УДЕРЖИВАЮЩЕЕ ПЛАШКИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ОБЛАСТИ НЕФТЕДОБЫЧИ И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК E21B19/16 

Предложено удерживающее плашки устройство. Точнее, предложено удерживающее плашки устройство, для применения в нефтедобывающей области, в котором плашкодержатель, имеющий осевую центральную линию, выполнен с возможностью приема зажимной плашки, при этом плашкодержатель входит в состав зажимной челюсти или ползуна. Изобретение относится также к способу использования удерживающего устройства.

Области контакта между плашкой и зажимной челюстью или ползуном обычно являются областями, подверженными значительным нагрузкам и множественным циклам нагрузки. Стандартные промышленные плашки часто имеют поперечное сечение в виде ласточкина хвоста. Углы крепления в виде ласточкина хвоста обычно являются областями, где напряжение и усталость материала представляет особую проблему.

Обычно зажимные челюсти и ползуны являются подверженными высоким нагрузкам деталями, которые изготавливают литьем, ковкой или механической обработкой из высокопрочных материалов. Поэтому стоимость изготовления и замены зажимных челюстей и ползунов относительно высока.

Целью изобретения является устранение или снижение, по меньшей мере, одного из недостатков решений, известных из уровня техники.

В соответствии с изобретением данная цель достигается за счет признаков, раскрытых в нижеприведенном описании и в пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечено удерживающее плашки устройство для использования в нефтедобывающей области, в котором плашкодержатель имеет осевую центральную линию и выполнен с возможностью приема зажимной плашки, причем плашкодержатель входит в состав зажимной челюсти или ползуна, при этом осевое перемещение плашкодержателя ограничено за счет, по меньшей мере, первой конической поверхности или второй конической поверхности, которая непосредственно или опосредованно упирается в зажимную челюсть или ползун.

Благодаря использованию, по меньшей мере, одной конической поверхности для ограничения осевого перемещения плашкодержателя может достигаться прилегание без зазора между плашкодержателем и зажимной челюстью или ползуном также и в радиальном направлении при использовании относительно простых средств, которые подробно раскрыты в специальном разделе описания.

Важно то, что зажимная челюсть или ползун имеют конические поверхности, комплементарные первой конической поверхности и второй конической поверхности.

Первая коническая поверхность и вторая коническая поверхность могут быть противоположны друг другу для достижения наилучшего возможного соединения между плашкодержателем и зажимной челюстью или ползуном.

Первая коническая поверхность может быть расположена у первой концевой части плашкодержателя, а вторая коническая поверхность может быть расположена у второй концевой части плашкодержателя.

Для наибольшей устойчивости соединения между плашкодержателем и зажимной челюстью или ползуном предпочтительно иметь две конические поверхности, отстоящие друг от друга как можно дальше.

Вторая коническая поверхность может быть расположена на зажимном элементе, который прикреплен к плашкодержателю. При этом зажимной элемент может быть подтянут в осевом направлении относительно плашкодержателя для достижения удовлетворительного предварительного напряжения плашкодержателя.

Зажимной элемент может быть выполнен в виде гайки, навинченной на плашкодержатель.

Осевая центральная линия плашкодержателя, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона может иметь то же направление, что и осевая центральная линия штока, проходящего между плашкодержателем и приводным механизмом плашкодержателя. Шток соединен с плашкодержателем соединением, которое обеспечивает возможность наклона штока относительно плашкодержателя.

В этом положении все зажимное усилие от приводного устройства передается на плашку, и только незначительные усилия от приводного устройства передаются на зажимную челюсть или ползун. По отношению к ползуну эта ситуация может присутствовать всегда, тогда как шарнирный поворот зажимной челюсти в пределах рабочего диапазона хода зажимной челюсти будет немного отклонять центральную линию плашкодержателя от соосного положения относительно центральной линии штока.

Результатом того, что зажимные усилия не проходят через материал зажимной челюсти и ползуна, является снижение напряжений. Таким образом, зажимная челюсть или ползун, удерживающие плашкодержатель, значительно изолируются от воздействия усилий, передаваемых от приводного устройства на плашку.

Осевая центральная линия плашкодержателя, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона может совпадать с осевой центральной линией штока между плашкодержателем и приводным устройством плашкодержателя. Такая ситуация легко достигается для плашкодержателя в ползуне.

Согласно второму аспекту изобретения обеспечен способ эксплуатации удерживающего плашки устройства, предназначенного для использования в нефтедобывающей области, в котором плашкодержатель, имеющий осевую центральную линию, выполнен с возможностью приема зажимной плашки, причем плашкодержатель входит в состав зажимной челюсти или ползуна, при этом способ включает в себя ограничение осевого перемещения плашкодержателя за счет того, что по меньшей мере первая коническая поверхность или вторая коническая поверхность может непосредственно или опосредованно упираться в зажимную челюсть или ползун.

Способ может дополнительно содержать выполнение первой конической поверхности и второй конической поверхности с возможностью располагаться противоположно друг другу.

Способ может дополнительно содержать выполнение второй конической поверхности с возможностью размещения на зажимном элементе, который прикреплен к плашкодержателю.

