устройство для свинчивания и развинчивания насосных штанг при спуско-подъемных операциях

Формула изобретения

Устройство для свинчивания и развинчивания насосных штанг при спуско-подъемных операциях, включающее привод вращения насосных штанг в виде механического ключа с водилом, штанговый ключ, контрключ, стойку с узлом крепления ее к устьевому оборудованию и штанговый захват с открытым продольным пазом под насосную штангу, посадочными поясками, внутренний из которых выполнен в соответствии с формой посадочного места на штанговой головке, а наружный - в соответствии с формой аналогичного места на стойке, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем крутящего момента при свинчивании штанг, посадочный поясок на штанговом захвате выполнен в соответствии с формой высадки на головке насосной штанги, на штанговом захвате под насосную штангу выполнен открытый поперечный паз, переходящий в открытые продольные пазы, образуемые в результате поворота штангового захвата относительно расположенной в его поперечном пазу насосной штанги в плоскости расположения последней поворотной пары до совпадения осей ее составляющих, контрключ выполнен шарнирным откидным, установленным на стойке с возможностью фиксации и последующего ограниченного поворота вокруг стойки, ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг содержит горизонтальный вал, расположенный в отверстии, выполненном в водиле на уровне действия рукоятки штангового ключа, внутренний по отношению к водилу конец горизонтального вала снабжен зацепом под рукоятку штангового ключа, а наружный - радиальным рычагом, оснащенным на конце по крайней мере одним из пружинно-шариковых узлов предохранительной шариковой муфты с возможностью взаимодействия с расположенным на водиле кулачком и возврата в исходное положение, при этом зона действия рукоятки штангового ключа оснащена направляющими, установленными на водиле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти, а именно к средствам механизации спуско-подъемных операций, связанных с насосными штангами.

Наиболее близким аналогом является механизм для свинчивания и развинчивания штанг (а.с. 810933, Бюллетень №9 1981 г.), включающий привод вращения насосных штанг в виде механического ключа с водилом, штанговый ключ, контрключ, стойку с узлом крепления ее к устьевому оборудованию и штанговый захват с открытым продольным пазом под насосную штангу, посадочными поясками, внутренний из которых выполнен в соответствии с формой посадочного места на штанговой головке, а наружный - в соответствии с формой аналогичного места на стойке. На наружной поверхности штангового захвата выполнены выступы, совпадающие с пазами, предусмотренными в стойке при их стыковке.

Штанговый захват этого механизма выполнен так, что он зацепляется с насосной штангой за ее квадрат, в то время когда "Правила обращения со штангами в процессе эксплуатации" запрещают это делать (Насосные штанги и муфты к ним, ГОСТ 13877-80, стр. 24, п.5, приложение 4). Зацепленный за квадрат штанги штанговый захват одновременно служит и в качестве контрключа за счет выступов на штанговом захвате и пазов на стойке, образуя тем самым замок. Такое многофункциональное исполнение штангового захвата приводит к осложнению конструкции, увеличению его массы несмотря на то, что штанговый захват в процессе работы переносится вручную. Это обстоятельство отрицательно отражается на производительности труда.

Применяемый штанговый ключ, у которого ручка снабжена сменным рычагом, рассчитанным на определенный крутящий момент, не соответствует рациональной технологии, т.к. при каждом, например, спуске насосных штанг необходимо иметь столько штанговых ключей, сколько штанговых соединений. Это означает, что вопрос ограничения крутящего момента практически не решен. Необходимо повысить технический уровень механизма.

Техническая задача состоит в повышении производительности труда, качества выполняемой работы.

Для выполнения поставленной задачи посадочный поясок на штанговом захвате выполнен в соответствии с формой высадки на головке насосной штанги, на штанговом захвате под насосную штангу выполнен открытый поперечный паз, переходящий в открытые продольные пазы, образуемые в результате поворота штангового захвата относительно расположенной в его поперечном пазу насосной штанги в плоскости расположения последней поворотной пары до совпадения осей ее составляющих, шарнирный откидной контрключ, установленный на стойке с возможностью фиксации и последующего ограниченного поворота вокруг стойки, ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг, содержащий горизонтальный вал, расположенный в отверстии водила на уровне действия рукоятки штангового ключа, внутренний по отношению к водилу конец горизонтального вала снабжен зацепом под рукоятку штангового ключа, а наружный - радиальным рычагом, оснащенным на конце по крайней мере одним из пружинно-шариковых узлов предохранительной шариковой муфты с возможностью взаимодействия с расположенным на водиле кулачком и возврата в исходное положение, при этом зона действия рукоятки штангового ключа оснащена направляющими, установленными на водиле.

