ЭЛЕВАТОР ДЛЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ Российский патент 2001 года по МПК E21B19/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для производства подземного ремонта скважин.

Широко применяется трубный элеватор, состоящий из корпуса с проушинами для съемных штропов, створки с системой запирания.

Недостаток указанных элеваторов двухштропного типа - значительные горизонтальные размеры, что затрудняет их применение в тех случаях, когда на устье скважины используется стационарный механизм для свинчивания-развинчивания труб, имеющий внешнее водило (1).

Известны элеваторы для насосно-компрессорных труб, содержащие корпус, направляющие, узел захвата, включающий челюсти, соединенные между собой штоком с помощью шарнира и взаимодействующие с направляющими и корпусом в процессе захвата и освобождения трубы. В промышленности они известны под шифрами ЭТА-50, ЭТА-32, ЭТА-50БН-(2), а также ЭТА-60П, ЭТА-50П-(3).

Указанные конструкции широко применяются в производстве подземного ремонта скважин, однако имеют общий недостаток, заключающийся в том, что скоро теряют надежность в результате износа челюстей, вызванного трением последних как о поверхность насосно-компрессорных труб, так и об взаимодействующие поверхности корпуса и направляющих в процессе раскрытия-закрытия захватного узла. Отказ элеваторов типа ЭТА возникает в виде заклинивания узла захвата в процессе освобождения трубы (раскрытия захвата).

Для пояснения этого утверждения, рассмотрим подробно процесс раскрытия захвата элеватора, на примере элеватора ЭТА-50, конструкция которого в рассматриваемой части совпадает с модификациями элеваторов ЭТА-БН, ЭТА-П
Раскрытие в штатном режиме осуществляется следующим образом (обозначения деталей даны на чертеже). Шток движется поступательно по оси втулки и бобышки корпуса. При этом челюсти, шарнирно связанные со штоком, также скользят относительно корпуса. Внутри верхней части челюстей выполнены скошенные поверхности, которые при взаимодействии с соответствующими поверхностями направляющих дают усилие для раскрытия челюстей.

Наблюдения показывают, что в процессе эксплуатации элеватора, вследствие износа, образуются зазоры в парах трения "узел захвата-корпус", "шток-втулка-бобышка корпуса". Появление данных зазоров проявляется в виде углового люфта α, в результате чего шток и челюсти отклоняются от продольной оси корпуса и выдвижение блока челюстей будет сопровождаться его взаимодействием с кромкой К лишь одной стороны корпуса. Данное отклонение от штатной работы усугубляют и погрешности в изготовлении. В дальнейшем, по мере выхода из корпуса, сомкнутые челюсти все более отклоняются в одну сторону от оси. В результате этого, при подходе другой челюсти к своей направляющей, ее кромка C приходит в соприкосновение не с соответствующей поверхностью направляющей, а с ее торцом, шириной 2 мм (кромка H). Более того, нами в процессе испытаний наблюдались и случаи, когда челюсть упиралась на кромку H даже своей наружной поверхностью (диаметр 130 мм). Все это приводит к заклиниванию и задержке трубы в захвате и может создать аварийную ситуацию в случаях, когда манипуляции с элеватором производятся с отступлением от рекомендованных приемов работы. Для полноты картины ниже приводим два наиболее типичные отступления от правил при работе с элеваторами ЭТА.

Нарушения, связанные с процессом снятия элеватора с трубы при укладке ее на мостки в горизонтальное положение. Как показывают наши наблюдения такими опасными приемами работы являются:
1. Открывание замка элеватора до окончательной укладки трубы на мостки, т.е. открытие на "лету", в момент, когда верхний конец НКТ еще висит на захвате элеватора. При этом, после открытия замка элеватора челюсти захвата вместе с трубой вываливаются из корпуса и с силой ударяют об ее направляющие, что может вызвать их разрушение под действием нерасчетных ударных нагрузок, особенно, если в работе захватного узла произошло заклинивание по описанной выше причине. Разрушение хотя бы одной направляющей или заклинивание захвата неизбежно вызывает задержку освобождения трубы НКТ в захватном узле элеватора. Это приводит к тому, что с началом подъема элеватора с заклинившей в нем трубой, после набора определенной высоты, в результате сотрясения трубы при волочении ее нижнего конца, она выпадает из элеватора, создавая серьезную аварийную ситуацию.

2. Совмещение во времени процесса открывания замка элеватора с началом подъема талевого блока. При такой работе подъем элеватора с трубы, лежащей на мостках, фактически производится не усилием руки, как это требуют правила, а с участием талевого блока, начавшего свое движение вверх. Если в момент начала движения элеватора вверх он успевает освободиться от трубы, то удается избежать аварии. Если же по указанной выше причине произойдет задержка раскрытия челюстей элеватора, то тогда труба будет немедленно увлечена в элеваторе с открытым замком вверх и после ее неизбежного сотрясения при движении нижнего конца по мосткам она выпадет из элеватора, что создаст чрезвычайно опасную аварийную ситуацию. Подобные аварии, как правило, приводят к травмированию персонала, и в последующем трудно доказать факт отступления от рекомендуемых приемов работы с элеватором.

Заметим, что в более поздней модификации элеваторов типа ЭТА, а именно в ЭТА-П - см. (3) - рукоятка элеватора на бобышке корпуса установлена неподвижно, благодаря чему в нем угловой люфт " α " между штоком и корпусом образуется медленнее, т.к. в последнем отсутствует износ в сочленении "втулка рукоятки-бобышка корпуса". Однако и в этой конструкции в процессе эксплуатации и износа проявляется общий для всех элеваторов типа ЭТА описанный недостаток.

