Устьевой компенсатор

Устьевой компенсатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей отрасли, и может быть использовано в нефтепромысловом оборудовании на месторождениях Российской Федерации и за рубежом для уменьшения воздействий изгибающих моментов на устьевой шток при смещении балансира станка-качалки с канатной подвеской относительно оси скважины в процессе совместных возвратно-поступательных движений устьевого штока и канатной подвески на устье скважины.

Известны устройства устьевого компенсатора, содержащие канатную подвеску станка-качалки, устьевой шток, устройство сальника устьевого.

Известные устройства ненадежны в процессе эксплуатации, не отвечают требованиям пожарной и экологической безопасности из-за утечек нефти, требуют дополнительных трудозатрат для их обслуживания на нефтяных скважинах.

Известно устройство, содержащее канатную подвеску с нижней и верхней траверсами, элементы коленчатого шарнира для соединения с устьевым штоком с возможностью их разворота по трем осям, резервный и эксплуатационный уплотнительные блоки, установленные в переходнике устьевого оборудования (RU 2267679 C2).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, технологические сложности в изготовлении, ненадежность в процессе эксплуатации при совместных возвратно-поступательных движениях балансира станка-качалки с канатной подвеской и устьевым штоком в полевых условиях.

Задача изобретения состоит в уменьшении элементной базы конструкции устьевого компенсатора, в упрощении технологии изготовления, в увеличении надежности при эксплуатации, в повышении условий пожарной и экологической безопасности, в удобстве обслуживания в полевых условиях на устье скважины, ремонтопригодности и конкурентоспособности устьевого компенсатора.

Технический результат достигается тем, что на верхнюю траверсу через эксцентриковый винт установлено сферическое кольцо для перемещений в горизонтальной плоскости с эксцентриковым винтом через шары, установленные в кольцевой трапецеидальной канавке, выполненной в верхней траверсе при отклонениях оси канатной подвески от оси эксцентрикового винта в процессе их совместных возвратно-поступательных движений, а устьевой шток соединен через резьбовые элементы, разрезную коническую цангу и накидную гайку с коленчатым шарниром через эксцентриковую муфту, которая в свою очередь соединена через шары с эксцентриковым винтом через эксцентриковую втулку, причем в переходнике устьевого оборудования установлены разрезные уплотнительные манжеты, взаимодействующие с внутренними коническими поверхностями разрезной распорной втулки, выполненными под разными углами α и β относительно оси устьевого штока для поочередной герметизации поверхностей скольжения устьевого штока в переходнике устьевого оборудования на устье скважины.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен устьевой компенсатор - общий вид.

Устьевой компенсатор содержит:

канатную подвеску 1,

винты 2,

эксцентриковый винт 3,

ось 4 (О2) эксцентрикового винта 3 или канатной подвески 1, при условии их совпадения,

регулировочную гайку 5,

стопорный болт 6,

сферическое кольцо 7,

верхнюю траверсу 8,

нижнюю траверсу 9,

кольцевую трапецеидальную канавку 10, выполненную в верхней траверсе 8,

зазор 11 (Δ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах,

защитное уплотнение 12,

эксцентриковую втулку 13,

величину эксцентриситета 14 (Δ) эксцентрикового винта 3, равного зазору 11 (Δ),

шары 15,

устьевой шток 16,

ось 17 (O1) устьевого штока 16,

максимальное расстояние 18 (4Δ) между осью 4 (О2) эксцентрикового винта 3 и осью 17 (О1) устьевого штока 16,

переходник устьевого оборудования 19,

разрезные уплотнительные манжеты 20,

внутреннюю коническую поверхность 21, выполненную под углом β в разрезной распорной втулке,

разрезную распорную втулку 22,

внутреннюю коническую поверхность 23, выполненную под углом α в разрезной распорной втулке 22,

разрезную коническую цангу 24,

накидную гайку 25,

стопорный болт 26,

пробку 27,

эксцентриковую муфту 28,

радиус кольцевой канавки 29 (равный 2Δ), выполненный на эксцентриковом винте 3 для установки шаров 15 по окружности кольцевой канавки эксцентрикового винта 3,

ось 30 (О₃) канатной подвески 1 (фиг.2).

В статическом положении элементы устьевого компенсатора взаимодействуют следующим образом.

Эксцентриковый винт 3 через шары 15 и кольцевую канавку 29 соединяется с эксцентриковой втулкой 13 и фиксируется в собранном положении защитным уплотнением 12.

Эксцентриковая муфта 28 через шары 15 соединяется с эксцентриковой втулкой 13, и технологическое отверстие для выполнения сборочной операции закрывается пробкой 27 (фиг.1).

В собранном виде устьевой компенсатор вставляется в отверстие сферического кольца 7, нижней 9 и верхней 8 траверс, установленных на канатной подвеске 1, фиксируется регулировочной гайкой 5 и регулировочная гайка стопорится болтом 6. Защитное уплотнение 12 предохраняет соединение от воздействия внешней среды.

Винты 2 предохраняют шары 15, установленные в трапецеидальных канавках 10 как в верхней траверсе 8, так и в регулировочной гайке 5.

В переходник устьевого оборудования 19 через устьевой шток 16 устанавливаются две разрезные уплотнительные манжеты 20, а между ними устанавливается разрезная распорная втулка 22.

