Зажим для удержания колонны насосных штанг
CLAMP FOR HOLDING SUCKER ROD STRING

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к оборудованию для глубинно-насосной добычи нефти из скважины станком-качалкой и может быть использован для зажима полированного штока и удержания колонны насосных штанг на траверсе подвески станка-качалки.
Известен зажим для удержания колонны насосных штанг (патент на ПМ RU № 62965, МПК Е21В 19/10, опубл. 10.05.2007 Бюл. № 13), содержащий корпус с отверстием под шток, причем корпус состоит из двух полукорпусов, установленных на оси, и соединенных резьбовым соединением, ось установлена в отверстии одного полукорпуса по прессовой посадке, в отверстии другого полукорпуса - по скользящей посадке, в одном полукорпусе выполнено отверстие под болт, в другом - сквозной паз под тело болта и превышающий его по ширине сквозной паз под прямоугольную головку болта.
Известен также зажим для удержания колонны насосных штанг (патент на ПМ RU № 78254, МПК Е21В 19/10, опубл. 20.11.2008 Бюл. № 32), содержащий корпус с отверстием под шток, состоящий из двух полукорпусов, установленных на оси и соединенных резьбовым соединением, в одном полукорпусе выполнено отверстие под болт, в другом - сквозной паз под тело болта, причем один из полукорпусов жестко закреплен на оси, а второй установлен с возможностью поворота вокруг нее, при этом в полукорпусе, имеющем сквозной паз под тело болта, выполнена выемка для фиксации головки болта.
Наиболее близким по технической сущности является зажим для удержания колонны насосных штанг (патент на ПМ RU № 177350, МПК Е21В 19/10, опубл. 16.02.2018 Бюл. № 5), содержащий корпус с отверстием под шток, состоящий из двух полукорпусов, установленных на оси и соединенных резьбовым соединением, в одном полукорпусе выполнено отверстие под болт, в другом – сквозной паз под тело болта, один из полукорпусов закреплен на оси, а второй установлен с возможностью поворота вокруг нее, во втором полукорпусе выполнена выемка с упорами под головку болта, причем полукорпус с отверстием под болт закреплен на оси неразъемным соединением, выполненным посредством сварки.
Недостатками всех аналогов являются узкая область применения, так как изготавливаются под один типоразмер устьевого полированного штока, сложность изготовления, обслуживания и ремонта, а также большая металлоемкость, так как состоит из двух полукорпусов, соединенных осью, что требует для прочности увеличенных размеров по высоте и, как следившие, большой массы, при этом посадочные места для резьбового соединения имеют сложную форму для реализации возможности быстрых установки или снятия с полированного штока из-за отсутствия фиксации в разжатом положении и непосредственно на траверсе.
Технической задачей предлагаемого технического решения является создание универсального, простого в изготовлении, обслуживании и ремонте зажима для удержания колонны насосных штанг с относительно низкой металлоемкостью за счет возможности фиксации полированных штоков различного диаметра, пружинного соединения полукорпусов, работающих на разжатие, возможности временной фиксации на траверсе и простых посадочных мест для резьбового механизма сжатия.
Техническая задача решается зажимом для удержания колонны насосных штанг, содержащим корпус с отверстием под шток, состоящий из двух полукорпусов, соединенных механизмом поворота относительно друг друга с одного конца, а со второго конца – оснащенных резьбовым механизмом сжатия в виде цилиндрического штыря с резьбой под как минимум одну соответствующую гайку, вставленного в посадочные сквозные отверстия соответствующих полукорпусов.
Новым является то, что полукорпуса и их посадочные отверстия выполнены одинаковыми, механизм поворота выполнен в виде пружинной пластины, жестко соединенной своими концами с соответствующими полукорпусами и работающей на разжатие, причем корпус со стороны пружинной пластины снабжен дополнительным отверстием под посадочный выступ траверсы, при этом отверстие под шток в каждом полукорпусе имеет радиус, соответствующий максимальному диаметру устьевого полированного штока, который может захватывать зажим, а расстояние между удаленными точками отверстия при сжатых полукорпусах не превышает диаметра минимального диаметра устьевого полированного штока, который может захватывать зажим.
Новым является также то, что отверстие корпуса в полукорпусах снабжено губками из материала более мягкого, чем материал штока.
На фиг. 1 изображен зажим сбоку с частичным продольным разрезом.
На фиг. 2 изображен зажим с разрезом А-А фиг. 1.
На фиг. 3 изображен зажим в изометрии.
