Предохранительное устройство для канатной подвески устьевого привода
SAFETY DEVICE FOR ROPE SUSPENSION OF WELLHEAD DRIVE

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации штанговых скважинных насосных установок с помощью устьевого привода.
Известна штанговая скважинная насосная установка (патент на ПМ RU № 98054, МПК F04B 47/00, опубл. 27.09.2010 Бюл. № 27), содержащая станок-качалку с узлом подвески колонны штанг, штанговращатель, устьевое уплотнение, установленное на устье скважины, колонны насосных штанг и насосно-компрессорных труб с резьбовыми соединениями, к которым подвешен скважинный плунжерный насос, причем она снабжена ограничителем нагрузки, установленным на штанговращателе между верхней и нижней его траверсами, кронштейном, установленным на верхней траверсе штанговращателя, и концевым выключателем, соединенным со щитом управления станка-качалки и установленным на нижней траверсе штанговращателя таким образом, что роликовый рычаг концевого выключателя касается кронштейна, а ограничитель нагрузки выполнен в виде двух втулок, разделенных пластиной, толщина которой зависит от грузоподъемности станка-качалки, направляющей, расположенной внутри втулок по всей их длине, причем верхняя втулка имеет внутренний паз, а нижняя - выступ, при этом штанговращатель расположен выше устьевого уплотнения.
Недостатками ограничителя нагрузки, применяемого в данной установке, являются узкая область применения – только для станков-качалок, и необходимость нарушения целостности траверсы и штанговращателя для установки ограничителя веса, что снижает их надежность, необходимость индивидуального изготовления для станков качалок различной грузоподъемности пластин, устанавливаемой между втулками.
Наиболее близким по технической сущности является предохранительное устройство для станка-качалки (патент на ПМ RU № 158356, МПК Е21В 19/00, F04B 47/02, опубл. 27.12.2015 Бюл. № 36), состоящее из пластины, с установленным на одном ее конце и вдоль ее оси штоком, на который надеты друг на друга две пружины, в сжатом положении зафиксированные сверху гайкой с нагрузкой разжатия в 100 кг, и с установленным на ее плоскости коромыслом с зафиксированной в сжатом положении между ним и пластиной третьей пружиной.
Недостатками ограничителя нагрузки, применяемого в данной установке, являются узкая область применения – только для станков-качалок, сложность изготовления, высокая металлоемкость и низкая надежность из-за необходимости наличия трех пружин и точно подгоняемых массивных рычагов (шток и коромысло), работающих в перпендикулярном относительно друг друга направлениях.
Задачей предлагаемого технического решения является создание простого, надежного и универсального предохранительного устройства для канатной подвески устьевого привода за счет возможности регулировки срабатывания и использования только двух коаксиально вставленных друг в друга поджатых одной пружиной втулок.
Техническая задача решается предохранительным устройством для каната подвески устьевого привода, включающим корпус, в который вставлен с возможностью ограниченного продольного перемещения шток, соединенный пружиной с корпусом, и механизм взаимодействия с канатом привода.
Новым является то, что пружина выполнена в виде пружины сжатия с крюками на концах, корпус изготовлен в виде патрубка с продольной глухой прорезью, во внутреннюю полость которого коаксиально вставлен шток с радиальным штырем, располагаемым в прорези корпуса для ограничения продольного перемещения штока, противоположные концы корпуса и штока снабжены выступами с отверстиями под соответствующие крюки пружины и скобами механизма взаимодействия с соответствующими параллельными ветвями каната над траверсой, при этом снаружи корпуса с возможностью продольного перемещения установлена метка или бесконтактный датчик, активирующийся при сближении с меткой на штоке, а снаружи штока установлен бесконтактный датчик, активирующийся при сближении с  меткой на корпусе, или метка, соответственно, причем бесконтактный датчик технологически связан с блоком отключения движителя устьевого привода.
Новым является также то, что бесконтактный датчик связан с блоком отключения движителя устьевого привода при помощи кабеля или дистанционной радиосвязи.
На фиг. 1 изображено предохранительное устройство в изометрии.
На фиг. 2 изображено предохранительное устройство в изометрии с другой стороны.
На фиг. 3 изображено предохранительное устройство в изометрии в продольном разрезе.