Устьевой шток 16 через резьбовые элементы соединяется с эксцентриковой муфтой 28 и фиксируется через разрезную коническую цангу 24 накидной гайкой 25.

В свою очередь накидная гайка 25 фиксируется стопорным болтом 26.

Устьевой компенсатор работает следующим образом.

В динамическом положении, при возвратно-поступательном движении балансира станка-качалки с канатной подвеской 1 элементы шаровых соединений коленчатого шарнира вращаются относительно своих осей и относительно друг друга под действием изгибающих моментов в результате несовпадения осей 17 (О1) устьевого штока 16 и 30 (О3) канатной подвески 1 в зависимости от величины экстрентриситета (4Δ), эксцентрикового винта 3, зазора (11Δ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах, а также в зависимости от максимального расстояния 18 (4Δ) между осью 4 (О2) эксцентрикового винта 3 и осью 17 (О1) устьевого штока 16.

В результате воздействия изгибающих моментов устьевой шток 16 через эксцентриковую муфту 28 разворачивает в положения наименьших воздействий изгибающих моментов на канатную подвеску 1 как эксцентриковую втулку 13, так и эксцентриковый винт 3 и дополнительно перемещает в горизонтальной плоскости устьевой компенсатор по шарам 15 верхней траверсы 8 через сферическую траверсу 7, используя зазор (11Δ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах.

Дополнительно наличие сферы в сферической траверсе 7, взаимодействующей через шары 15 с регулировочной гайкой, снижает воздействия изгибающих моментов при изменении траектории движения балансира станка-качалки через канатную подвеску 1 на устьевой шток 16 (угловые положения устьевого компенсатора относительно оси 17 (О1) устьевого штока 16).

То есть устьевой шток 16, соединенный с канатной подвеской, через устьевой компенсатор в процессе совместных возвратно-поступательных движений с канатной подвеской 1 занимает положения, в которых изгибающие моменты на устьевой шток 16 минимальны.

На фиг.2 представлена кинематическая схема.

Согласно кинематической схеме использование устьевого компенсатора при смещениях станка-качалки относительно устья скважины позволяет снизить до минимума изгибающие моменты действующих между устьевым штоком 16 и канатной подвеской 1 при суммарной величине расцентровки их осей до 5Δ, а ось 17 (О1) устьевого штока 1 в зависимости от направления отклонения от оси 30 (О3) канатной подвески 1 будет располагаться в круге, площадь которого S=π×R²=3,14×(5Δ)².

Разрезные уплотнительные манжеты 20 поджимаются к устьевому штоку 1 резьбовой крышкой (на чертеже не показано) переходника устьевого оборудования и взаимодействуют с внутренними коническими поверхностями 21 и 23, выполненные под углом β и α в разрезной распорной втулке, обеспечивают поочередную герметизацию движущихся поверхностей скольжения устьевого штока 16, то есть обеспечивается поочередный способ эксплуатации разрезных и уплотнительных манжет 20 в переходнике устьевого оборудования 19.

Замену как разрезных уплотнительных манжет 20, так и разрезной распорной втулки 22 в полевых условиях можно произвести, не разъединяя устьевой шток 16 с эксцентриковой муфтой 28, через наружный диаметр устьевого штока 16.

Для определения нагрузок, действующих на штанговую подвеску, останавливают станок-качалку, посредством регулировочной гайки 5 разводят верхнюю 8 со сферическим кольцом 7 и нижнюю 9 траверсы, между ними устанавливают динамограф (на чертеже не показан), включают станок-качалку и снимают данные нагрузок, действующих на штанговую подвеску.

Предложенное новое техническое решение устьевого компенсатора отличается от известных технических решений новизной, и его использование в производстве повысит показатели пожарной безопасности и промышленной экологии при одновременном повышении показателей надежности эксплуатации нефтяных скважин, оборудованных станками-качалками.

Устьевой компенсатор прост в изготовлении, надежен в эксплуатации, ремонтопригоден, конкурентоспособен и найдет широкое применение в нефтяной промышленности Российской Федерации и за рубежом с обеспечением положительного технико-экономического эффекта.

Устьевой компенсатор, содержащий канатную подвеску с нижней и верхней траверсами, элементы коленчатого шарнира для соединения с устьевым штоком с возможностью их разворота по трем осям, резервный и эксплуатационный уплотнительные блоки, установленные в переходнике устьевого оборудования, отличающийся тем, что на верхнюю траверсу установлено сферическое кольцо для перемещений в горизонтальной плоскости с эксцентриковым винтом через шары, установленные в кольцевой трапецеидальной канавке, выполненной в верхней траверсе при отклонениях оси канатной подвески от оси эксцентрикового винта в процессе их совместных возвратно-поступательных движений, а устьевой шток соединен через резьбовые элементы, разрезную коническую цангу и накидную гайку с коленчатым шарниром через эксцентриковую муфту, которая в свою очередь соединена через шары с эксцентриковым винтом, через эксцентриковую втулку, причем в переходнике устьевого оборудования установлены разрезные уплотнительные манжеты, взаимодействующие с внутренними коническими поверхностями разрезной распорной втулки, выполненными под разными углами α и β относительно оси устьевого штока для поочередной герметизации поверхностей скольжения устьевого штока в переходнике устьевого оборудования на устье скважины.