Журналов:     Статей:        

Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016; : 66-69

Оптимизация конструкции головки полой насосной штанги

Дубинов Ю. С., Ивановский В. Н.

Аннотация

Для технологии одновременно-раздельной добычи нефти из двух пластов часто применяют полые насосные штанги, которые обеспечивают создание второго изолированного канала. Расчет и подбор таких штанг представляет значительные трудности из-за сложной конструкции, наличия участков с концентраторами напряжений и воздействием пластового флюида как на наружную, так и на внутреннюю поверхность этих штанг. Представлены результаты компьютерного исследования напряжений, возникающих в теле головки серийно выпускаемых полых штанг при их соединении с помощью резьбы. Проанализированы разные конструкции полых насосных штанг, разработанных несколькими российскими фирмами. С помощью математической модели определены напряжения, возникающие в головках полых штанг разной конструкции при их свинчивании. Показано, что максимальные напряжения в головке штанг, выполненной в виде четырехугольника, доходят до 450 МПа, а в головке штанг, выполненной в виде шестиугольника, величина максимальных напряжений достигает только 307 МПа. На основании компьютерной модели нагружения представлена возможность оптимизации конструкции головки полой насосной штанги, обеспечивающей существенное снижение напряжений в процессе свинчивания - до 280 МПа, то есть снижение напряжений при свинчивании штанг составит 7%. Если же оставить уровень максимальных напряжений в 307 МПа, то переход на десятигранную головку позволит увеличить момент свинчивания на 60 Н·м, что повысит уровень герметичности соединения и создаст в соединении остаточные сжимающие напряжения. Проанализированы возможные негативные моменты, связанные с уменьшением длины контакта специальных десятигранных ключей с головкой полой насосной штанги при переходе к новой конструкции «места под ключ» в виде десятигранника. Контактные напряжения в месте контакта «ключ - головка штанги» даже без увеличения ширины «губок» ключа останутся на уровне существующих напряжений при использовании шестигранной головки.
Список литературы

1. ГОСТ Р 51161-2002 Штанги насосные, устьевые штоки и муфты к ним.

2. Способ изготовления полой насосной штанги (варианты): пат. 2342217 РФ, МПК B21K21/00B23P15/00. Заявитель и патентообладатель ЗАО «Элкам-нефтемаш»; № 20081227; заявл. 20.12.2006; опубл. 27.12.2008.

3. Пепеляев В.В., Кривоносов Ю.А. Полая насосная штанга: пат. 2371565 РФ, МПК E21B17/00, № 20091027. Заявл. 16.11.2007; опубл. 27.10.2009.

4. Способ изготовления полой насосной штанги для газонефтяных скважин: пат. 2384384 РФ, МПК B21K21/12E21B17/01. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», № 20100320; заявл. 16.12.2008; опубл. 20.03.2010.

5. Головка полой насосной штанги: пат. 2391558 РФ, МПК B21K21/12E21B17/00F04B47/00. Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», № 20100610; заявл. 16.12.2008; опубл. 10.06.2010.

6. Полая насосная штанга: пат. 2398091 РФ, МПК E21B17/00. Заявитель и патентообладатель ООО «Пермское конструкторско-технологическое бюро технического проектирования и организации производства», № 20100827; заявл. 16.11.2007; опубл. 27.08.2010.

7. Способ изготовления полой насосной штанги: пат. 2456114 РФ МПК B21K21/12. Заявитель и патентообладатель ОАО специального машиностроения и металлургии «Мотовилихинские заводы», № 20121125; заявл. 25.11.2010; опубл. 20.07.2012.

Territorija “NEFTEGAS” [Oil and Gas Territory]. 2016; : 66-69

Design optimization of the hoLLow sucker rod head

Dubinov Y. S., Ivanovskiy V. N.

Abstract

Hollow sucker rods are usually applied for dual string oil production technology to ensure second separated channel availability. The calculation and selection of such rods is considerably difficult due to the complex design, presence of areas with stress concentrators and formation fluid impact as on the outer and the inner surface of the rods. The results of computer studies for stresses arising in the body of commercially available hollow rods head at their threaded connection are represented. Various designs of hollow sucker rods developed by several Russian companies are analysed. The stresses arising in the hollow rods heads of different designs during their coupling were determined with the help of mathematical model. It is shown that the maximum stresses in the rods head in the shape of a quadrangle, reach up to 450 MPa, and for the rods head in the shape of a hexagon the value of maximum stress reaches only 307 MPa. The opportunity to optimize the design of the hollow sucker rod head is represented based on the computer model of loading that provides a significant stress reduction during coupling - up to 280 MPa, that is, stress reduction during rods coupling will be 7%. Conversely, if proceed with maximum stress level of 307 MPa, the transition to decagonal head will increase the make-up torque by 60 Nm that will increase the level of connection tightness and create the residual compressive stresses in the connection. The possible negative aspects associated with a decrease in the contact length of special decagonal keys with the head of the hollow sucker rod at the transition to the new "key socket" design in the shape of decagon were analysed. Contact stresses in the point of "key - rod head" contact will remain at the existing stresses level during application of hexagon head even without increasing the width of the key edges.
References

1. GOST R 51161-2002 Shtangi nasosnye, ust'evye shtoki i mufty k nim.

2. Sposob izgotovleniya poloi nasosnoi shtangi (varianty): pat. 2342217 RF, MPK B21K21/00B23P15/00. Zayavitel' i patentoobladatel' ZAO «Elkam-neftemash»; № 20081227; zayavl. 20.12.2006; opubl. 27.12.2008.

3. Pepelyaev V.V., Krivonosov Yu.A. Polaya nasosnaya shtanga: pat. 2371565 RF, MPK E21B17/00, № 20091027. Zayavl. 16.11.2007; opubl. 27.10.2009.

4. Sposob izgotovleniya poloi nasosnoi shtangi dlya gazoneftyanykh skvazhin: pat. 2384384 RF, MPK B21K21/12E21B17/01. Zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO «Moskovskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet «STANKIN», № 20100320; zayavl. 16.12.2008; opubl. 20.03.2010.

5. Golovka poloi nasosnoi shtangi: pat. 2391558 RF, MPK B21K21/12E21B17/00F04B47/00. Zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO «Moskovskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet «STANKIN», № 20100610; zayavl. 16.12.2008; opubl. 10.06.2010.

6. Polaya nasosnaya shtanga: pat. 2398091 RF, MPK E21B17/00. Zayavitel' i patentoobladatel' OOO «Permskoe konstruktorsko-tekhnologicheskoe byuro tekhnicheskogo proektirovaniya i organizatsii proizvodstva», № 20100827; zayavl. 16.11.2007; opubl. 27.08.2010.

7. Sposob izgotovleniya poloi nasosnoi shtangi: pat. 2456114 RF MPK B21K21/12. Zayavitel' i patentoobladatel' OAO spetsial'nogo mashinostroeniya i metallurgii «Motovilikhinskie zavody», № 20121125; zayavl. 25.11.2010; opubl. 20.07.2012.