Канатная подвеска устьевого скважинного штока
CABLE SUSPENSION OF WELLHEAD ROD

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации штанговых скважинных насосных установок, в частности в качестве элемента устьевого привода штангового глубинного насоса.
Известно устройство для запуска глубинного насоса в работу в скважинах со структурообразующей жидкостью (патент RU №2472033, МПК F04B 47/02, F04B 49/02, опубл. 10.01.2013 в Бюл. № 1), содержащее канатную подвеску, траверсы, упорные втулки, замкнутую полость с двумя клапанами, причем с целью повышения надежности работы, между двумя траверсами подвески установлен тороидальный упругий элемент, образующий замкнутую полость, связанную с атмосферой с помощью входного клапана большого диаметра и подпружиненного выходного клапана малого диаметра, причем высота упругого элемента в разжатом положении не меньше величины отставания полированного штока от головки балансира при ходе вниз.
Недостатками данного устройства являются сложность и низкая надежность конструкции связанная с наличием герметичного тороидального упругого элемента и клапанов, разгерметизация любого из которых приводит потере работоспособности, и узкая область применения из-за использования только при запуске в работу глубинного насоса.
Известна также канатная подвеска станка-качалки штанговой насосной установки (патент RU №2407917, МПК F04B 47/02, опубл. 27.12.2010 в Бюл. № 36), включающая стальные канаты, упорные втулки и траверсу, причем нижняя траверса снабжена с обеих сторон ребрами, в которых установлены регулировочные болты, и между которыми размещена подвижная траверса, выполненная с призматическим пазом, в котором размещена призматическая пластинчатая подвижная опора, в цилиндрическом гнезде которой установлен нижний конец наружного корпуса демпфера, взаимодействующего через упругий элемент с конусом, над которым размещена регулировочная втулка, взаимодействующая с полированным штоком, который, в свою очередь, размещен в полости, образованной цилиндрическими отверстиями регулировочной втулки, конуса и подвижной опоры, при этом она снабжена демпфирующим узлом, выполненным в виде конуса и цилиндра, внутри которого размещен амортизационный элемент, взаимодействующий с конической упорной втулкой, связанной с регулировочной втулкой и упорной муфтой.
Недостатками данной канатной подвески являются примерная регулировка нагрузки сжатия за счет сменной регулировочной втулки, узкая область применения из-за невозможности использования для больших нагрузок, так как конус при этом входит в эластичный демпфер и заклинивает в нём, при этом свойство демпфера со временем и под постоянными нагрузками меняются, что требует частой регулировки и/или замены демпфера.
Наиболее близкой является демпфер динамических нагрузок (патент на ПМ RU №140288, МПК Е21В 47/02, E21B 43/00, опубл. 10.05.2014 в Бюл. № 13), размещенный на верхней траверсе канатной подвески полированного штока, содержащий установленный внутри корпуса упругий элемент из эластомерного материала, охватывающий полированный шток, и клиновой зажим, установленный над демпфером на полированном штоке, причем упругий элемент демпфера выполнен, по меньшей мере, из двух элементов дискообразной формы, охватывающих полированный шток, при этом, по меньшей мере, один из упругих дискообразных элементов выполнен из материала, упругие характеристики которого отличаются от упругих характеристик материала другого упругого элемента, нижний относительно верхней траверсы упругий элемент демпфера взаимодействует с жесткой опорной пластиной, установленной на опорной втулке, взаимодействующей своим нижним концом с верхней траверсой, которые охватывают полированный шток, корпус демпфера выполнен в виде стакана с отверстием в его дне для прохождения через него полированного штока, а клиновой зажим размещен с внешней стороны дна корпуса демпфера.
Недостатками данного демпфера являются узкая область применения из-за отсутствия регулировки упругости демпфера и малого рабочего хода у дискообразных элементов, свойство которых со временем и под постоянными нагрузками меняются, что требует частой замены элементов.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создание надежной и долговечной конструкции канатной подвески устьевого скважинного штока за счет использования в качестве упругого элемента пружины сжатия с регулированием ее первоначального усилия.
Техническая задача решается канатной подвеской устьевого скважинного штока, включающей разделенные полыми вставками верхнюю и нижнюю траверсы, на верхней из которых установлен корпус в виде перевёрнутого стакана, охватывающего устьевой шток, с упругим элементом внутри, а нижняя выполнена с возможностью соединения с канатами устьевого привода при помощи полых вставок, клиновой зажим устьевого штока, установленный сверху корпуса, опорная втулка, установленная снизу упругого элемента и взаимодействующая с верхом верхней траверсы и охватывающая устьевой шток.
Новым является то, что упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, выполненной с возможностью охвата устьевого штока, опорная втулка изготовлена виде стакана, открытого сверху, причем корпус и опорная втулка вставлены в друг друга коаксиально с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу, а корпус выполнен сборным стенки и крышки, выполненной с возможностью контролируемого продольного перемещения относительно стенки с фиксацией в выбранном положении для обеспечения необходимого предварительного - первоначального сжатия пружины.
На фиг. 1 изображена схема канатной подвески с частичными продольными разрезами.
На фиг. 2 изображен вид сверху канатной подвески.
