УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШКИВ ДЛЯ ФОРСИРОВАНИЯ СКВАЖИННОЙ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2001 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к приводу скважинной штанговой насосной установки (СШНУ), и может быть использовано при эксплуатации скважин в нефтегазодобывающих отраслях промышленности.

Вращательное движение к редуктору станка-качалки передается посредством клиноременной передачи через шкивы, установленные, соответственно, на валах редуктора и электродвигателя ( Г.В. Молчанов, А.Г. Молчанов. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. - М.:Недра, 1984 г., стр. 104- 108). При посадке шкива на вал электродвигателя, а в общем случае это ведущий элемент, наиболее широкое применение нашло конусное соединение с использованием промежуточной затяжной втулки с наружным угловым положением, что способствует оперативному монтажу и демонтажу шкива (П.И. Орлов. Основы конструирования. - М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 295, 296, рис. 322 ж). В этом случае для каждого режима работы требуется свой конкретный шкив определенного размера, что указывает на отсутствие универсальности шкива и приводит к повышению себестоимости и металлоемкости нефтепромыслового оборудования.

Одной из причин подземного ремонта малодебитного фонда скважин (с числом качаний менее 4 об/мин) является засорение клапанных узлов насоса различным мусором, нарушение режима работы глубинно-насосного оборудования из-за некоторых физико-химических свойств добываемой жидкости. Реанимация же глубинно-насосного оборудования таких скважин в большинстве случаев наступает при промывке подземного оборудования за счет временного форсирования СШНУ, как правило, с привлечением подъемного агрегата, относящегося к службе подземного ремонта скважин, что приводит к снижению рентабельности нефтедобычи.

Ускорения числа качаний в тех же пределах можно достичь с помощью той же СШНУ за счет установки на вал электродвигателя ведущего шкива увеличенного диаметра с последующим возвратом СШНУ на прежний режим работы. При этом для снижения трудовых затрат и повышения производительности труда упомянутую выше технологическую операцию желательно произвести, не снимая с вала электродвигателя действовавшего ранее шкива, диаметр которого может быть различным в зависимости от дебита каждой конкретной скважины. Для проведения такой технологической операции обслуживающему персоналу выгодно иметь один универсальный шкив, с помощью которого можно было бы охватить максимальное количество СШНУ, подлежащих форсированию.

Универсальный шкив для форсирования СШНУ по патенту Российской Федерации N 2140017 С 1 является наиболее подходящим средством для проведения указанной выше технологической операции. Этот шкив выполнен в виде чашки с днищем на тыльном торце, а насадная деталь - в виде равнорасположенных по окружности клиньев, зафиксированных от осевого смещения относительно ведущего элемента (шкива) привода, а также связанных с днищем шкива посредством нагруженного резьбового соединения. По середине насадной детали на ее поверхностях зацепления со шкивом и ведущим элементом выполнены продольные проходные, соответственно, лыска и паз. Ширина паза на клине соответствует ширине подкладки с аналогичным пазом, что и у клина.

Благодаря конструктивному решению шкив приобретает универсальность, по сути дела, заменив очередной шкив, конкретного типоразмера на простой набор подкладок, что снижает металлоемкость, затраты на изготовление, создает удобства в обслуживании. Универсальный шкив позволяет его установку непосредственно на действующий ведущий шкив привода СШНУ, благодаря чему достигается повышение производительности труда.

К недостаткам универсального шкива по патенту N 2140017 относятся наличие перекоса в резьбовом соединении в процессе его монтажа на ведущий шкив СШНУ, возможность расслабления резьбового соединения и имеющие место неудобства в обслуживании, заключающиеся в том, что трудно первоначально расположить на ведущем шкиве свободно " болтающиеся" клинья и, тем более, с подкладкой. Все три клина при этом приходится располагать одновременно, т.к. со стороны электродвигателя СШНУ нет доступа.

В процессе затягивания болтов, находящихся в резьбовом соединении с клиньями, последние совершают сложное движение - по оси и в радиальном направлении шкива, внедряясь в ведущий шкив на некоторую глубину по его образующим (особенно, если он изготовлен из чугуна или алюминия, что имеет место на практике), а головка болта при этом продолжает оставаться на первоначальном уровне, что приводит к перекосу резьбового соединения. Кроме того, в процессе работы по причине возникающих вибраций имеет место пластическая деформация контактирующих между собой силовых деталей в цепи "универсальный шкив - ведущий шкив", т.е. явление холодной ползучести металлов, из-за чего происходит расслабление болтового соединения и начинается пробуксовка шкивов. Эти факты указывают на недостаточную надежность универсального шкива.

Техническая задача изобретения заключается в повышении надежности и облегчения обслуживания универсального шкива.

Поставленная задача достигается тем, что нагруженное резьбовое соединение выполнено в виде упругой системы, ось нагруженного резьбового соединения расположена параллельно образующей конусной поверхности универсального шкива, а опорная поверхность под головку болта резьбового соединения выполнена перпендикулярной к оси болта, причем клинья подвешены на опорах, расположенных в боковых, параллельных образующей конусной поверхности универсального шкива пазах, при этом пара "клин- подкладка" соединена заодно.

На фиг. 1 изображен продольный разрез универсального шкива; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг. 3 - продольный разрез универсального шкива с набором сменных подкладок; на фиг. 4 - разрез по линии Б-Б на фиг. 3.

