RU2527562C2 - Fabrication of downhole pump sucker rod - Google Patents
Fabrication of downhole pump sucker rod Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527562C2 RU2527562C2 RU2012111013/02A RU2012111013A RU2527562C2 RU 2527562 C2 RU2527562 C2 RU 2527562C2 RU 2012111013/02 A RU2012111013/02 A RU 2012111013/02A RU 2012111013 A RU2012111013 A RU 2012111013A RU 2527562 C2 RU2527562 C2 RU 2527562C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- thread
- threaded
- thrust ring
- bar
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, более конкретно к производству длинномерных насосных штанг, являющихся составными элементами колонны штанг глубинного насоса, используемого при добыче нефти.The invention relates to the field of engineering, and more particularly to the production of long sucker rods, which are components of a string of sucker rod rods used in oil production.
Известен способ изготовления насосной штанги, «Добыча нефти глубинными насосами» Г.Ришмюллер. 1988 г. [1], состоящий из тела штанги в виде прутка и резьбовых головок, необходимых для соединения штанг в колонну с помощью соединительных муфт. Согласно способу головку изготавливают путем высадки конца прутка с последующим выполнением на головке резьбы. Высадка производится за несколько этапов с использованием кузнечного инструмента специальной конструкции, гарантирующего соосность прутка и резьбовой головки.A known method of manufacturing a sucker rod, "Oil production by deep pumps" G. Rieschmüller. 1988 [1], consisting of a rod body in the form of a rod and threaded heads necessary to connect the rods to the column using couplings. According to the method, the head is made by upsetting the end of the rod, followed by execution on the thread head. Landing is carried out in several stages using a forging tool of a special design, which guarantees the alignment of the rod and the threaded head.
К недостаткам способа можно отнести то, что с течением времени в связи с износом кузнечного инструмента соосность прутка и головки в процессе изготовления штанги нарушается, что приводит к снижению качества изготавливаемой штанги. Причем даже незначительная несоосность прутка и резьбовой головки, усугубляемая наличием концентратора напряжений в месте перепада диаметров по длине прутка, возникающего при формировании резьбовой головки, ведет к снижению надежности штанги в эксплуатации из-за возможности ее поломки в результате усталостного излома. Необходимо также отметить, что способ не позволяет варьировать свойства материала прутка и резьбовой головки для усиления слабых сечений штанги или сечений, подверженных в эксплуатации наибольшим нагрузкам.The disadvantages of the method include the fact that over time, due to wear of the forging tool, the alignment of the rod and the head during the manufacture of the rod is violated, which leads to a decrease in the quality of the manufactured rod. Moreover, even slight misalignment of the rod and the threaded head, exacerbated by the presence of a stress concentrator at the point of the diameter difference along the length of the rod that occurs during the formation of the threaded head, leads to a decrease in the reliability of the rod in operation due to the possibility of its failure as a result of fatigue fracture. It should also be noted that the method does not allow to vary the properties of the material of the rod and the threaded head to reinforce weak sections of the rod or sections that are subject to the greatest loads in operation.
Кроме того, процесс высадки резьбовой головки на конце длинномерного прутка является достаточно сложным, что в сочетании с использованием нескольких этапов высадки ведет к повышению трудоемкости и энергоемкости процесса изготовления штанги.In addition, the process of disembarking the threaded head at the end of a long bar is rather complicated, which, combined with the use of several stages of disembarkation, leads to an increase in the labor intensity and energy consumption of the rod manufacturing process.
