ШТАНГОВЫЙ КЛЮЧ Российский патент 2007 года по МПК E21B19/16 

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

Известен механизм для свинчивания и развинчивания штанг (SU810933), содержащий штанговый захват, имеющий выступы на наружной поверхности, и штанговый ключ, в котором с целью обеспечения при свинчивании заданного момента затяжки выполнены проточки. В другом устройстве для свинчивания и развинчивания насосных штанг (RU2204010) наружные выступы штангового захвата выполнены самоустанавливающимися, на участке между контрключом и наружными выступами штанговый захват снабжен поворотной наружной втулкой с внутренним центратором, а выступы имеют зев под насосную штангу.

Выполнение проточек в штанговом ключе не обеспечивает отключение ключа при достижении заданного момента затяжки, технически конструкция является недоработанной.

В устройстве для свинчивания и развинчивания насосных штанг при спускоподъемных операциях (RU2243349), являющемся прототипом заявляемого технического решения, с целью обеспечения затяжки насосных штанг с заданным крутящим моментом на штанговом захвате выполнены наружный и внутренний пояски различной формы, открытый поперечный паз переходит в продольные пазы, образуемые в результате поворота штангового захвата относительно расположения последней поворотной пары до совпадения осей ее составляющих, ограничитель крутящего момента содержит горизонтальный вал, расположенный в отверстии водила. Один конец горизонтального вала снабжен зацепом под рукоятку штангового ключа, а другой - соответствующим рычагом, на конце которого имеется пружинно-шариковый узел предохранительной муфты.

В данном техническом решении срабатывание предохранительного механизма происходит по пружинно-шариковому узлу предохранительной муфты с продолжающимся вращением ключа, тогда как для удобства эксплуатации более целесообразен разрыв механической связи между водилом механического привода и ключом.

Техническим результатом изобретения является улучшение условий эксплуатации и уменьшение вероятности аварийных ситуаций путем обеспечения разрыва механической связи между водилом и ключом при достижении заданного момента затяжки.

Технический результат достигается тем, что штанговый ключ содержит головку с пазом под насосную штангу и монтажными отверстиями, рукоятку, соединенную с головкой для взаимодействия с водилом, фиксатор захвата ключа на насосной штанге и ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг, причем ограничитель крутящего момента выполнен с регулятором крутящего момента и содержит упругий стержень, серьгу и пластину-отсекатель, при этом упругий стержень жестко закреплен на головке, имеющей коробчатую форму, резьбовым соединением и установлен с эксцентриситетом относительно оси насосной штанги, на конце упругого стержня выполнена угловая выемка, сопряженная по радиусу с его торцем, с которой контактирует ролик, закрепленный на серьге, установленной посредством оси на рукоятке и подпружиненной в сторону оси этой рукоятки в рабочем положении ключа, причем на головке установлена пластина-отсекатель, имеющая скос, обратный угловой выемке на упругом стержне, с которой в рабочем положении ключа контактирует упомянутый ролик подпружиненной серьги, а рукоятка установлена на оси, расположенной в монтажном отверстии головки с эксцентриситетом относительно оси упругого стержня и оси насосной штанги, при этом дополнительно:

- регулятор крутящего момента содержит сменные шайбы, устанавливаемые на резьбу под упругий стержень;

- ключ снабжен демпфером колебаний упругого стержня в виде подпружиненной серьги, установленной на оси в монтажном отверстии головки и снабженной подпружиненным упором, контактирующим со стержнем.

На фиг.1 и 2 показан ключ в двух проекциях.

Ключ содержит головку 1 коробчатой формы, к которой присоединена рукоятка 2. Ось 3 вращения рукоятки 2 на головке 1 установлена с эксцентриситетом e₁ относительно оси упругого стержня 4, жестко закрепленного на головке резьбовым соединением 5 с подкладной контровочной шайбой 6 и эксцентриситетом е₂, относительно оси насосной штанги 7 в сторону водила привода ключа, которое взаимодействует с рукояткой 2, а упругий стержень 4 установлен в головке 1 с эксцентриситетом е₃ относительно оси насосной штанги 7, причем векторы эксцентриситетов e₁ и е₃ направлены в одну сторону от оси стержня 4 к оси насосной штанги 7. На головке имеется фиксатор 8 захвата насосной штанги с осью 9. На конце упругого стержня 4 выполнена угловая под углом α₁ выемка, сопряженная по радиусу r с торцем стержня, в которую упирается вращающийся на оси 10 ролик 11, установленный на подпружиненной серьге 12, которая установлена с возможностью вращения на оси 13, установленной на рукоятке 2. Серьга 12 подпружинена в сторону оси 3 рукоятки 2 пружиной 14.