На фиг.1 изображен фронтальный вид на устройство; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по линии Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке В на фиг.1; на фиг.5 - выноска I на фиг.4.

Устройство включает привод вращения (не показан) насосных штанг 1 (фиг.1, 4) в виде механического ключа 2 с водилом 3, штанговый ключ 4, контрключ 5, стойку 6 с узлом крепления ее к устьевому оборудованию 7, штанговый захват 8 с открытыми продольными пазами 9, 10 под насосную штангу 1. Штанговый захват 8 имеет посадочные пояски: внутренний поясок 11 под высадку штанговой головки и наружный поясок 12 под соответствующий внутренний поясок стойки 6.

Посадочный поясок 11 на штанговом захвате 8, как на штанговом элеваторе, выполнен в соответствии с формой высадки на головке насосной штанги 1. На штанговом захвате 8 выполнен открытый поперечный паз 13 под насосную штангу 1. Глубина поперечного паза 13 такая, что ось лежащей в нем насосной штанги и ось штангового захвата находятся в одной плоскости, а продольные пазы 9, 10 образуются в результате воображаемого поворота этой штанги в указанной плоскости до совпадения осей составляющих этой поворотной пары (штанги 1 и штангового захвата 8). В описанной последовательности образования пазов 13, 9, 10 штанговый захват сочленяется с насосной штангой, а в обратной последовательности отделяется от нее в процессе спуско-подъемных операций. Шарнирный откидной контрключ 5 (фиг.1, 4) имеет П образную форму. Полка его снабжена открытым зевом под квадрат 14 штанги, боковые составляющие установлены на шарнире 15 (фиг.4), предусмотренном на поворотной относительно стойки 6 платформе 16. Боковые составляющие контрключа снабжены пружинными фиксаторами 17 (фиг.5), удерживающими контрключ в заряженном вертикальном положении. Между поворотной платформой 16 и стойкой 6 расположено установочное кольцо 18, снабженное пружинным фиксатором 19 с ручкой 20 (фиг.3). На уровне пружинного фиксатора 19 на стойке 6 выполнены расположенные по ее окружности отверстия 21 под этот фиксатор. Вокруг зафиксированного на стойке 6 установочного кольца 18 поворотная платформа 16 вместе с контрключом 5 имеет возможность ограниченного поворота в пределах центрального угла благодаря предусмотренному в поворотной платформе 16 пазу 22, что позволяет совместить зев контрключа 5 с квадратом 14 штанги, расположенной в штанговом захвате 8. Корпус фиксатора 23 ограничивает поворот платформы 16 вокруг стойки 6 в пределах угла .

Ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг содержит горизонтальный вал 24, расположенный в отверстии водила 3 на уровне действия рукоятки штангового ключа 4. Внутренний по отношению к водилу 3 конец горизонтального вала 24 снабжен зацепом 25, выполненным в виде ролика, контактирующего с рукояткой штангового ключа 4 снизу. Сверху положение рукоятки штангового ключа ограничивается направляющей 26, предусмотренной на водиле 3.

На входе рукоятки штангового ключа 4 (фиг.1) в зону зацепления также имеется направляющая (не показана), установленная на водиле 3. Наружный конец горизонтального вала 24 снабжен радиальным рычагом 27, оснащенным на конце по крайней мере одним из пружинно-шарнирных узлов 28 предохранительной шариковой муфты (Справочник по муфтам, В.С. Поляков, И.Д. Барбащ, О.А. Ряховский, Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979 г., стр. 255-261) с возможностью взаимодействия с расположенным на водиле 3 кулачком 29. Пружинно-шариковый узел 28 состоит из пружины 30 с опорными шайбами 31, 32 на концах и регулировочным болтом 33 с контргайкой 34, шариком 35. Шарик 35 контактирует с кулачком 29, выполненным в виде сменной поворотной втулки с рабочим профилем плавного перехода, что позволяет повысить срок службы кулачка за счет перестановки его углового положения с помощью установочного винта 36 и снижения динамических нагрузок при срабатывании ограничителя крутящего момента. Кулачок 29 расположен в корпусе 37 (фиг.1, 2), предусмотренном на водиле 3. Внутренняя рабочая поверхность 38 корпуса 37 выполнена по радиусу радиального рычага 27 в целом.