Известен способ изготовления насосной штанги RU №2119858 от 1998 г. [2], согласно которому для тела и головок штанги используют заготовки из стали разных марок, раздельно проводят термическую и механическую обработку заготовок, после чего методом сварки трением к торцам прутка, представляющего тело штанги, приваривают головки. Технологический процесс изготовления насосной штанги считается легкоуправляемым и обеспечивающим массовое производство насосных штанг различных категорий качества, в том числе с меньшей величиной несоосности прутка и резьбовой головки, и эксплуатационной надежности. Однако высокую степень качества и эксплуатационной надежности штанги, используя данный способ изготовления, получить не удается. Прежде всего, сохраняется концентратор напряжений, обусловленный теперь не только перепадом диаметров прутка и резьбовой головки, но и наличием в этом месте сварного соединения, которое, как правило, даже при самом высоком качестве сварки уступает по прочности основному материалу. В результате по месту сварки в процессе эксплуатации может произойти поломка штанги. Кроме того, способ не уступает по трудоемкости и энергоемкости способу [1], поскольку также является многоперационным и требующим специального оборудования, в частности машины для сварки трением, позволяющей сваривать длинномерные детали диаметром от 8 до 30 мм с усилием до 10 тонн.A known method of manufacturing a pump rod RU No. 2119858 from 1998 [2], according to which for the body and the heads of the rod use billets of steel of different grades, separately carry out the thermal and mechanical processing of the billets, then by friction welding to the ends of the rod representing the rod body weld heads. The technological process for manufacturing a sucker rod is considered to be easily controllable and provides mass production of sucker rods of various quality categories, including those with a smaller amount of misalignment of the rod and the threaded head, and operational reliability. However, a high degree of quality and operational reliability of the rod using this manufacturing method cannot be obtained. First of all, the stress concentrator is preserved, which is now caused not only by the difference in the diameters of the rod and the threaded head, but also by the presence of a welded joint at this point, which, as a rule, is inferior in strength to the base material even with the highest quality of welding. As a result, the rod may break at the place of welding during operation. In addition, the method is not inferior in complexity and energy consumption to the method [1], since it is also multi-operational and requiring special equipment, in particular a friction welding machine, which allows welding long parts with a diameter of 8 to 30 mm with a force of up to 10 tons.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления насосных штанг RU 2329129 от 2008 г. [3], включающий механическую обработку прутка, в том числе выполнение резьбы на бобышках, полученных высадкой концов прутка, и соединение прутка с резьбовыми головками, где в качестве резьбовых головок используют накидные гайки, предварительно до высадки бобышек насаживаемые на пруток.Closest to the claimed method is a method of manufacturing sucker rods RU 2329129 from 2008 [3], including machining the rod, including threading on the bosses obtained by upsetting the ends of the rod, and connecting the rod with threaded heads, where as threaded heads they use union nuts, which are pre-planted on the rod before landing.
Однако опасность возникновения при высадке несоосности тела прутка и бобышек на его концах сохраняется со всеми вытекающими из этого последствиями для качества штанги, описанными выше, и эта опасность тем больше, чем больше диаметр бобышки. Здесь необходимо заметить, что диаметр селиванов бобышки должен быть достаточным для создания упорного буртика для накидной гайки. В результате сохраняется и концентратор напряжений из-за перепада диаметров прутка и бобышки, хотя, как уже отмечалось, степень его влияния на качество штанги меньше, чем в [1]. Сохраняется трудоемкая операция высадки бобышек, хотя, как уже также отмечалось, она имеет один этап.However, the risk of a rod body and lugs at its ends occurring during misalignment remains with all the ensuing consequences for the rod quality described above, and this danger is greater the larger the diameter of the lug. It is necessary to note here that the diameter of the bosses of the boss should be sufficient to create a thrust collar for the union nut. As a result, the stress concentrator also remains due to the difference in the diameters of the rod and boss, although, as already noted, the degree of its influence on the quality of the rod is less than in [1]. The labor-intensive operation of landing the lobes is preserved, although, as already noted, it has one stage.
Задачей изобретения является повышение надежности и снижение трудоемкости изготовления насосной штанги.The objective of the invention is to increase reliability and reduce the complexity of manufacturing a pump rod.
