ЭЛЕВАТОР УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДЛЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ И УСТЬЕВЫХ ШТАНГ С ПОДЭЛЕВАТОРНЫМ БУРТОМ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для использования в процессе обустройства и капитальном ремонте скважин.
Известен элеватор, содержащий сменные захваты, имеющие шток с пазом, корпус с пазом для прохода сменных захватов и стойку, шарнирно прикрепленные к корпусу серьгу и рукоятку, ось которой совпадает с центральной осью элеватора в положении его открытия, взаимодействующий со стойкой подпружиненный фиксатор, установленный в рукоятке, и выступ в рукоятке, взаимодействующий с пазом штока [RU 2108440 С1, МПК Е21В 19/06 (1995.01), опубл. 1995]. Стойка расположена на центральной оси элеватора, причем на стойке расстояние h от центральной оси элеватора до края стойки равно длине прохождения постоянно поджатого к плоскости стойки фиксатора от положения открытия до положения закрытия элеватора. Известное решение обеспечивает повышение надежности работы элеватора и облегчает процесс переключения механизма фиксации в закрытое положение элеватора.
Известен также элеватор, более близкий по технической сущности и достигаемому техническому результату, содержащий шарнирно соединенные корпус и серьгу [RU 66774 U1, МПК Е21В 19/06 (1995.01), опубл. 2007]. В корпусе установлены сменные захваты. В приливе корпуса установлена рукоятка управления, которая торцевой плоскостью прижата к фиксирующей стойке корпуса. В сочленении прилив корпуса - рукоятка установлены два разнесенных подшипниковых узла. Зев в рукоятке увеличен на 20 мм.
Недостатками известных конструкций элеватора являются: малая площадь контакта центрирующего пояса челюстей захвата и корпуса; геометрическая форма нижней опорной площадки челюстей захвата, контактирующая с опорной площадкой корпуса элеватора, имеющей на выходе «половину окружности», предопределяет в этом месте повышенные нагрузки на передние кромки корпуса и передние смыкающиеся кромки челюстей захвата, особенно при максимальном весе колонны насосно-компрессорных труб при спуско-подъемных операциях.
Как показывает многолетний опыт эксплуатации известных конструкций элеватора, наибольший механический износ происходит именно по передним кромкам опорной площадки корпуса и по передним смыкающимся кромками челюстей захвата из-за особенностей в этом месте вышеуказанной конструкции. Повышенный локальный механический износ внутреннего диаметра корпуса при возвратно-поступательном движении захвата для раскрытия-закрытия его челюстей, происходит за счет трения-скольжения по нему центрирующего пояса с недостаточной площадью контактов. Данные факторы механического износа снижают срок службы элеватора в целом, так как одними из критериев вывода его из эксплуатации являются: величина диаметрального зазора между центрирующим поясом захвата и внутренним диаметром корпуса; величина износа толщины нижней опорной поверхности корпуса; величина износа торцевой опорной поверхности захвата под муфту.
Предлагаемая конструкция элеватора устраняет вышеуказанные недостатки.
Техническим результатом является увеличение срока службы корпуса, сменных захватов, а также повышение надежности и уровня безопасной эксплуатации элеватора универсального в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в элеваторе универсальном для насосно-компрессорных труб и устьевых штанг с подэлеваторным буртом, содержащим шарнирно-соединенные серьгу и корпус, сменные захваты, установленные в корпусе, рукоятку с рычагом, один конец которого связан с подпружиненным элементом фиксации, новым является то, что центрирующий пояс контакта челюстей захвата с внутренним диаметром корпуса увеличен до 38 мм, а нижняя опорная площадка челюстей захвата выполнена с дополнительными приливами, позволяющими увеличить площадь его опоры на корпусе и рационально перераспределить нагрузку.
На фиг. 1 представлен общий вид элеватор, на фиг. 2 показан элеватор на виде сверху захват в положении рукоятки «Открыто», но не выведен из корпуса, на фиг. 3 представлен общий виде разрезом, на фиг. 4 представлен захват, вид сбоку с увеличенным центрирующим поясом контакта, на фиг. 5 представлен захват с дополнительными опорными площадками, на фиг. 6 представлены челюсти захватов с распределением величин линейных деформаций от приложенной нагрузки в конструкциях известных элеваторов, на фиг. 7 представлены челюсти захватов с дополнительными опорными площадками и распределением величин линейных деформаций от той же приложенной нагрузки в предлагаемой конструкции элеватора. На фиг. 8 представлен корпус с распределением величин линейных деформаций от приложенной через захват (фиг. 6) нагрузки в конструкциях известных элеваторов, на фиг. 9 представлен корпус с распределением величин линейных деформаций от той же приложенной через новый захват (фиг. 7) нагрузки в предлагаемой конструкции элеватора.