На фиг. 4 изображено предохранительное устройство в рабочем положении.
Предохранительное устройство для каната подвески устьевого привода (не показаны), включает корпус 1 (фиг. 1 – 4), в который вставлен с возможностью ограниченного продольного перемещения шток 2, соединенный пружиной 3 (фиг. 1 и 2) с корпусом 1, и механизм взаимодействия с канатом 4 (фиг. 4) привода (не показан). Пружина 3 (фиг. 1) выполнена в виде пружины сжатия с крюками 5 и 6 на концах. Корпус 1 (фиг. 2) изготовлен в виде патрубка в продольной глухой прорезью 7, во внутреннюю полость которого коаксиально вставлен шток 2 с радиальным штырем 8, располагаемым в прорези 7 корпуса 1 для ограничения продольного перемещения штока 2. Противоположные концы корпуса 1 (фиг. 1) и штока 2 снабжены выступами 9 и 10 с отверстиями 11 и 12 под соответствующие крюки 5 и 6 пружины 3 и скобами 13 (фиг. 1 – 3) и 14 механизма взаимодействия с соответствующими параллельными ветвями каната 4 (фиг. 4) над траверсой (не показана). Снаружи корпуса 1 (фиг. 2) с возможностью продольного перемещения установлена метка 15 или бесконтактный датчик 16, активирующиеся при сближении с меткой 15, а снаружи штока 2 установлен бесконтактный датчик 16 или метка 15, причем бесконтактный датчик 16 технологически связан с блоком отключения (не показан) движителя устьевого привода. Бесконтактный датчик 16 может быть связан с блоком отключения движителя (не показаны) устьевого привода при помощи кабеля или дистанционной радиосвязи (не показаны), так как таких соединений в зависимости от конструкции бесконтактного датчика 16 может быть множество, известных из открытых источников, поэтому авторы на это не претендуют.
Возможно любое крепление бесконтактный датчик 16 или метка 15 на поверхностях корпуса 1 или штока 2, например, во-первых, наклейкой или фиксацией установочными винтами 17 бесконтактного датчика 16 или метки 15 на поверхность корпуса 1, вклейка или впрессовкой метки 15 или бесконтактного датчика 16 в наружную выборку (не показана) штока 2, во-вторых, наиболее удобным для регулировки расстояния между меткой 15 и бесконтактным датчиком 16 является расположение их на специальных пластинах 18 или 19 с отверстиями 20 под установочные винты 17, соответственно соединенных с корпусом 1 и штоком 2 и расположенных снаружи корпуса 1. Причем пластина 18 может быть наклеена или приварена к корпусу 1, а пластина 19 (фиг. 3) – зафиксирована на штыре 8 и радиальном винте 21, установленном на конце штока 2, при помощи например гаек 22.
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность предохранительного устройства, на фиг. 1 – 4 не показаны или показаны условно.
Предохранительное устройство работает следующим образом.
Перед использованием предохранительного устройства его собирают в специальных мастерских или цехах. Для этого в корпус 1 (фиг. 3) с пластиной 18 вставляют до упора шток 2 (фиг. 3) так, чтобы скобы 13 и 14 располагались с одной стороны. В прорезь 7 корпуса 1 вставляют штырь 8 и фиксируют в штоке 2, например, при помощи резьбового отверстия 23. Пружину 3 (фиг.1) предварительно растягивают, крюки 5 и 6 которой вставляют в соответствующие отверстия 11 и 12 выступов 9 и 10 для прижатия корпуса 1 и штока 2 к друг другу. На винт 21 (фиг. 2) и штырь 8 устанавливают пластину 19, которую фиксируют гайками 22. На пластины 18 и 19 предварительно устанавливают метку 15 и бесконтактный датчик 16 при помощи установочных винтов 17, вкачиваемых в соответствующие отверстия 20 пластин 18 и 19. После сборки предохранительное устройство доставляют к скважине (не показано), где установлен устьевой привод со спущенным в скважину штанговым скважинным оборудованием (не показано).