Способ может дополнительно содержать навинчивание зажимного элемента на плашкодержатель.

Способ может дополнительно содержать обеспечение того, чтобы осевая центральная линия плашкодержателя, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона имела то же направление, что и осевая центральная линия распорки между плашкодержателем и приводным механизмом плашкодержателя.

Способ может дополнительно содержать обеспечение того, чтобы осевая центральная линия плашкодержателя, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона совпадала с осевой центральной линией распорки между плашкодержателем и приводным механизмом плашкодержателя.

Отдельный плашкодержатель обеспечивает возможность замены испытывающих большую нагрузку частей без затрат на полную замену зажимной челюсти или ползуна. Он также обеспечивает возможность быстрой замены видов плашек, поскольку крепление для плашки находится в сменном плашкодержателе.

Изобретение будет пояснено на не имеющем ограничительного характера примере осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

на фиг. 1 изображен в аксонометрии приводной трубный ключ с плашкодержателями согласно настоящему изобретению изобретением;

на фиг. 2 изображен разрез по линии I-I с фиг. 1; и

на фиг. 3 изображен в увеличенном виде разрез по линии II-II с фиг. 2.

На фиг. 1 позицией 1 обозначен приводной трубный ключ, захватывающий трубу 2. На фиг. 1 и 2 трубный ключ показан без необходимых крепежных элементов, линий электропитания и управления, хорошо известных специалисту в данной области.

Трубный ключ 1 содержит корпус 4, образованный верхней частью 6 и нижней частью 8. Верхняя и нижняя части 6, 8 отстоят друг от друга и соединены боковыми частями 10. Определения «верхний» и «нижний» относятся к рабочим положениям трубного ключа 1.

Трубный ключ 1 имеет первую зажимную челюсть 12, которая шарнирно установлена на первом шарнирном пальце 14, вторую зажимную челюсть 16, которая шарнирно установлена на втором шарнирном пальце 18, и ползун 20, который может перемещаться в направляющей 22 скольжения в корпусе 4. Оба шарнирных пальца 14, 18 закреплены в корпусе 4.

Каждый элемент из первой и второй зажимных челюстей 12, 16 и ползуна 20 несет зажимные плашки 24, предназначенные для зажима трубы 2.

В одном из вариантов осуществления первая зажимная челюсть 12 соединена с первым зажимным приводным устройством 26 с помощью штока 28, имеющего форму «собачьей кости». Аналогичным образом вторая зажимная челюсть 16 и ползун 20 соединены со вторым зажимным приводным устройством 30 и третьим зажимным приводным устройством 32, соответственно.

Зажимные приводные устройства 26, 30, 32 предназначены для перемещения соответствующих первой зажимной челюсти 12, второй зажимной челюсти 16 и ползуна 20 в пределах их рабочего диапазона от убранного нерабочего положения до выдвинутого активного положения, в котором зажимные плашки 24 могут зажимать трубу 2 в рабочем диапазоне трубного ключа 1. На фиг. 2 трубный ключ 1 показан в активизированном положении.

Каждая зажимная плашка 24 прикреплена к плашкодержателю 34. На фиг. 3 показан в разрезе плашкодержатель 34, размещенный в первой зажимной челюсти 12. Предпочтительно, плашкодержатели 34 второй зажимной челюсти 16 и ползуна 20 могут иметь такую же конструкцию.

Плашкодержатель 34 имеет цилиндрический корпус 36, проходящий в сквозной проточке 38 в первой зажимной челюсти 12. На первой концевой части 44 плашкодержателя 34, где прикреплена зажимная плашка 24 с помощью соединения 46 «ласточкин хвост», плашкодержатель 34 имеет первую коническую наружную поверхность 48, отходящую от первой концевой части 44. Первая коническая поверхность 48 упирается в первую коническую поверхность 50 челюсти 12.

У второй концевой части 52 плашкодержателя 34 предусмотрена вторая коническая наружная поверхность 54, которая отходит от второй концевой части 52 и упирается во вторую коническую поверхность 56 челюсти. Вторая коническая поверхность 54 является частью гайки 58, которая соединена резьбой 60 с плашкодержателем 34. Направление первой и второй конических поверхностей 50, 54 выбрано таким, чтобы образовывать по возможности прямую линию между центральной осевой линией 40 плашкодержателя 34 и центральной осевой линией 42 штока 28.

Первая и вторая конические поверхности 50, 54 могут иметь форму полностью конической или частично конической поверхности.

Шток 28 имеет сферическую концевую часть 62. Концевая часть 62 расположена в проточке 64 в плашкодержателе 34 между основной опорой 66 и обратной опорой 68. Обратная опора 68 удерживается в своем положении опорным кольцом 70 и фиксирующим кольцом 72.