Поставленная задача решается за счет прокатки прутков, их механической обработки, правки, полировки и соединения с резьбовыми головками. На каждом конце прутка 1 (Фиг.3) перед накатываемой резьбой выполняют высадку в виде утолщения для посадки упорного кольца 2, закрепляют упорное кольцо и свинчивают с натягом резьбовые головки, причем на резьбовой головке 3 выполняют внешнюю и внутреннюю резьбу, а на другой резьбовой головке 4 только внутреннюю резьбу, причем на внешней поверхности резьбовых головок предусмотрены лыски.The problem is solved by rolling the rods, machining, straightening, polishing and connecting with threaded heads. At each end of the rod 1 (Fig. 3), upsetting is performed in the form of a thickening to fit the thrust ring 2, the thrust ring is fixed and the threaded heads are tightened, and external and internal threads are made on the threaded head 3, and on the other threaded head 4 only internal thread, with flats provided on the outer surface of the threaded heads.
Отверстие упорного кольца выполняют коническим. Посадку упорного кольца производят под прессом в нагретом или холодном состоянии. Размеры отверстия упорного кольца назначают из условия посадки нагретого или холодного кольца на пруток. Длину резьбовой части головок для соединения с прутком выполняют длиннее, чем соответственные длины на концах прутка, для удобства свинчивания головок с натягом. Резьбовую головку, имеющую внутреннюю резьбу с обоих концов, изготавливают таким образом, чтобы внутренняя, располагающаяся в периферийной части, длина резьбы упомянутой резьбовой головки была больше длины от торца ниппеля до упорного бурта.The hole of the thrust ring is tapered. The thrust ring is planted under pressure in a heated or cold state. The dimensions of the holes of the thrust ring are determined from the condition of landing a heated or cold ring on the bar. The length of the threaded part of the heads for connecting to the bar is longer than the corresponding lengths at the ends of the bar, for the convenience of screwing the heads with an interference fit. A threaded head having an internal thread at both ends is made so that the internal thread located in the peripheral part is longer than the length from the end of the nipple to the thrust collar.
Пример осуществления способаAn example of the method
Прутковую заготовку диаметром 100 мм из стали 30ХМА прокатывают на пруток диаметром 20 мм. После прокатки проводят отпуск прутков, обеспечивающий формование требуемого уровня механических свойств. Затем прутки подвергают предварительной правке и обточке поверхности на токарном станке до диаметра 19,5 мм. Далее следует операция правки-полировки методом поперечно-винтовой прокатки. В процессе правки-полировки происходит деформационное упрочение поверхности прутка, что существенно повышает усталостную прочность и надежность штанги. Прокатка осуществляется полированными валками из твердого сплава, в результате чего получается пруток 19 мм с упрочненной поверхностью с шероховатостью не более R 0,63 и кривизной не более 0,3 мм на 1 м длины. Далее прутки режутся на мерные заготовки длиной 8000 мм (тело штанги) и на их концах формируют утолщение для упорного кольца и накаткой получают коническую резьбу. Затем на пруток накручивают с натягом резьбовые головки.A bar stock with a diameter of 100 mm from steel 30XMA is rolled onto a bar with a diameter of 20 mm. After rolling, the rods are tempered, forming the required level of mechanical properties. Then the bars are subjected to preliminary dressing and surface turning on a lathe to a diameter of 19.5 mm. Then follows the dressing-polishing operation by the method of cross-helical rolling. In the process of dressing, polishing, deformation hardening of the surface of the bar occurs, which significantly increases the fatigue strength and reliability of the rod. Rolling is carried out by polished hard alloy rolls, resulting in a bar of 19 mm with a hardened surface with a roughness of not more than R 0.63 and a curvature of not more than 0.3 mm per 1 m of length. Further, the rods are cut into 8000 mm long measured billets (rod body) and at their ends a thickening for the thrust ring is formed and tapered thread is obtained by knurling. Then, threaded heads are screwed onto the bar with an interference fit.
