СИСТЕМА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИВОДА ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ
EMERGENCY SITUATIONS PREVENTION SYSTEM OF DRIVE OF SUCKER ROD DRIVE PUMPS

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при защите устьевой арматуры от механического воздействия при возникновении аварийных ситуаций вследствие разрушения узлов и составных частей привода штанговых скважинных насосов (ПШСН) всех типов, как отечественного, так и зарубежного производства.
Ввиду того, что ПШСН, являясь сложной технической системой, представляет собой взаимосвязанный комплекс технических устройств и конструкций, то при эксплуатации ПШСН возможно возникновение ряда аварийных ситуаций, которые влекут за собой повреждение или полное разрушение устьевой арматуры.
Аналогом заявляемого изобретения может являться устройство для бесконтактного активного контроля состояния вращающихся и перемещающихся узлов и агрегатов нефтяного станка-качалки, т.е. ПШСН, а именно выходного вала редуктора с кривошипами, пальцев кривошипов с нижними головками шатунов, содержащее электронно-контролирующий блок, на который поступают сигналы с датчиков контроля состояния (RU 23011 U, опубл. 10.05.2002 г.). Датчики установлены на ограниченном круге узлов ПШСН.
Наиболее близким к заявляемому является Устройство бесконтактной активной защиты привода штанговых скважинных насосов (RU 133195 U1 опубл. 10.10.2013), состоящее из трех активных датчиков, установленных на траверсе, верхней полке стойки и балансире ПШСН, блока управления и страховочного приспособления на балансире. Датчики установлены на ограниченном круге узлов ПШСН, что влечет за собой невозможность контроля возникновения аварийных ситуаций при изменении давления на устьевой арматуре, что может привести к серьезным последствиям, таким, как:
- разгерметизация устьевой арматуры или нефтяного трубопровода;
- обрыв и падение на грунт головки балансира, влекущие за собой повреждение или полное разрушение устьевой арматуры, что приведет к экологическим последствиям и возможным человеческим жертвам вследствие залипания датчика геркон.
Использование известного устройства с установкой датчика только на ограниченном круге узлов ПШСН не позволяет зафиксировать дефект и предотвратить аварийную ситуацию при разгерметизации устьевой арматуры или трубопровода, что влечет за собой возникновение аварийной ситуации и экологические последствия.
Использование датчиков, основанных на активном протекании тока, ведет к неизбежному усложнению процессов в производстве, обслуживании, защиты от воздействия внешних факторов, и как следствие, удорожанию и снижению надежности как отдельных элементов, так и всей системы в целом. Также активное (постоянное) протекание тока может иметь эффект залипания (неразъединение электрической цепи, т.е. несрабатывание датчиков) вследствие определенных условий, что приводит к катастрофическим последствиям.
Известное устройство не является универсальным, так как значительная часть уже существующих датчиков не подразумевает постоянного активного протекания тока, следовательно, потребует вносить конструктивные изменения в уже существующие датчики контроля.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства, связанных с предотвращением развития аварийных ситуаций на устьевой арматуре, узлах и агрегатах ПШСН различных конструкций, ведущих к повреждению устьевой арматуры за счет своевременной остановки ПШСН, использовав универсальные датчики с возможностью расширения функционала системы путем оперативного изменения количества подключаемых датчиков, с сохранением высокой надежности работы устройства при минимальных затратах на ее монтаж и обслуживание.
Технический результат обеспечивается тем, что система предупреждения аварийных ситуаций ПШСН включает систему датчиков контроля состояния, размещенных на узлах и агрегатах ПШСН, устьевой арматуре и связанных с управляющим блоком проводником электрической цепи. Датчиками пространственного положения служат датчики наклона, датчиками относительного положения служат магнитно-контактный датчик (геркон) и/или конечный выключатель, и датчик (или система датчиков) давления. При этом датчики пространственного положения закреплены на траверсе и полке стойки ПШСН, датчик относительного положения - на балансире и головке балансира ПШСН, датчик (или система датчиков) давления устанавливается на устьевую арматуру. Управляющий блок выполнен с возможностью остановки ПШСН и оповещения соответствующих служб при превышении уставочных величин хотя бы одним из датчиков. В результате срабатывания одного из датчиков замыкается электрическая цепь, подается сигнал на остановку ПШСН и оповещаются соответствующие службы. На балансире и головке балансира установлено страховочное приспособление, удерживающее головку балансира от падения, которое может быть выполнено со страховочным элементом в виде троса, цепи, каната или иного грузозахватного элемента.
Установка датчиков пространственного положения на траверсе и полке стойки ПШСН позволяет контролировать уровень отклонения углов α и β от допустимых значений относительно уровня горизонта.
