Спосіб з’єднання сталевої головки з полімерно-композиційним тілом насосної штанги

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб з'єднання сталевої головки з полімерно-композиційним тілом насосної штанги, що включає заповнення простору між контактуючими поверхнями клейовою речовиною для забезпечення нерухомого зчеплення, який відрізняється тим, що кінець тіла полімерно-композиційної штанги виконують ступінчастим шляхом формування циліндрами трьох діаметрів, в сталевій головці виконують відповідний ступінчастий циліндричний отвір, при цьому на останньому ступені отвору, що має найменший діаметр, виконують виточку, в отвір головки вставляють вставку з конусним торцем із кутом конусності 100-120° для розпирання розпушеного на довжину виточки і просоченого епоксидним клеєм кінця полімерно-композиційного тіла штанги, який запресовують в головку і обтискають в декількох місцях разом зі сталевою головкою триступеневим штампом.

Текст

Винахід стосується нафтогазовидобувної галузі, а саме з'єднання склопластикового стержня зі сталевими головками насосних штанг, які застосовуються у штангових насосних установках при видобутку нафти зі свердловин. У вітчизняній промисловості для виготовлення насосних штанг, як правило, використовують сталь. Досвід іноземних фірм, які останні роки застосовують склопластикові насосні штанги, свідчи ть про ряд переваг таких штанг над сталевими: збільшення корозійної стійкості, зниження ваги колони насосних штанг, підвищення продуктивності, зменшення максимального навантаження на полірований шток, зменшення мінімального навантаження, зменшення крутного моменту та споживання електроенергії [Матвейчук А.Т., Ми хайлов И.В. Опыт применения стеклопластиковых насосных штанг за рубежом // Обзор информ. Сер. Нефтепромысловое дело. М.:ВНИИОЭНГ, 1985. - 18с.]. Одним із недоліків склопластикових насосних штанг є ненадійне з'єднання композиційного стержня зі сталевими головками. Відома конструкція головки насосної штанги, яка має циліндричну частину з отвором у напрямку до середини головки з одної сторони та зовнішню різьбу з іншої сторони [Патент США №4430018 кл. F16B11/00 07.02.84 р.]. Отвір циліндричної частини складається з кільцевих виступів, які сформовані конічними канавками між ними. З іншого кінця головка також має отвір уздовж осі, який з'єднаний з отвором циліндричної частини. В середині цього отвору розміщують шток клапана, головка, якого знаходиться на дні порожнини циліндричної частини. Циліндрична частина призначена для закріплення в ній за допомогою епоксидної смоли полімернокомпозиційного штока насосної штанги. На зовнішній частині отвору для клапана є внутрішня різьба, в якій закручений гвинт для з'єднання з кінцем штока клапана для передачі подовжнього зусилля через клапан на кінець пластикової штанги. Для запропонованого способу з'єднання полімерно-композиційної насосної штанги зі сталевою головкою найбільш близька є конструкція [Патент США №4433933 кл. F16B011/00 28.02.84 р.], яка складається зі сталевої головки на кінці пластикового штока. Головка працює під дією поздовжніх розтягуючи х з усиль і складається з циліндричного тіла, що облицьовує шток, і кінця з різьбою для з'єднання з муфтою. Тіло головки має отвір з спіральними клиноподібними канавками, поверхня яких має радіальний нахил під кутом у напрямку поздовжньої осі тіла головки. Внутрішня кромка канавок відповідає зовнішній поверхні пластикового штока. Канавки заповнюються клейовою речовиною, яка забезпечує нерухоме зчеплення зі штангою, і рухоме з'єднання з канавками. Недоліком вищеописаних конструкцій є невелика міцність клейового з'єднання. У склеюванні приймає участь тільки незначна кількість волокон, які знаходяться на поверхні тіла штанги. Досвід експлуатації та експериментальні дослідження в лабораторних умовах показали що при руйнуванні такого з'єднання розриваються зовнішні волокна штанги в той час як внутрішні волокна залишаються неушкодженими, що обумовлено специфічною структурою полімерно-композиційного матеріалу, що складається із з'єднувальної (епоксидна смола) і армуючої (однонаправлені полімерні волокна) фази. Під час експлуатації полімерно-композиційних насосних штанг, сталеві головки руйнуються під дією корозії, пошкоджуються при терті об стінки насосно-компресорних труб, виходить із ладу різьбове з'єднання. В той час як пластикові штоки залишаються неушкодженими. Виникає необхідність заміни сталевих головок на нові. Завдання, яке стояло при створенні даного винаходу, це вдосконалити спосіб з'єднання, в якому шляхом залучення внутрішніх волокон полімерно-композиційного тіла насосної штанги перерозподілити дію розтягуючих навантажень із зовнішніх