Универсальный шкив состоит из корпуса 1 с канавками 2 (фиг.1) под клиновой ремень (не указан), днищем 3 на тыльном торце и ребрами жесткости 4 на переднем торце (фиг. 1,2). Внутренняя конусная поверхность 5 (фиг. 3) является посадочной под равнорасположенные по окружности клинья 6 (фиг. 1-4) с соответствующим наружным угловым положением. Клинья 6 установлены в кольцевом пространстве, образовавшемся между посадочной поверхностью 5 корпуса 1 и ведущим шкивом 7 с диаметром Д₁, установленным на валу 8 электродвигателя 9. Клин 6 зафиксирован от осевого смещения относительно ведущего шкива 7 с помощью выступа 10, сопряженного с соответствующим торцом ведущего шкива 7. Внутри клина 6 выполнено резьбовое отверстие под болт 11. При этом ось резьбового соединения расположена параллельно образующей конусной поверхности 5, а опорная поверхность 12 под головку болта 11 - перпендикулярно последнему, что обеспечивает нормальную работу резьбового соединения без перекосов. Под головку болта 11 установлен набор тарельчатых пружин 13, что предупреждает расслабление клинового соединения по причине образования пластической деформации на деталях этого соединения.

Упругие характеристики соединения системы (в данном случае резьбового соединения) можно до некоторой степени изменять установкой упругих элементов на болтах, на корпусе или увеличением упругости болтов, корпусов (П.И. Орлов. Основы конструирования, том 1. - М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 364, 366, 435, 450).

Например, само днище 3 с опорной поверхностью 12 может быть выполнено упругим, и тогда отпадает необходимость в тарельчатых пружинах 13, или диаметр болта 11 преднамеренно может быть уменьшен для придания ему продольной упругости и т.д. и т.п.

В тех случаях, когда диаметр ведущего шкива Д₂ < Д₁ (фиг.3,1), дополнительно используется комплект сменных подкладок 14, соединенных заодно с клиньями 6 посредством, например, шплинта 15. На переднем торце подкладки 14 предусмотрен, как и у клина 6, выступ 16, который предотвращает осевое смещение подкладки 14 с клином 6 относительно ведущего шкива 17.

По середине клина 6 и подкладки 14 (фиг. 4) выполнены, соответственно, лыска 18 и паз 19, благодаря которым достигается их контактирование по крайним участкам соответственно 20,21 и устойчивость в работе. Клин 6 и подкладка 14 скомпонованы так, что ширина паза аналогичного назначения на клине совпадает с шириной подкладки (фиг.4).

Для удобства в обслуживании клинья 6 (фиг.4) подвешены на опорах 22, расположенных в боковых продольных, проходных пазах 23 клина 6, причем эти пазы выполнены параллельно оси болта 11.

Кратковременное форсирование СШНУ посредством универсального шкива осуществляется в следующем порядке.

Снимаются клиновые приводные ремни с ведущего шкива 7 СШНУ. Универсальный шкив устанавливается на ведущий шкив 7 в сборе с клиньями 6 при отпущенных болтах 11. Убедившись в зацеплении выступов 10 за ведущий шкив 7, равномерно подтягиваются болты 11. За счет перемещения электродвигателя 9 сокращается межосевое расстояние между ведомым (не указан) и ведущим 7 шкивами привода СШНУ. Приводные ремни надеваются на универсальный шкив 1 и натягиваются.

После пробного запуска СШНУ, убедившись в нормальной установке универсального шкива, СШНУ выводится на форсированный режим работы. После достижения поставленной цели СШНУ останавливается, универсальный шкив снимается путем отпускания болтов 11, приводные ремни снова надеваются на ведущий шкив 7 и СШНУ возвращается на оптимальный режим с прежним числом качаний станка-качалки.

Благодаря оптимальному расположению нагруженного резьбового соединения по отношению к клиновому разъему и применению упругой системы в приводе клина достигается повышение надежности в работе, а соединение клина со сменной подкладкой заодно и обеспечение требуемой ориентации этой пары по отношению к ведущему шкиву за счет ее подвешивания на специальных опорах создают удобства в обслуживании.

Устройство может быть использовано при эксплуатации скважин в нефтегазодобывающих отраслях промышленности. Нагруженное резьбовое соединение выполнено в виде упругой системы. Ось нагруженного резьбового соединения расположена параллельно образующей конусной поверхности универсального шкива, а опорная поверхность под головку болта резьбового соединения выполнена перпендикулярной к оси болта. Клинья подвешены на опорах, расположенных в боковых, параллельных образующей конусной поверхности универсального шкива пазах, при этом пара клин-подкладка соединена заодно. Благодаря оптимальному расположению нагруженного резьбового соединения по отношению к клиновому разъему и применению упругой системы в приводе клина достигается повышение надежности в работе, а соединение клина со сменной подкладкой заодно и обеспечение требуемой ориентации этой пары по отношению к ведущему шкиву за счет ее подвешивания создают удобства в обслуживании. 4 ил.

Универсальный шкив для форсирования скважинной штанговой насосной установки с канавками под клиновой ремень и посадочной внутренней конусной поверхностью под соответствующую наружную поверхность равнорасположенных по окружности клиньев с внутренней поверхностью зацепления с ведущим шкивом, дополнительно снабженных набором сменных подкладок под соответствующий диаметр ведущего шкива и зафиксированных от осевого смещения относительно ведущего шкива, а также связанных с тыльным торцом универсального шкива посредством нагруженного резьбового соединения, причем по середине клина на его поверхностях зацепления с универсальным шкивом и ведущим шкивом выполнены продольные проходные соответственно лыска и паз, при этом ширина последнего соответствует ширине подкладки с аналогичным внутренним пазом, что и у клина, отличающийся тем, что нагруженное резьбовое соединение выполнено в виде упругой системы, ось нагруженного резьбового соединения расположена параллельно образующей конусной поверхности универсального шкива, а опорная поверхность под головку болта резьбового соединения выполнена перпендикулярной к оси болта, причем клинья подвешены на опорах, расположенных в боковых параллельных к образующей конусной поверхности универсального шкива пазах, при этом пара клин - подкладка соединена заодно.