Затяжка гайки 58 для создания предварительного напряжения плашкодержателя 34 зажима будет удерживать комплементарные конические поверхности 48, 50 и 54, 56 в контакте и предотвращать отвинчивание гайки. Тангенциальные усилия от воздействия зажимной плашки 24 на конические поверхности 48, 50, 54, 56 обеспечат сжатие между плашкодержателем 34 и зажимными челюстями 12, 16 или блоком 20 скольжения без какого-либо перемещения между плашкодержателем 34 и зажимными челюстями 12, 16 или блоком 20 скольжения. Данный признак обеспечивает прочность контакта под нагрузкой и снижает концентрации напряжения в соответствующих зажимных челюстях 12, 16 или в блоке 20 скольжения.

Усилия от зажимных приводных устройств 26, 30 или 32 не проходят через зажимные челюсти 12, 16 или ползун 20. Осевая центральная линия 40 плашкодержателя 34, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона параллельна осевой центральной линии 42 штока 28.

Группа изобретений относится к удерживающему плашки устройству для применения в области нефтедобычи и к способу эксплуатации указанного устройства. Технический результат заключается в обеспечении прочности контакта под нагрузкой и снижении концентрации напряжения в зажимных частях устройства. Удерживающее плашки устройство содержит плашкодержатель, имеющий осевую центральную линию и выполненный с возможностью приема зажимной плашки, и зажимную челюсть или ползун, в которых предусмотрен плашкодержатель. Плашкодержатель выполнен с по меньшей мере одной конической поверхностью, комплементарно прилегающей к конической поверхности на зажимной челюсти или на ползуне, причем комплементарно прилегающие конические поверхности выполнены с возможностью ограничивать осевое перемещение плашкодержателя. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Удерживающее плашки устройство для использования в нефтедобывающей области, содержащее:

- плашкодержатель (34), имеющий осевую центральную линию (40) и выполненный с возможностью приема зажимной плашки (24); и

- зажимную челюсть (12, 16) или ползун (20), в которых предусмотрен плашкодержатель (34),

отличающееся тем, что плашкодержатель (34) выполнен с по меньшей мере одной конической поверхностью (48, 54), комплементарно прилегающей к конической поверхности (50, 56) на зажимной челюсти (12, 16) или на ползуне (20), причем комплементарно прилегающие конические поверхности (48, 50, 54, 56) выполнены с возможностью ограничивать осевое перемещение плашкодержателя (34).

2. Удерживающее плашки устройство по п. 1, отличающееся тем, что плашкодержатель выполнен с первой конической поверхностью (48) и второй конической поверхностью (54), причем первая и вторая конические поверхности (48, 54) являются комплементарными первой конической поверхности (50) и второй конической поверхности (58), соответственно, на зажимной челюсти (12, 16) или на ползуне (20).

3. Удерживающее плашки устройство по п. 2, отличающееся тем, что первая коническая поверхность (48) и вторая коническая поверхность (54) противоположны друг другу.

4. Удерживающее плашки устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что первая коническая поверхность (48) расположена у первой концевой части (44) держателя (34) зажима.

5. Удерживающее плашки устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что вторая коническая поверхность (54) расположена у второй концевой части (52) держателя (34) зажима.

6. Удерживающее плашки устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что вторая коническая поверхность (54) расположена на зажимном элементе, который прикреплен к плашкодержателю (34).

7. Удерживающее плашки устройство по п. 6, отличающееся тем, что зажимной элемент является гайкой (58).

8. Удерживающее плашки устройство по любому из пп. 1-3, 7, отличающееся тем, что осевая центральная линия (40) плашкодержателя (34), по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона имеет то же направление, что и осевая центральная линия (42) штока (28), проходящего между плашкодержателем (34) и приводным устройством (26, 30, 32) плашкодержателя (34).

9. Удерживающее плашки устройство по п. 8, отличающееся тем, что осевая центральная линия (40) плашкодержателя (34), по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона совпадает с осевой центральной линией (42) штока (28) между плашкодержателем (34) и приводным устройством (26, 30, 32) плашкодержателя (34).

10. Способ эксплуатации удерживающего плашки устройства по п. 1, отличающийся тем, что включает в себя следующее:

- ограничивают осевое перемещение плашкодержателя (34) за счет выполнения по меньшей мере одной конической поверхности (48, 54) на плашкодержателе (34) с возможностью упираться в комплементарную коническую поверхность (50, 56) на зажимной челюсти (12, 16) или на ползуне (20).

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя выполнение первой конической поверхности (48) на плашкодержателе (34) и второй конической поверхности (54) на плашкодержателе (34) противоположно друг другу.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя выполнение второй конической поверхности (54) на зажимном элементе, который прикрепляют к плашкодержателю (34).

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя выполнение зажимного элемента с возможностью навинчивания на плашкодержатель (34).

14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя обеспечение того, чтобы осевая центральная линия (40) плашкодержателя (34), по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона имела то же направление, что и осевая центральная линия (42) штока (28), проходящего между плашкодержателем (34) и приводным устройством (26, 30, 32) плашкодержателя (34).

15. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя обеспечение того, чтобы осевая центральная линия (40) держателя (34) зажима, по меньшей мере, в одном положении рабочего диапазона совпадала с осевой центральной линией (42) штока (28) между плашкодержателем (34) и приводным устройством (26, 30, 32) плашкодержателя (34).