Радиальный рычаг 27 связан с механизмом возврата 38 его в исходное положение, установленным на противоположной от горизонтального вала 24 стороне. Механизм возврата 39 представляет собой пружинный амортизатор на пружине сжатия 40, корпус и шток которого шарнирно установлены соответственно на водиле 3 и верхнем конце радиального рычага 27.

Устройство работает следующим образом.

Предстоит спуск колонны насосных штанг в скважину. Для этого необходимо произвести подготовительные работы. С помощью регулировочного болта 33 пружинно-шариковый узел устанавливается на расчетный уровень. Стойка 6 в сборе с контрключом заворачивается в пьедестал устьевой арматуры через муфту НКТ 41. Посредством фиксатора 19 (фиг.3) устанавливается положение контрключа 5 (фиг.4) согласно рабочей зоне обслуживающего персонала, что обеспечивает удобство в работе.

На насосную штангу, лежащую на мостках, надевается штанговый захват: сначала по поперечному пазу, а затем поворотом его относительно насосной штанги в плоскости продольных пазов 9, 10 (фиг.1) вплоть до слияния осей штанги и штангового захвата. Трубный элеватор на крюке подъемника (не показано) надевается на штанговый захват, и насосная штанга подводится к устью скважины и опускается вниз до посадки штангового захвата 8 на пояс 12. Трубный элеватор снимается со штангового захвата 8 и зацепляется за второй штанговый захват, надетый на очередную насосную штангу, лежащую на мостках. Очередная штанга подводится к устью и резьбовым концом направляется в муфту предыдущей штанги. Контрключ 5 заряжается на квадрат 14 штанги.

На квадрат насосной штанги 1 надевается штанговый ключ 4. Конец ручки штангового ключа 4 по направляющим 26 вводится в контакт с зацепом 25. Крутящий момент на штанговом соединении передается через штанговый ключ 4 и зацеп 25 на другой конец горизонтального вала 24, откуда через радиальный рычаг 27 - на пружинно-шариковый узел 28, контактирующий с кулачком 29. По достижению расчетного значения крутящего момента на штанговом соединении пружинно-шариковый узел 28 срабатывает и, повернувшись на угол , занимает положение 42. Одновременно и механизм возврата занимает положение, соответствующее углу поворота , и в этот момент рукоятка штангового ключа 4 выходит из контакта с зацепом 25. Механизм возврата 39 возвращает радиальный рычаг 27 вместе с пружинно-шариковым узлом 28 в исходное положение, после чего шарик 35 занимает свое положение в кулачке 29.

Тем временем механический ключ 2 отключается, штанговый ключ 4 снимается со штанги 1, контрключ 5 автоматически откидывается от квадрата штанги в исходное нижнее положение при подъеме колонны штанг вверх за счет взаимодействия высадки головки штанги с контрключом 5. Штанговый захват 8 извлекается из стойки 6 и снимается с насосной штанги 1. Колонна насосных штанг вместе со штанговым захватом в элеваторе сажается на стойку 6. Элеватор снимается со штангового захвата, и дальше процесс повторяется.

По окончании спуска колонны насосных штанг стойка 6 отворачивается от муфты 41, в которую вворачивается устьевой сальник (не показан).

При подъеме колонны насосных штанг нет необходимости ограничивать крутящий момент и поэтому применяется штанговый ключ с нормальной, неукороченной, ручкой, рассчитанной на работу с водилом 3 непосредственно. Поскольку узлы предложенного устройства вписываются в контур водила (фиг.2), то имеется основание полагать, что оно не создает помех и при работе с НКТ посредством того же механического ключа с обыкновенным водилом продолжает оставаться на водиле в состоянии готовности к работе со штангами.

Устройство позволяет обеспечить высокий уровень механизации труда и качества выполняемой работы при спуско-подъемных операциях, связанных с насосными штангами.