max
mn
Зажим для удержания колонны насосных штанг (не показаны) содержит корпус 1 (фиг. 1 – 3) с отверстием 2 (фиг. 2 и 3) под полированный устьевой шток (не показан), присоединенный сверху к колонне штанг на устье скважины (не показаны). Корпус 1 состоит из двух полукорпусов 3 и 4, соединенных с одного конца механизмом поворота относительно друг друга в виде пружинной пластины 5, жестко соединенной своими концами 6 и 7 с соответствующими полукорпусами 3 и 4 и работающей на разжатие. Со второго конца полукорпуса 3 и 4 оснащены резьбовым механизмом сжатия в виде цилиндрического штыря 8 (болт, шпилька или т.п.) с резьбой 9 под как минимум одну соответствующую гайку 10. Штырь 8 (фиг. 2) вставлен в посадочные сквозные отверстия 11 и 12 соответствующих полукорпусов 3 и 4. Полукорпуса 3 и 4 и их посадочные отверстия 11 и 12 выполнены одинаковыми. Корпус 1 (фиг. 2 – 3) со стороны пружинной пластины 5 снабжен дополнительным отверстием 13 под посадочный выступ 14 (фиг. 1) траверсы 15 (показаны условно). На способы изготовления траверсы 15 и выступа авторы не претендуют. Отверстие 2 (фиг. 2) под шток в каждом полукорпусе 3 и 4 имеет радиус R, соответствующий максимальному диаметру штока (2R ≈ D), который может захватывать зажим, а Н расстояние между удаленными точками отверстия 2 при сжатых полукорпусах не превышает диаметра минимального диаметра штока (H ≤ D), который может захватывать зажим. Для увеличения срока службы зажима и исключения повреждения штока отверстие 2 (фиг. 2 и 3) полукорпусах 3 и 4 корпуса 1 может быть снабжено губками (не показаны) из материала более мягкого, чем материал штока. Губки могут фиксироваться внутри отверстия 2 на термоклей, потайные заклепки или т.п. (авторы на это не претендуют, так как подобные решения известны из открытых источников). Пружинная пластина 5 может жестко соединяться своими концами 6 и 7 с соответствующими полукорпусами 3 и 4 при помощи заклепок 16, винтов сварки (не показано), анаэробного клея (не показано), изготовлена сразу в составе полукорпусов 3 и 4 (если они изготовлены из пружинного материала) и/или т.п. Авторы на способы соединения пластины с соответствующими полукорпусами 3 и 4 не претендуют, так как подобные решения известны из открытых источников.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства на чертежах (фиг. 1 – 3) не показаны или показаны условно.
Зажим работает следующим образом (с примером конкретного выполнения).
max
mn
Изготавливают два одинаковых полукорпуса 3 (фиг. 2 и 3) и 4 с отверстиями 2 и 13 корпуса 1, что значительно упрощает изготовление, ремонт и обслуживание зажима. Отверстие 2 полукорпусов 3 и 4 снабжают медными губками, зафиксировав анаэробным клеем. При этом отверстие 2 (фиг. 2) под шток в каждом полукорпусе 3 и 4 изготавливают так, что радиус R соответствует максимальному диаметру штока (на практике R = 19 мм, что соответствует диаметру штока D = 38 мм), а Н расстояние между удаленными точками отверстия 2 при сжатых полукорпусах не превышает диаметра минимального диаметра штока (на практике H = 31,5 мм, что не превышает диаметр штока D= 32 мм). Такое выполнение отверстия 2 позволяет использовать один зажим на штоки диаметром от 32 мм до 38 мм, что значительно уменьшает количество типоразмеров необходимых зажимов. Толщина полукорпусов 3 и 4 зависит только от прочностных их характеристик, которые должны быть достаточными для удержания штока, что позволяет их изготавливать значительно тоньше и легче аналогов. Полукорпуса 3 (фиг. 2 и 3) и 4 для получения единого корпуса 1 соединяют пружинной пластиной 5, концы 6 и 7 которой присоединяют к соответствующим полукорпусам 3 и 4 при помощи термоклея (плавящегося при 60 – 65 ºС) и заклепок 16 (для облегчения сборки – заклепки удерживают пружинную пластину 5 до схватывания клея, и разборки после высверливания и извлечения заклепок 16 и нагрева корпусов 3 и 4). Сборка и разборка полукорпусов 3 и 4 к друг другу в единый корпус 1 не требует специальных инструментов и подгонки всех деталей. В посадочные сквозные отверстия 11 (фиг. 2) и 12 соответствующих полукорпусов 3 и 4 вставили штырь 8 в виде болта с шайбами 17 и 18 (для уменьшения трения при вращении) и резьбой 9, на которую накручивают гайку 10 предварительно поджав полукорпуса 3 и 4 к друг другу, преодолевая усилие пружинной пластины 5. При этом отверстие 2 (фиг. 2 и 3) остается раскрытым для прохода головки штока. Собранный зажим при помощи отверстия 13 (фиг. 1), надеваемого на посадочный выступ 14 (для упрощения установки на траверсе 15 и фиксации штока), устанавливают на траверсу 15 так, чтобы отверстие 2 (фиг. 2 и 3) располагалось над отверстием (не показано) траверсы 15 (фиг. 1) под шток. После ввода штока в отверстие траверсы 15 и отверстие 2 (фиг. 2 и 3) корпуса 1 вращением гайки 10 на резьбе 9 штыря 8 полукорпуса 3 и 4 сжимают, преодолевая усилие пружинной пластины 5, до охвата штока ниже его головки. Таким образом шток надежно фиксируется зажимом на траверсе 15 (фиг. 1) канатной подвески, позволяя работать в штатном режиме. Для отсоединения штока от траверсы 15 вращением гайки 10 (фиг. 2) на резьбе 9 штыря 8 полукорпуса 3 и 4 разжимают за счет упругости пружинной пластины 5 и шток извлекают из отверстия 2 и отверстия траверсы 15 и (фиг. 1). При этом снятие и удержание зажима не требуется из-за взаимодействия отверстия 13 корпуса 1 с выступом 14 траверсы 15.
Предлагаемый зажим для удержания колонны насосных штанг прост в изготовлении, обслуживании и ремонте, универсален в работе, имеет низкую металлоемкость за счет возможности фиксации полированных штоков различного диаметра, соединения полукорпусов пружинной пластиной, работающей на разжатие, возможности временной фиксации на траверсе и простых универсальных посадочных отверстий для резьбового механизма сжатия.