Установка датчика относительного положения на балансире и головке балансира ПШСН позволяет контролировать положение балансира относительно головки балансира и начало возникновения аварийной ситуации в точке балансир - головка балансира.
Установка датчика (или система датчиков) давления на устьевую арматуру позволяет контролировать уровень отклонения давления в устьевой арматуре от допустимых параметров.
Соединение датчиков проводником электрической цепи с управляющим блоком, а блока с приводом ПШСН, позволяет при возникновении аварийных ситуаций своевременно останавливать ПШСН.
Кроме того, использование датчиков пространственного положения, относительного положения и датчика (или система датчиков) давления, не имеющих в своем составе электронных компонентов, обеспечивает высокую надежность работы устройства при минимальных затратах на ее монтаж и обслуживание.
Также конструкция управляющего блока имеет кнопку тестирования, которая позволяет проверить его работоспособность без демонтажа или других трудозатратных манипуляций. Кнопка имитирует начало аварийной ситуации, срабатывание одного из датчиков, с отработкой всего последующего алгоритма по остановке ПШСН.
Изобретение проиллюстрировано следующим образом.
На фиг. 1 показано размещение элементов заявляемого устройства на ПШСН и устьевой арматуре, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 с торца.
Датчик пространственного положения 1 (шариковый, оптический или ртутный) закреплен на траверсе 2 и фиксирует отклонение угла α наклона траверсы 2 относительно рабочего положения. Датчик пространственного положения 3 (шариковый, оптический или ртутный) закреплен на полке стойки 4 и фиксирует отклонение угла наклона β стойки 4 относительно вертикальной оси 5.
Датчик относительного положения 6 (геркон, конечный выключатель и др.) установлен на балансире 7 и головке балансира 8.
Датчик (или система датчиков) давления 9 (автоматический контрольный манометр) устанавливается на устьевую арматуру 10.
Датчики 1, 3, 6, 9 связаны электрической цепью (электрическим проводником) 11 с управляющим блоком 12, который при возникновении аварийной ситуации останавливает привод 13 ПШСН.
Страховочное приспособление 14 содержит страховочный элемент: трос, цепь, канат или иной грузозахватный элемент 15, связывающий страховочное приспособление 14 с головкой балансира 8 и удерживающий ее от падения на устьевую арматуру 10 при возникновении аварийной ситуации «обрыв головки балансира». Длина и натяжение элемента 15 регулируется в зависимости от модели и конструктивных особенностей ПШСН.
Система предупреждения аварийных ситуаций ПШСН работает следующим образом.
При изменении угла наклона α траверсы 2 или угла отклонения β стойки 4 от вертикальной оси 5 на величину, превышающую уставочное значение датчиков пространственного положения 1 и/или 3, происходит срабатывание указанных датчиков (электрическая цепь замыкается). При возникновении аварийной ситуации по обрыву головки балансира 8 происходит срабатывание датчика (электрическая цепь замыкается) относительного положения (конечный выключатель, геркон и др.) 6, установленного на балансире 7 и на головке балансира 8. При изменении давления в устьевой арматуре 10 отличающихся от допустимых параметров, как в большую, так и в меньшую сторону, происходит срабатывание датчика (или системы датчиков) давления 9 (электрическая цепь замыкается).
При срабатывании хотя бы одного из датчиков 1, 3, 6, 9 происходит подача сигнала по проводнику электрической цепи 11, вследствие чего реле размыкания (не показано) в управляющим блоке 12 осуществляет остановку привода 13 ПШСН.
Одновременно с остановкой привода 13 при возникновении аварийной ситуации «обрыв головки балансира» срабатывает страховочное приспособление 14.
В управляющем блоке 12 предусмотрена подача сигнала об инциденте на передающее устройство (не показано) для возможности оповещения соответствующих служб. Для возможности проверки работоспособности управляющего блока 12 в его конструкции предусмотрена тестовая кнопка (не показано), имитирующая возникновение аварийной ситуации с отработкой управляющим блоком 12 соответствующего алгоритма действий.
Использование заявляемого устройства имеет следующие преимущества:
- повышена надежность вследствие отсутствия эффекта залипания (несрабатывания) датчиков ввиду отсутствия датчиков, основанных на активном протекании тока;
- минимизация затрат по ликвидации последствий аварийных ситуаций;
- возможность своевременного оповещения оперативных служб об инциденте;
- возможность увеличивать количество датчиков с минимальными изменениями в системе;
- наличие датчика давления (или системы датчиков) на устьевой арматуре;
- возможность использования уже выпускаемых датчиков;
- высокая надежность устройства ввиду простоты исполнения;
- высокая сопротивляемость воздействию внешних факторов;
- простота монтажа и эксплуатации, а также отсутствие необходимости частого технического обслуживания;
- безопасность в эксплуатации;
- низкое энергопотребление.