устьевой компенсатор

Формула изобретения

Устьевой компенсатор, содержащий канатную подвеску с нижней и верхней траверсами, элементы коленчатого шарнира для соединения с устьевым штоком с возможностью их разворота по трем осям, резервный и эксплуатационный уплотнительные блоки, установленные в переходнике устьевого оборудования, отличающийся тем, что на верхнюю траверсу установлено сферическое кольцо для перемещений в горизонтальной плоскости с эксцентриковым винтом через шары, установленные в кольцевой трапецеидальной канавке, выполненной в верхней траверсе при отклонениях оси канатной подвески от оси эксцентрикового винта в процессе их совместных возвратно-поступательных движений, а устьевой шток соединен через резьбовые элементы, разрезную коническую цангу и накидную гайку с коленчатым шарниром через эксцентриковую муфту, которая в свою очередь соединена через шары с эксцентриковым винтом, через эксцентриковую втулку, причем в переходнике устьевого оборудования установлены разрезные уплотнительные манжеты, взаимодействующие с внутренними коническими поверхностями разрезной распорной втулки, выполненными под разными углами и относительно оси устьевого штока для поочередной герметизации поверхностей скольжения устьевого штока в переходнике устьевого оборудования на устье скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, в частности к нефтегазодобывающей отрасли, и может быть использовано в нефтепромысловом оборудовании на месторождениях Российской Федерации и за рубежом для уменьшения воздействий изгибающих моментов на устьевой шток при смещении балансира станка-качалки с канатной подвеской относительно оси скважины в процессе совместных возвратно-поступательных движений устьевого штока и канатной подвески на устье скважины.

Известны устройства устьевого компенсатора, содержащие канатную подвеску станка-качалки, устьевой шток, устройство сальника устьевого.

Известные устройства ненадежны в процессе эксплуатации, не отвечают требованиям пожарной и экологической безопасности из-за утечек нефти, требуют дополнительных трудозатрат для их обслуживания на нефтяных скважинах.

Известно устройство, содержащее канатную подвеску с нижней и верхней траверсами, элементы коленчатого шарнира для соединения с устьевым штоком с возможностью их разворота по трем осям, резервный и эксплуатационный уплотнительные блоки, установленные в переходнике устьевого оборудования (RU 2267679 C2).

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, технологические сложности в изготовлении, ненадежность в процессе эксплуатации при совместных возвратно-поступательных движениях балансира станка-качалки с канатной подвеской и устьевым штоком в полевых условиях.

Задача изобретения состоит в уменьшении элементной базы конструкции устьевого компенсатора, в упрощении технологии изготовления, в увеличении надежности при эксплуатации, в повышении условий пожарной и экологической безопасности, в удобстве обслуживания в полевых условиях на устье скважины, ремонтопригодности и конкурентоспособности устьевого компенсатора.

Технический результат достигается тем, что на верхнюю траверсу через эксцентриковый винт установлено сферическое кольцо для перемещений в горизонтальной плоскости с эксцентриковым винтом через шары, установленные в кольцевой трапецеидальной канавке, выполненной в верхней траверсе при отклонениях оси канатной подвески от оси эксцентрикового винта в процессе их совместных возвратно-поступательных движений, а устьевой шток соединен через резьбовые элементы, разрезную коническую цангу и накидную гайку с коленчатым шарниром через эксцентриковую муфту, которая в свою очередь соединена через шары с эксцентриковым винтом через эксцентриковую втулку, причем в переходнике устьевого оборудования установлены разрезные уплотнительные манжеты, взаимодействующие с внутренними коническими поверхностями разрезной распорной втулки, выполненными под разными углами и относительно оси устьевого штока для поочередной герметизации поверхностей скольжения устьевого штока в переходнике устьевого оборудования на устье скважины.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен устьевой компенсатор - общий вид.

Устьевой компенсатор содержит:

канатную подвеску 1,

винты 2,

эксцентриковый винт 3,

ось 4 (О2) эксцентрикового винта 3 или канатной подвески 1, при условии их совпадения,

регулировочную гайку 5,

стопорный болт 6,

сферическое кольцо 7,

верхнюю траверсу 8,

нижнюю траверсу 9,

кольцевую трапецеидальную канавку 10, выполненную в верхней траверсе 8,

зазор 11 ( ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах,

защитное уплотнение 12,

эксцентриковую втулку 13,

величину эксцентриситета 14 ( ) эксцентрикового винта 3, равного зазору 11 ( ),

шары 15,

устьевой шток 16,

ось 17 (O1) устьевого штока 16,

максимальное расстояние 18 (4 ) между осью 4 (О2) эксцентрикового винта 3 и осью 17 (О1) устьевого штока 16,

переходник устьевого оборудования 19,

разрезные уплотнительные манжеты 20,

внутреннюю коническую поверхность 21, выполненную под углом в разрезной распорной втулке,

разрезную распорную втулку 22,

внутреннюю коническую поверхность 23, выполненную под углом в разрезной распорной втулке 22,

разрезную коническую цангу 24,

накидную гайку 25,

стопорный болт 26,

пробку 27,

эксцентриковую муфту 28,

радиус кольцевой канавки 29 (равный 2 ), выполненный на эксцентриковом винте 3 для установки шаров 15 по окружности кольцевой канавки эксцентрикового винта 3,

ось 30 (О₃) канатной подвески 1 (фиг.2).