Резьбовое соединение головок с телом штанги осуществляется с натягом для уменьшения влияния основных переменных нагрузок на прочность резьбового соединения. В натянутом состоянии переменная нагрузка передается на резьбовую деталь лишь частично и прочность натянутого соединения при переменных нагрузках больше, чем ненатянутого, что актуально при переменных нагрузках на штанговую колонну. Посадка кольца на коническую высаженную область прутка позволяет уменьшить утолщение высадки. Натяжка служит для создания определенного давления на стыке соединения деталей для его герметичности, что препятствует разбалтыванию и износу соединения.The threaded connection of the heads with the body of the rod is tightened to reduce the influence of the main variable loads on the strength of the threaded connection. In the tensioned state, the variable load is only partially transmitted to the threaded part and the strength of the tensioned joint at variable loads is greater than the unstretched one, which is relevant for variable loads on the rod string. The landing of the ring on the conical upset area of the bar allows to reduce the thickening of the landing. The tension is used to create a certain pressure at the joint of the parts for its tightness, which prevents loosening and wear of the connection.
Для подтверждения этого факта был произведен расчет методом конечных элементов. Было измерено эквивалентное напряжение на разгрузочной канавке перед резьбой прутка с растяжением и без растяжения для случаев свинчивания резьбовой головки с натягом и без. Для обоих случаев растяжение происходит с одинаковым усилием. Результаты приводятся на Фиг.1 и Фиг.2, согласно которым для случая свинчивания с натягом амплитуда напряжения сокращается, что повышает усталостную прочность области. На Фиг.3 показана структура насосной штанги: 1 - пруток с высаженной частью, 2 - упорное кольцо, 3 - резьбовая головка с внешней и внутренней резьбой, 4 - резьбовая головка только с внутренней резьбой, 5 - лыска. На Фиг.4 показаны головки готовой насосной штанги.To confirm this fact, a finite element calculation was performed. The equivalent stress at the discharge groove in front of the thread of the bar with tension and without tension was measured for cases of screwing the threaded head with an interference fit and without. For both cases, stretching occurs with the same effort. The results are shown in Fig.1 and Fig.2, according to which for the case of make-up tightening, the voltage amplitude is reduced, which increases the fatigue strength of the area. Figure 3 shows the structure of the pump rod: 1 - rod with upset, 2 - thrust ring, 3 - threaded head with external and internal thread, 4 - threaded head only with internal thread, 5 - flat. Figure 4 shows the heads of the finished pump rod.
Возможно посредством высадки за один переход некоторое увеличение диаметра прутка под упорное кольцо, которое неспособно негативно повлиять на качество штанги. Форма высаженного участка прутка имеет плавное увеличение диаметра, что препятствует образованию концентратора напряжений. Для изготовления резьбовых головок может использоваться материал, имеющий большую прочность. Большая прочность материала резьбовой головки может быть достигнута, в частности, за счет различной термообработки прутков, резьбовая головка может быть изготовлена из стали другой марки, имеющей большую прочность за счет легирования.Perhaps by landing in one transition a slight increase in the diameter of the rod under the thrust ring, which is unable to adversely affect the quality of the rod. The shape of the planted section of the bar has a smooth increase in diameter, which prevents the formation of a stress concentrator. For the manufacture of threaded heads, a material having greater strength can be used. The greater strength of the material of the threaded head can be achieved, in particular, due to the different heat treatment of the rods, the threaded head can be made of steel of a different brand, which has greater strength due to alloying.
Техническим результатом способа является повышение надежности и снижение трудоемкости штанги и всей колонны штанг за счет обеспечения соосности прутка и резьбовых головок, а также за счет предупреждения возникновения концентраторов.The technical result of the method is to increase reliability and reduce the complexity of the rod and the entire column of the rods by ensuring the alignment of the rod and the threaded heads, as well as by preventing the occurrence of hubs.
Преимуществами данного способа по сравнению с известными техническими решениями является повышение надежности и снижение трудоемкости изготовления насосной штанги.The advantages of this method compared with known technical solutions is to increase reliability and reduce the complexity of manufacturing a pump rod.
Резьбовые головки и упорные кольца имеют малые габариты, что позволяет изготавливать их на высокопроизводительных автоматах. В одной печи можно обрабатывать большое количество деталей.Threaded heads and thrust rings are small in size, which allows them to be manufactured on high-performance machines. A large number of parts can be processed in one furnace.