Канатная подвеска устьевого скважинного штока (не показан) включает верхнюю 1 (фиг. 1) и нижнюю 2 траверсы, клиновой зажим 3 полированного устьевого штока, размещенный сверху. Верхняя траверса 1 имеет торцевые проточки 4 (фиг. 2) под канат (не показан) и кольцевые выборки 5 (фиг. 1) под верхние торцы 6 соответствующих полых вставок 7, содержащих внутреннюю конусною поверхность 8 под соответствующие втулки (не показаны) для фиксации канатов устьевого привода и вставленных в нижнюю траверсу 2 с возможностью вращения. Нижняя траверса 2 с двух торцов снабжена съемными (за счет, например, болтов 9) стопорами 10, выполненными с возможностью охвата соответствующих нижних частей полых втулок 7 каната с фиксацией их от продольного перемещения (например, при помощи выступов 11 в нижней части полой втулки 7 каната и проточек 12 в нижней траверсе 2 и 13 стопоров 10 или проточки в нижней части полых втулок 7 каната и выступов в нижней траверсе и стопоров 10 - последнее не показано) в стопоре 10 и нижней траверсе 2. Между верхней траверсой 1 и клиновым зажимом 3 установлены корпус 14 (в виде перевёрнутого стакана) и опорная втулка 15 (в виде стакана, открытого сверху), внутри которых расположена пружина 16 сжатия - упругий элемент. Корпус 14 и опорная втулка 15 вставлены в друг друга коаксиально с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу. При этом корпус 14 выполнен сборным, состоящим стенки 17 и крышки 18, выполненной с возможностью контролируемого продольного перемещения относительно стенки 17 с фиксацией в выбранном положении для обеспечения необходимого предварительного сжатия пружины 16.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность канатной подвески на фиг. 1 и 2 не показаны или показаны условно.
Канатная подвеска работает следующим образом (на примере конкретного выполнения).
Предварительно в производственных помещениях собирают демпфер, состоящий из корпуса 14 (фиг. 1) и опорной втулки 15 с расположенной внутри пружиной 16. Для этого на стенку 17, например, по резьбе 19 наживляют крышку 19, образуя корпус 14. В установленную на горизонтальной поверхности опорную втулку 15 вставляют коаксиально пружину 16 и стенку 17 корпуса 14 с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу за счет, например, расположения в продольных глухих проточках 20 опорной втулки 15 направляющих 21 (болты, шпильки, втулки или т.п.), которые фиксируют (например, при помощи резьбы 22) в стенке 17 корпуса 14. Опорную втулку 15 фиксируют и закручиванием крышки 18 по резьбе 19 стенки 17 регулируют усилие сжатия пружины 16, которое периодически проверяют на стенде (не показан). После получения необходимого усилия сжатия (выбирается эмпирическим путем) пружины 16 крышку 18 фиксируют относительно стенки 17, например, установкой фиксаторов 23 (болтов, шплинтов, втулок или т.п.) в торцевые выемки 24 крышки 18 с фиксацией в стенке 17 (например, при помощи резьбы 25). После чего все элементы доставляются на требуемую скважину к устьевому приводу. Далее в нижнюю траверсу 2 (фиг. 1) вставляют полые втулки 7 так, что выступы 11 входили в проточки 12, снаружи полые втулки 7 фиксируются с возможностью вращения стопорами 10 при помощи болтов 9 так, что выступы 11 полых втулок 7 входили в проточки 13 стопора 10. В полые втулки 7 вставляют концы канатов, выравнивая при этом нижнюю траверсу 2 до примерного горизонтального положения. Концы канатов фиксируют конусными втулками за счет взаимодействия с конусной поверхностью 8 полых втулок 7. На канаты при помощи торцевых проточек 4 (фиг. 2) устанавливают верхнюю траверсу 1 (фиг. 1) до упора кольцевых выборок 5 на верхние торцы 6 полых втулок 7 каната в фиксацией от несанкционированных поперечных перемещений. В отверстия 26 и 27 соответственно нижней 2 и верхней 1 траверс вводят устьевой шток, на который сверху надевают опорную втулку 15, корпус 18 с пружиной 16 внутри и клиновой зажим 3 до упора их в верхнюю траверсу 1. Устьевой шток фиксируют в клиновом зажиме 3 при помощи плашек (не показаны), опирающихся на конусную поверхность 28, или при помощи любой другой известной конструкции (на конструкцию крепления устьевого штока в клиновом зажиме 3 авторы не претендуют). После чего устьевой привод (не показан), приводящий в движение тросы и канатную подвеску с устьевым штоком, запускают в работу. В случае возникновения прихватов в скважине и резкой остановки при перемещении вверх устьевого штока резко возрастает усилие, действующее на клиновой зажим 3, который передает эту усилие на корпус 14, который преодолевая усилие пружины 16 перемещается навстречу опорной втулке 15 (направляющие 21 перемещаются вниз в глухих проточках 20), при этом значительно снижая пиковое усилие (возникающее в момент прихвата), действующее на устьевой шток и соединённые с ним штанги (не показаны). Как показала практика пиковое усилие в этом случае снижается в 2 - 4 раза, практически исключая обрыв штанг и полированного штока. Использование в качестве упругого элемента пружины 16 увеличивает его срок службы с неизменными параметрами в 4 - 7 раз по сравнению с резиной и полиуретаном. Подготовка демпфера с требуемыми параметрами сжатия в производственных условиях снизило количество аварийных ситуаций, связанных с обрывом устьевого штока или штанг примерно в 2 раза.
Предлагаемая канатная подвеска устьевого скважинного штока надежна и долговечна за счет использования в качестве упругого элемента пружины сжатия с регулированием первоначального усилия.