В статическом положении элементы устьевого компенсатора взаимодействуют следующим образом.

Эксцентриковый винт 3 через шары 15 и кольцевую канавку 29 соединяется с эксцентриковой втулкой 13 и фиксируется в собранном положении защитным уплотнением 12.

Эксцентриковая муфта 28 через шары 15 соединяется с эксцентриковой втулкой 13, и технологическое отверстие для выполнения сборочной операции закрывается пробкой 27 (фиг.1).

В собранном виде устьевой компенсатор вставляется в отверстие сферического кольца 7, нижней 9 и верхней 8 траверс, установленных на канатной подвеске 1, фиксируется регулировочной гайкой 5 и регулировочная гайка стопорится болтом 6. Защитное уплотнение 12 предохраняет соединение от воздействия внешней среды.

Винты 2 предохраняют шары 15, установленные в трапецеидальных канавках 10 как в верхней траверсе 8, так и в регулировочной гайке 5.

В переходник устьевого оборудования 19 через устьевой шток 16 устанавливаются две разрезные уплотнительные манжеты 20, а между ними устанавливается разрезная распорная втулка 22.

Устьевой шток 16 через резьбовые элементы соединяется с эксцентриковой муфтой 28 и фиксируется через разрезную коническую цангу 24 накидной гайкой 25.

В свою очередь накидная гайка 25 фиксируется стопорным болтом 26.

Устьевой компенсатор работает следующим образом.

В динамическом положении, при возвратно-поступательном движении балансира станка-качалки с канатной подвеской 1 элементы шаровых соединений коленчатого шарнира вращаются относительно своих осей и относительно друг друга под действием изгибающих моментов в результате несовпадения осей 17 (О1) устьевого штока 16 и 30 (О3) канатной подвески 1 в зависимости от величины экстрентриситета (4 ), эксцентрикового винта 3, зазора (11 ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах, а также в зависимости от максимального расстояния 18 (4 ) между осью 4 (О2) эксцентрикового винта 3 и осью 17 (О1) устьевого штока 16.

В результате воздействия изгибающих моментов устьевой шток 16 через эксцентриковую муфту 28 разворачивает в положения наименьших воздействий изгибающих моментов на канатную подвеску 1 как эксцентриковую втулку 13, так и эксцентриковый винт 3 и дополнительно перемещает в горизонтальной плоскости устьевой компенсатор по шарам 15 верхней траверсы 8 через сферическую траверсу 7, используя зазор (11 ) между эксцентриковым винтом 3 и отверстиями в верхней 8 и нижней 9 траверсах.

Дополнительно наличие сферы в сферической траверсе 7, взаимодействующей через шары 15 с регулировочной гайкой, снижает воздействия изгибающих моментов при изменении траектории движения балансира станка-качалки через канатную подвеску 1 на устьевой шток 16 (угловые положения устьевого компенсатора относительно оси 17 (О1) устьевого штока 16).

То есть устьевой шток 16, соединенный с канатной подвеской, через устьевой компенсатор в процессе совместных возвратно-поступательных движений с канатной подвеской 1 занимает положения, в которых изгибающие моменты на устьевой шток 16 минимальны.

На фиг.2 представлена кинематическая схема.

Согласно кинематической схеме использование устьевого компенсатора при смещениях станка-качалки относительно устья скважины позволяет снизить до минимума изгибающие моменты действующих между устьевым штоком 16 и канатной подвеской 1 при суммарной величине расцентровки их осей до 5 , а ось 17 (О1) устьевого штока 1 в зависимости от направления отклонения от оси 30 (О3) канатной подвески 1 будет располагаться в круге, площадь которого S= ×R²=3,14×(5 )².

Разрезные уплотнительные манжеты 20 поджимаются к устьевому штоку 1 резьбовой крышкой (на чертеже не показано) переходника устьевого оборудования и взаимодействуют с внутренними коническими поверхностями 21 и 23, выполненные под углом и в разрезной распорной втулке, обеспечивают поочередную герметизацию движущихся поверхностей скольжения устьевого штока 16, то есть обеспечивается поочередный способ эксплуатации разрезных и уплотнительных манжет 20 в переходнике устьевого оборудования 19.

Замену как разрезных уплотнительных манжет 20, так и разрезной распорной втулки 22 в полевых условиях можно произвести, не разъединяя устьевой шток 16 с эксцентриковой муфтой 28, через наружный диаметр устьевого штока 16.

Для определения нагрузок, действующих на штанговую подвеску, останавливают станок-качалку, посредством регулировочной гайки 5 разводят верхнюю 8 со сферическим кольцом 7 и нижнюю 9 траверсы, между ними устанавливают динамограф (на чертеже не показан), включают станок-качалку и снимают данные нагрузок, действующих на штанговую подвеску.

Предложенное новое техническое решение устьевого компенсатора отличается от известных технических решений новизной, и его использование в производстве повысит показатели пожарной безопасности и промышленной экологии при одновременном повышении показателей надежности эксплуатации нефтяных скважин, оборудованных станками-качалками.

Устьевой компенсатор прост в изготовлении, надежен в эксплуатации, ремонтопригоден, конкурентоспособен и найдет широкое применение в нефтяной промышленности Российской Федерации и за рубежом с обеспечением положительного технико-экономического эффекта.