волокон на середні і внутрішні волокна. Крім того, ввести додатковий елемент, який буде витримувати основне навантаження від дії подовжніх розтягуючи х зусиль, що зменшить руйнуючу дію цих зусиль на клеєве з'єднання і підвищить надійність та міцність з'єднання полімерно-композиційного тіла штанги зі сталевою головкою. Також необхідно забезпечити можливість заміни спрацьованих сталевих головок. Поставлена задача вирішується тим, що у способі з'єднання сталевої головки з полімерно-композиційним тілом насосної штанги, що включає заповнення простору між контактуючими поверхнями клейовою речовиною для забезпечення нерухомого зчеплення згідно з винаходом кінець тіла полімерно-композиційної штанги і отвір сталевої головки виконують ступінчастими.На останній ступені з найменшим діаметром гнізда сталевої головки використовують виточку. В отвір поміщають сталеву вставк у з конусним торцем із кутом конусності 100...120° для розпирання розпушеного на довжину виточки і просоченого епоксидним клеєм кінця полімерно-композиційного тіла штанги, який запресовують в головку і обтискають в декількох місцях разом з металевою головкою триступеневим штампом для заклинювання і запобігання роз'єднанню пластикового штоку під дією подовжніх розтягуючих навантажень. Ступінчаста поверхня контакту сталевої головки та кінця полімерно-композиційного тіла штанги виконуються з метою, щоб при розтязі полімерного тіла штанги, запресованого у головці, задіяти не тільки зовнішні, а і проміжні і внутрішні волокна штанги і таким чином збільшити тягове зусилля насосної штанги. Перша ступінь із сторони дії осьового навантаження має бути довша за інші. Кінець останньої ступені роблять конічним на певну довжину, щоб при обтисканні сталевої головки і полімерно-композиційної штанги зняти контактні напруження. На фіг.1 - представлено кінець полімерно-композиційної штанги; На фіг.2 - з'єднання сталевої головки з полімерно-композиційним тілом насосної штанги. З'єднання складається з полімерно-композиційного тіла штанги 1 і сталевої головки 2. На кінцях полімернокомпозиційного тіла штанги 1 виточена ступінчаста циліндрична поверхня 3 із зовнішніми діаметрами d, d1, d2. Перша ступінь із сторони дії осьового навантаження діаметром d довша за інші d1, d2. Кінець 4 полімернокомпозиційного тіла штанги розпушений на довжину L. На внутрішній циліндричній поверхні гнізда сталевої головки 2 виконані ступені 5 такого ж профілю, як кінці полімерно-композиційного тіла штанги, металева вставка 8 має торець у формі направляючого конуса 7 із кутом конусності 100...120°. Кільцеву ви точку 6 виконують на останньому ступені отвору сталевої головки для заповнення клеєм і розміщенням у ній розпушеного кінця полімерно-композиційного тіла штанги 1. При цьому довжина виточки l3 має бути на 5...7 мм менша ніж довжина l4 циліндричної поверхні вставки 8. Це забезпечує проходження вставки 8 в отвір без заклинювання під час операції складання. Посадка вставки 8 і отвору має бути с зазором, для вільного переміщення вставки до упора. При складанні головки із стрижнем окремі волокна штанги, просочені клеєм, входять у виточку 6 за допомогою направляючого конуса 7, що сприяє заклинюванню кінця тіла штанги в простір виточки гнізда при дії на нього розтягуючи х навантажень. Для зміцнення з'єднання використовують епоксидний клей не тільки у місці кільцевої виточки 6, а і по усій поверхні контакту сталевої головки і тіла штанги. Поки клей не застиг головка зі стрижнем обтискається триступеневим штампом у декількох місцях у радіальному напрямку. При проведенні заміни спрацьованих сталевих головок зовнішню частину сталевої головки попередньо нагрівають струмом високої частоти. При цьому епоксидний клей пом'якшується, що полегшує ви тягування полімерно-композиційного тіла штанги зі сталевої головки.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for connection of steel head with polymer-composite body of pump rod

Автори англійською

Kopei Bohdan Volodymyrovych, Zinchenko Yurii Stanislavovych, Kopei Volodymyr Bohdanovych

Назва патенту російською

Способ соединения стальной головки с полимерно-композиционным телом насосной штанги

Автори російською

Копей Богдан Владимирович, Зинченко Юрий Станиславович, Копей Владимир Богданович

МПК / Мітки

МПК: E21B 17/02

Мітки: тілом, штанги, спосіб, полімерно-композиційним, з'єднання, насосної, головки, сталевої

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-82689-sposib-zehdnannya-stalevo-golovki-z-polimerno-kompozicijjnim-tilom-nasosno-shtangi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб з’єднання сталевої головки з полімерно-композиційним тілом насосної штанги</a>

Подібні патенти