Технологи предварительно из глубины установки штангового устьевого оборудования (например, штангового глубинного насоса (ШГН) – не показан), его конструкции и опыта эксплуатации определяют критической снижение нагрузки, при котором может случиться зависание ШГН, то есть отсутствие опускания полированного устьевого штока (не показан), соединенного с верхом штанг (не показаны), под весом штанг и плунжера ШГН при обратном ходе устьевого привода, что приводит к нарушению целостности подвески устьевого привода и/или траверсы, соединенной с полированным штоком штанг и концами ветвей каната 4 (фиг. 4), то есть к аварийной ситуации. После сборки устьевого привода и присоединения к его траверсе полированного штока со штангами, расположенными внутри скважины и на устье скважины герметизированными устьевой арматурой (не показана) при помощи полированного штока, на вертикальные параллельные ветви каната 4 на равном расстоянии от траверсы фиксируют хомуты 24.
Прилагая усилие к концам корпуса 1 и штока 2, их разводят, преодолевая усилие пружины 3. После чего скобы 13 (фиг. 1 – 3) и 14 располагают выше хомутов 24 (фиг. 4) и отпускают корпус 1 и шток 2 для охвата ветвей каната 4 при помощи сжимающейся пружины 3. Хомуты 24 исключают соскальзывание предохранительного устройства вниз во время работы устьевого приводи по ветвям каната 4. Между траверсой и устьевой арматурой устанавливают динамометр (не показан) для симуляции и регистрации снижения нагрузки при зависании штанг. Медленным спуском траверсы при помощи устьевого привода добиваются роста показаний на динамометре на 5 – 15 % меньших критического снижения нагрузки (для гарантированного исключения зависания штанг). В результате натяжение ветвей каната 4 ослабевает, и они под действием усилия пружины 3 сближаются друг с другом вместе с концами корпуса 1 и штока 2 и установленными на них соответствующими пластинами 18 и 19. После чего при помощи выкручивания установочных винтов 17 из отверстий 20 отсоединяют бесконтактный датчик 16 и/или метку 15 от соответствующих пластин 18 и/или 19, перемещением вдоль которых бесконтактного датчика 16 и/или метки 15 добиваются активации бесконтактного датчика 16 и, как следствие, устойчивого и достаточного сигнала (проверяют измерительным оборудованием – не показано) для срабатывания блока отключения и остановки движителя (чаще всего электрического двигателя) устьевого привода с фиксацией в полученном положении при помощи вкручивания установочных винтов 17 в отверстия 20 и фиксации бесконтактного датчика 16 и/или метки 15 на соответствующих пластинах 18 и/или 19. Так производят окончательную настройку предохранительного устройства. Траверсу приподнимают, динамометр убирают, при этом ветви каната 4 натягиваются, разводя концы корпуса 1 и штока 2 вместе с бесконтактным датчиком 16 и меткой 15 в разные стороны, добиваясь отсутствия сигнала от бесконтактного датчика 16. После чего бесконтактный датчик 16 запитывают при помощи кабеля или аккумулятора блока радиосигнала (не показаны) дистанционной радиосвязи. Блок радиосигнала фиксируют при наличии на пластине 18 или 19 корпуса 1 или штока 2, вкручивая установочные винты 17 в свободные соответствующие отверстия 20. Блок отключения соединяют кабелем с датчиком 16 или при помощи приемника радиосигнала с блоком радиосигнала датчика 16.
По завершении настройки предохранительного устройства устьевой привод запускают в работу. По мере скапливания в скважине асфальтопарафиновых отложений (АСПО) или засорения скважинного оборудования затрудняется спуск штанг при обратном ходе устьевого привода с уменьшением натяжения ветвей каната 4. Под действием усилия сжатия пружины 3 концы корпуса 1 и штока 2 сходятся вместе бесконтактным датчиком 16 и меткой 15. При достижении снижения нагрузки на рукава каната 4 до близкой к критической, бесконтактный датчик 16 фиксирует приблизившуюся метку 15, активируется и выдает сигнал для срабатывания блока отключения с остановкой движителя и, как следствие, остановкой всего устьевого привода до устранения причины зависания штанг.
Предлагаемое предохранительное устройство для канатной подвески устьевого привода просто в изготовлении, применении и обслуживании, надежно и универсально в работе, так как имеет возможность регулировки срабатывания, и состоит в основном только из двух коаксиально вставленных друг в друга поджатых одной пружиной корпуса и штока.