределяется между гайкой 4 и цангой 6, дополняя друг друга, благодаря чему тело обыкновенной насосной штанги сохраняет заложенную в ней необходимую и достаточную несущую способность. If we allow the absence of friction between the rod 5 and the collet 6, which does not happen in real life, then the entire load falls on the nut 4 and the conical connector 8 and the rod 5 can break off along the threaded head with the nut 4 along the most relaxed section of the rod 5. However, in the proposed axial load, regardless of external factors, is organically distributed between nut 4 and collet 6, complementing each other, so that the body of an ordinary pump rod retains the necessary and sufficient bearing capacity embedded in it.

Следует указать, что при этом совсем не обязательно, чтобы зубья у цанги 6 были острыми и твердыми, что может привести к недопустимой порче тела штанги. На рабочей поверхности цанги достаточно иметь, например, кольцевые канавки для размещения выдавленной с тела штанги грязи (парафина, нефти, ржавчины и т.п.) в процессе зажатия. It should be noted that it is not necessary at all for the teeth of collet 6 to be sharp and hard, which can lead to unacceptable damage to the body of the rod. It is enough to have, for example, annular grooves on the working surface of the collet to accommodate dirt (paraffin, oil, rust, etc.) squeezed out of the rod body during clamping.

В данном случае захватный элемент в основном работает за счет сил трения, возникающих между штангой и цангой благодаря автоматическому действию гайки 4 на головку цанги 6, что в конечном итоге приводит к снижению таких требований к захватному элементу, как твердость, упругость материала цанги, и упрощению ее изготовления. In this case, the gripping element mainly works due to the frictional forces arising between the rod and the collet due to the automatic action of the nut 4 on the head of the collet 6, which ultimately reduces the requirements for the gripping element, such as hardness, elasticity of the collet material, and simplification its manufacture.

Claims

The connection of the wellhead rod with the string of pump rods, containing a hollow body with a thread located in its upper part, a compression spring located in the body, and a gripping element located under the body, the inner surface of which corresponds to the diameter of the pump rod and is equipped with teeth, and the outer surface is made with an angular position in accordance with the inner surface of the housing, characterized in that the thread located in the upper part of the housing is made under the wellhead rod, at the upper end of which is connected and fitted along the length not a sucker rod, a thread was made for a corresponding nut installed with the possibility of simultaneous contact with a gripping element located under the nut and a compression spring located above the nut, and the working inner surface with an angular position is organized in a sleeve fixedly mounted in the lower end of the housing, while the inner cavity the housing is filled with lubricating oil and isolated from the effects of the external environment.