Элеватор универсальный для насосно-компрессорных труб и устьевых штанг с подэлеваторным буртом состоит из следующих основных узлов и деталей в соответствии с фиг. 1; 2; 3; 4: корпуса 1, серьги 2, запорной рукоятки 3, сменных захватов 4 для различных типоразмеров насосно-компрессорных труб и устьевых штанг, пальцев 5, шайбы 9, шплинтов 8, направляющих 6, 7, гайки, стопорной шайбы 10, 11.
ш
Захват 4 (фиг. 2) является легкосменным инструментом и с соответствующим изменением диаметра отверстия под трубу Дт (фиг. 5) или устьевую штангу Д, позволяет производить спуско-подъемные операции на скважине размерного ряда насосно-компрессорных труб 89; В73, 73, В60, 60, В48, 42, 33, В33, устьевых штанг с подэлеваторным буртом диаметром 16-19, 22-25 мм.
В предлагаемой конструкции элеватора значительно увеличена ширина центрирующего пояса 12 челюстей захвата 4 с 19 мм до 38 мм (фиг. 4) путем изменения выступающего прилива в заготовке - отливке челюсти. Это позволяет увеличить площадь контакта трения-скольжения центрирующего пояса 12 челюстей захвата 4 (фиг. 4) с внутренним диаметром корпуса 1 элеватора и, как следствие, снижает интенсивность локального механического износа, что в свою очередь увеличивает срок службы корпуса и захвата, так как одним из критериев вывода элеватора из эксплуатации обозначена величина зазора между этими трущимися поверхностями.
На челюсти захвата 4 введены дополнительные опорные площадки 13 (фиг. 5), позволяющие перераспределить приложенную максимальную нагрузку, уменьшить ее величину в опасных точках контакта челюстей захвата с опорной площадкой корпуса. Опасными локальными местами контакта являются кромки смыкания челюстей по внутреннему диаметру и крайние кромки корпуса из-за геометрической формы «половины окружности». Это подтверждают результаты моделирования напряженно-деформированного состояния челюстей захватов и корпуса элеватора без площадок (фиг. 6, фиг. 8) и с дополнительными опорными площадками (фиг. 7, фиг. 9).
Расчеты линейных перемещений элеватора в сборе производились с использованием программного пакета ANSYSAcademicMultiphysics при нагрузке 80 тонн. В первом случае - элеватор с известной конструкцией челюстей захвата, во втором - с увеличенной шириной центрирующего пояса и дополнительными опорными площадками. Сравнение линейных перемещений (линейных деформаций) захвата в известном варианте (фиг. 6) и в предлагаемой конструкции (фиг. 7) показывает, что в обоих случаях наибольшее перемещение наблюдается у захвата в месте смыкания челюстей из-за того, что захват контактирует с опорной площадкой корпуса, а так как опорная площадка имеет форму «половина окружности» внутренняя часть захвата «висит в воздухе». Однако в предлагаемой конструкции максимальные линейные перемещения смыкающихся кромок захвата ниже, более чем на 20%, что приводит к перераспределению линейных перемещений корпуса, сравнение которых показано на фиг. 8 и 9. Как показано на фиг. 8 и 9 характер максимальных перемещений аналогичен все по той же причине: на нижней площадке корпуса, кромки его расположены удаленно от стенок основного корпуса, они не имеют под собой ни какой опоры и конструктивно корпус имеет вид разомкнутого цилиндра, из-за этого наблюдаются максимальные перемещения именно в этом месте. Однако максимальные линейные перемещения корпуса за счет изменения конструкции челюстей захвата также снизились более чем на 20%.
Таким образом, предложенная конструкция челюстей захватов с увеличенной шириной центрирующего пояса и увеличенной, за счет приливов, опорной площади на нижнюю поверхность корпуса снижает интенсивность механического износа контактирующих поверхностей и, как следствие, позволяют увеличить срок служб и надежность элеватора в целом.