На головке 1 установлена пластина-отсекатель 15, имеющая в месте угловой выемки на стержне скос, угол α₂ которого является обратным углу α₁. Эти два угла ориентированы таким образом, что ролик 11 контактирует и с угловой выемкой, и со скосом пластины-отсекателя.

На головке ключа на оси 16 установлена серьга демпфера 17, подпружиненная пружиной 18 в любую сторону. На серьге 17 установлен упор 19, подпружиненный пружиной 20 к упругому стержню 4.

При работе ключа насосная штанга 7 заводится в паз головки и фиксируется. При вращении ключа водилом по стрелке 21 ролик 11 давит на упругий стержень 4 в месте угловой выемки и одновременно на скос пластины-отсекателя. По мере деформации упругого стержня ролик отодвигается к торцу упругого стержня, а при достижении заданного момента затяжки, который регулируется сменными шайбами 22, устанавливаемыми на резьбу под упругий стержень 4 и регулирующими таким образом рабочую длину упругого стержня и соответственно момент затяжки, ролик 11 начинает контактировать со скосом пластины-отсекателя и с радиусным сопряжением угловой выемки с торцем пластины-отсекателя. По этому сопряжению ролик соскакивает с упругого стержня, рукоятка ключа переходит в положение 23.

Поскольку радиус вращения рукоятки 2 на оси 3 меньше радиуса вращения рукоятки относительно центра насосной штанги на величину эксцентриситета e₂, то при продолжающемся вращении водила рукоятка выходит из зацепления с водилом, тем самым обеспечивая предохранительное срабатывание ключа при достижении заданного механизма затяжки.

Изобретение относится к области добычи нефти, а именно к средствам механизации спуско-подъемных операций, связанных с насосными штангами. Технический результат - улучшение условий эксплуатации и уменьшение вероятности аварийных ситуаций путем обеспечения разрыва механической связи между водилом и ключом при достижении заданного момента затяжки. Штанговый ключ содержит головку с пазом под насосную штангу и монтажными отверстиями, рукоятку, соединенную с головкой для взаимодействия с водилом, фиксатор захвата ключа на насосной штанге и ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг. Ограничитель крутящего момента выполнен с регулятором крутящего момента и содержит упругий стержень, серьгу и пластину-отсекатель. Упругий стержень жестко закреплен на головке, имеющей коробчатую форму, резьбовым соединением и установлен с эксцентриситетом относительно оси насосной штанги. На конце упругого стержня выполнена угловая выемка, сопряженная по радиусу с его торцем, с которой контактирует ролик, закрепленный на серьге, установленной посредством оси на рукоятке и подпружиненной в сторону оси этой рукоятки в рабочем положении ключа. Причем на головке установлена пластина-отсекатель, имеющая скос, обратный угловой выемке на упругом стержне, с которой в рабочем положении ключа контактирует упомянутый ролик подпружиненной серьги. Рукоятка установлена на оси, расположенной в монтажном отверстии головки с эксцентриситетом относительно оси упругого стержня и оси насосной штанги. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Штанговый ключ, содержащий головку с пазом под насосную штангу и монтажными отверстиями, рукоятку, соединенную с головкой для взаимодействия с водилом, фиксатор захвата ключа на насосной штанге и ограничитель крутящего момента при свинчивании штанг, отличающийся тем, что ограничитель крутящего момента выполнен с регулятором крутящего момента и содержит упругий стержень, серьгу и пластину-отсекатель, при этом упругий стержень жестко закреплен на головке, имеющей коробчатую форму, резьбовым соединением и установлен с эксцентриситетом относительно оси насосной штанги, на конце упругого стержня выполнена угловая выемка, сопряженная по радиусу с его торцем, с которой контактирует ролик, закрепленный на серьге, установленной посредством оси на рукоятке и подпружиненной в сторону оси этой рукоятки в рабочем положении ключа, причем на головке установлена пластина-отсекатель, имеющая скос, обратный угловой выемке на упругом стержне, с которой в рабочем положении ключа контактирует упомянутый ролик подпружиненной серьги, а рукоятка установлена на оси, расположенной в монтажном отверстии головки с эксцентриситетом относительно оси упругого стержня и оси насосной штанги.2. Ключ по п.1, отличающийся тем, что регулятор крутящего момента содержит сменные шайбы, устанавливаемые на резьбу под упругий стержень.3. Ключ по п.1, отличающийся тем, что он снабжен демпфером колебаний упругого стержня.4. Ключ по п.3, отличающийся тем, демпфер содержит подпружиненную серьгу, установленную на оси в монтажном отверстии головки и снабженную подпружиненным упором, контактирующим со стержнем.