Источники информацииInformation sources
1. Генрих Решмюллер. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Изд. «Шелер-Блекман ГМБХ», г.Терлиц, 1988, 150 с.1. Heinrich Reschmüller. Oil production by deep sucker rod pumps. Ed. "Scheler-Blackman GMBH", Terlitz, 1988, 150 p.
2. Патент РФ №2119858, МПК В23Р 15/00, 1998 г.2. RF patent No. 2119858, IPC V23P 15/00, 1998
3. Патент РФ №2329129, МПК В23Р 15/00, 2008 г. (прототип).3. RF patent №2329129, IPC В23Р 15/00, 2008 (prototype).
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111013/02A RU2527562C2 (en) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | Fabrication of downhole pump sucker rod |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111013/02A RU2527562C2 (en) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | Fabrication of downhole pump sucker rod |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012111013A RU2012111013A (en) | 2013-09-27 |
RU2527562C2 true RU2527562C2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=49253724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111013/02A RU2527562C2 (en) | 2012-03-22 | 2012-03-22 | Fabrication of downhole pump sucker rod |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2527562C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5088638A (en) * | 1985-11-26 | 1992-02-18 | Karaev Islam K O | Method for making sucker rods |
RU2329129C2 (en) * | 2006-03-27 | 2008-07-20 | ООО "РН-УфаНИПИнефть" | Method of pump rods production for deep-well pump |
RU2373041C1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-11-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method for making pump rod |
RU2376443C1 (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Pump bar manufacturing method |
-
2012
- 2012-03-22 RU RU2012111013/02A patent/RU2527562C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5088638A (en) * | 1985-11-26 | 1992-02-18 | Karaev Islam K O | Method for making sucker rods |
RU2329129C2 (en) * | 2006-03-27 | 2008-07-20 | ООО "РН-УфаНИПИнефть" | Method of pump rods production for deep-well pump |
RU2373041C1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-11-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Method for making pump rod |
RU2376443C1 (en) * | 2008-06-11 | 2009-12-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина | Pump bar manufacturing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012111013A (en) | 2013-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9856898B2 (en) | Swage lock fasteners | |
JP4787295B2 (en) | Screw fastening structure with high-strength self-forming screws | |
US7878748B2 (en) | Threaded fasteners with ribbed shanks | |
CN104114300B (en) | Application in corrosive environment of corrosion-resistant bolt, this bolt and for the method manufacturing this bolt | |
EP3121464B1 (en) | Fastening member, and rod-shaped member for a fastening member | |
CN104963927A (en) | Flanging and riveting self-locking nut and machining method thereof | |
JP4977178B2 (en) | Fastener, bolt and nut manufacturing method, and fastener fastening method | |
WO2014044335A1 (en) | Connection element having a specific thread pitch | |
RU2527562C2 (en) | Fabrication of downhole pump sucker rod | |
CN102873503A (en) | High anti-fatigue bolt and manufacturing method thereof | |
JP2009174564A (en) | Bolt and fastener using the same, and bolt manufacturing method | |
CN105935855A (en) | Repairing method for end face tooth rolling roll shaft of novel three-roll planetary rolling mill | |
RU2329129C2 (en) | Method of pump rods production for deep-well pump | |
JPH0689768B2 (en) | High-strength bolt / nut / washer set | |
CN110799302B (en) | Method for producing a ball stud | |
JPH07180714A (en) | Manufacture of bolt excellent in fatigue strength | |
JP5396089B2 (en) | Hot forged stainless nut | |
CN206206351U (en) | For the pin shaft structure that mill type cylinder is connected with mechanical mechanism | |
RU86647U1 (en) | PUMP BAR FOR DEPTH PUMP | |
RU2748194C1 (en) | Pump rod manufacturing method | |
CN218031007U (en) | High-strength sleeve bolt | |
RU2605373C2 (en) | Bolted connection of components | |
RU88401U1 (en) | BOLT JOINT | |
US322052A (en) | Construction of screw-threaded links | |
CN104955590B (en) | Method for increasing the strength of a rod-like fastening element made of metal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180323 |