Изобретение имеет целью увеличение ресурса безопасной работы элеватора в условиях износа трущихся деталей путем повышения надежности функционирования его узла захвата.

Поставленная цель достигается тем, что поверхности челюстей, взаимодействующие с корпусом, имеют плоские поверхности с возможностью зацепления друг с другом до момента отклонения оси захвата в сторону от оси штока, причем кромки челюстей, входящие в зацепление с направляющими, размещены на указанных плоскостях.

Предлагаемая замена линейного контакта боковых поверхностей челюстей с корпусом касанием по плоскости увеличивает срок службы и стабильность размера в паре трения "узел захвата-корпус" до появления опасности заклинивания захвата в корпусе.

По вопросу об изобретательском уровне предложения сообщаем следующее. Из доступных нам источников, часть которых была названа выше, не известно техническое решение, аналогичное или эквивалентное предложенному. Поэтому ввиду актуальности проблемы описанная конструкция может быть защищена патентом на изобретение, поскольку ее использование позволит существенно повысить надежность всех модификаций таких массовых элеваторов, как ЭТА.

Конструкция предложенного элеватора изображена на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 изображен общий вид элеватора, продольный разрез по серьге и корпусу и частичный разрез по узлу захвата; на фиг. 2 - разрез по плоскости А-А на фиг. 1.

Элеватор имеет корпус 1 с серьгой 2. На корпусе 1 размещены направляющие - левая 3 и правая 4. Узел захвата включает челюсть левую 5 и челюсть правую 6, которые соединены между собой и штоком 7 с помощью шарнира 8. На наружных поверхностях челюстей 5 и 6 выполнены щеки 9 и 10. Наружные стороны щек 9 и 10 имеют плоские поверхности, которыми они соприкасаются с внутренней поверхностью корпуса 1. На указанных поверхностях щек 9 и 10 размещены кромки 11 и 12, образованные пересечением наружных плоскостей щек 9 и 10 с наклонными внутренними поверхностями последних. Кромки 11 и 12 челюстей находятся на расстоянии "l"от поперечной плоскости - от плоскости оси элеватора Б-Б. Таким образом, в предложенном элеваторе кромки 11 и 12 челюстей находятся ближе к соответствующим направляющим 3 и 4 на величину "l", чем это имеет место в прототипе, у которого аналогичные кромки расположены на плоскости оси элеватора Б-Б. Элеватор может быть снабжен любой системой запирания 13 - устройством для фиксации штока захватного узла относительно корпуса 1.

Работа элеватора происходит следующим образом.

После освобождения штока 7 с помощью системы запирания 13 корпус 1 с направляющими 3 и 4 отводятся от захваченной трубы 14. При этом узел захвата - челюсти 5 и 6 со штоком 7 остается на месте, т.е. на трубе 14. В процессе движения челюстей 5 и 6 относительно корпуса 1 ось трубы 14 подходит к линии, соединяющей точки "а" и "б" на корпусе 1, после чего захват - челюсть левая 3 и челюсть правая 4 - имеют возможность вместе отклоняться от плоскости оси штока 7 в одну из сторон, т.е. вбок как единый блок на некоторое расстояние, обусловленное суммарными запорами и люфтами в системе "захват- корпус". Такое отклонение, как показано выше, в прототипе может вызвать выход одной из кромок челюстей - 11 и 12 - из зацепления с соответствующим одним из направляющих - 3 или 4. В описанной конструкции элеватора, благодаря приближению кромок 11 и 13 к направляющим 3 и 4, названные элементы успевают войти в зацепление друг с другом до того момента, когда ось захвата может отклониться в сторону от оси штока, т.е. до достижения оси захвата (трубы) кромок "а" и "б".

Анализ конструкций элеваторов ЭТА различных модификаций, освоенных промышленным изготовлением и находящих применение при производстве подземного ремонта, показывает, что предлагаемое в настоящей заявке решение может быть реализовано путем изменения конструкции лишь захватного узла, не затрагивая конструкции узла корпуса с системой запирания. Это обстоятельство дает возможность широко использовать настоящее предложение путем выпуска новых узлов захвата в качестве запчасти. К моменту оформления настоящей заявки на ОАО "Ишимбайский машиностроительный завод" ведутся практические работы по освоению промышленного выпуска описанных элеваторов.

Источники информации
1. Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1979.

2. А.c. N 1218061
3. Патент РФ N 2128766а

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для производства подземного ремонта скважин. Устройство содержит корпус, направляющие и узел захвата. Узел захвата включает челюсти. Челюсти соединены между собой штоком с помощью шарнира и взаимодействуют с направляющими и с корпусом в процессе захвата и освобождения трубы. Поверхности челюстей, взаимодействующие с корпусом, имеют плоские поверхности с возможностью зацепления друг с другом до момента отклонения оси захвата в сторону от оси штока. Кромки челюстей, входящие в зацепление с направляющими, размещены на указанных плоскостях. Изобретение позволяет увеличить ресурс безопасной работы элеватора в условиях износа трущихся деталей. 2 ил.

Элеватор для насосно-компрессорных труб, содержащий корпус, направляющие, узел захвата, включающий челюсти, соединенные между собой штоком с помощью шарнира и взаимодействующие с направляющими и с корпусом в процессе захвата и освобождения трубы, отличающийся тем, что поверхности челюстей, взаимодействующие с корпусом, имеют плоские поверхности с возможностью зацепления друг с другом до момента отклонения оси захвата в сторону от оси штока, причем кромки челюстей, входящие в зацепление с направляющими, размещены на указанных плоскостях.