RU2734529C1

RU2734529C1 - Cable suspension of wellhead rod

Info

Publication number: RU2734529C1
Application number: RU2020117670A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Илфатович Татиев; Алия Шарифзяновна Асылгараева; Владимир Борисович Оснос
Original assignee: Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-10-19

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil and gas industry and can be used in operation of sucker-rod well pumping units, in particular, as an element of wellhead drive of sucker rod pump. Cable suspension of wellhead rod includes top and bottom cross beams separated by hollow inserts. On upper crossbar there is a body in the form of an inverted cup covering the wellhead with a resilient element inside, and the lower one is made with possibility of connection to the wellhead drive ropes by means of hollow inserts. Wedge clamp of the wellhead is installed on top of the housing. Bearing bushing is installed at the bottom of the resilient element and interacts with the top of the upper crossarm and covers the wellhead. Elastic element is made in the form of compression spring, made with possibility of wellhead coverage. Bearing bushing is made in the form of a cup open from above. Body and thrust bushing are inserted one into another coaxially with possibility of limited longitudinal movement towards each other. Housing is assembled, consisting of wall and cover, made with possibility of controlled longitudinal movement relative to wall with fixation in selected position to provide required preliminary compression of spring.

EFFECT: increased reliability and durability due to use of compression spring as resilient element with control of initial force.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации штанговых скважинных насосных установок, в частности в качестве элемента устьевого привода штангового глубинного насоса.The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the operation of sucker rod pumping units, in particular as an element of the wellhead drive of a sucker rod pump.

Известно устройство для запуска глубинного насоса в работу в скважинах со структурообразующей жидкостью (патент RU №2472033, МПК F04B 47/02, F04B 49/02, опубл. 10.01.2013 в Бюл. № 1), содержащее канатную подвеску, траверсы, упорные втулки, замкнутую полость с двумя клапанами, причем с целью повышения надежности работы, между двумя траверсами подвески установлен тороидальный упругий элемент, образующий замкнутую полость, связанную с атмосферой с помощью входного клапана большого диаметра и подпружиненного выходного клапана малого диаметра, причем высота упругого элемента в разжатом положении не меньше величины отставания полированного штока от головки балансира при ходе вниз.Known device for starting a deep pump into operation in wells with a structure-forming fluid (patent RU No. 2472033, IPC F04B 47/02, F04B 49/02, publ. 01/10/2013 in Bull. No. 1), containing a rope suspension, traverses, thrust bushings , a closed cavity with two valves, and in order to increase the reliability of operation, a toroidal elastic element is installed between the two cross-arms of the suspension, which forms a closed cavity connected to the atmosphere using a large-diameter inlet valve and a spring-loaded small diameter outlet valve, and the height of the elastic element in the expanded position not less than the lag of the polished rod from the head of the balancer during the downward stroke.

Недостатками данного устройства являются сложность и низкая надежность конструкции связанная с наличием герметичного тороидального упругого элемента и клапанов, разгерметизация любого из которых приводит потере работоспособности, и узкая область применения из-за использования только при запуске в работу глубинного насоса.The disadvantages of this device are the complexity and low reliability of the design associated with the presence of a hermetically sealed toroidal elastic element and valves, depressurization of any of which leads to a loss of performance, and a narrow area of application due to the use only when starting up the deep pump.

Известна также канатная подвеска станка-качалки штанговой насосной установки (патент RU №2407917, МПК F04B 47/02, опубл. 27.12.2010 в Бюл. № 36), включающая стальные канаты, упорные втулки и траверсу, причем нижняя траверса снабжена с обеих сторон ребрами, в которых установлены регулировочные болты, и между которыми размещена подвижная траверса, выполненная с призматическим пазом, в котором размещена призматическая пластинчатая подвижная опора, в цилиндрическом гнезде которой установлен нижний конец наружного корпуса демпфера, взаимодействующего через упругий элемент с конусом, над которым размещена регулировочная втулка, взаимодействующая с полированным штоком, который, в свою очередь, размещен в полости, образованной цилиндрическими отверстиями регулировочной втулки, конуса и подвижной опоры, при этом она снабжена демпфирующим узлом, выполненным в виде конуса и цилиндра, внутри которого размещен амортизационный элемент, взаимодействующий с конической упорной втулкой, связанной с регулировочной втулкой и упорной муфтой.Also known is the rope suspension of the rocking machine of the sucker rod pumping unit (patent RU No. 2407917, IPC F04B 47/02, publ. 27.12.2010 in Bull. No. 36), including steel ropes, thrust bushings and a traverse, and the lower traverse is provided on both sides ribs, in which the adjusting bolts are installed, and between which there is a movable traverse made with a prismatic groove, in which a prismatic lamellar movable support is located, in the cylindrical nest of which the lower end of the outer casing of the damper is installed, interacting through an elastic element with a cone, above which an adjusting a sleeve interacting with a polished rod, which, in turn, is placed in a cavity formed by the cylindrical holes of an adjusting sleeve, a cone and a movable support, while it is equipped with a damping unit made in the form of a cone and a cylinder, inside which a shock-absorbing element is located, interacting with a tapered thrust bush connected to the regulator balancing sleeve and thrust coupling.

Недостатками данной канатной подвески являются примерная регулировка нагрузки сжатия за счет сменной регулировочной втулки, узкая область применения из-за невозможности использования для больших нагрузок, так как конус при этом входит в эластичный демпфер и заклинивает в нём, при этом свойство демпфера со временем и под постоянными нагрузками меняются, что требует частой регулировки и/или замены демпфера.The disadvantages of this rope suspension are the approximate adjustment of the compression load due to a replaceable adjusting sleeve, a narrow area of application due to the impossibility of using it for high loads, since the cone enters the elastic damper and wedges in it, while the damper property over time and under constant loads change, which requires frequent adjustment and / or replacement of the damper.

Наиболее близкой является демпфер динамических нагрузок (патент на ПМ RU №140288, МПК Е21В 47/02, E21B 43/00, опубл. 10.05.2014 в Бюл. № 13), размещенный на верхней траверсе канатной подвески полированного штока, содержащий установленный внутри корпуса упругий элемент из эластомерного материала, охватывающий полированный шток, и клиновой зажим, установленный над демпфером на полированном штоке, причем упругий элемент демпфера выполнен, по меньшей мере, из двух элементов дискообразной формы, охватывающих полированный шток, при этом, по меньшей мере, один из упругих дискообразных элементов выполнен из материала, упругие характеристики которого отличаются от упругих характеристик материала другого упругого элемента, нижний относительно верхней траверсы упругий элемент демпфера взаимодействует с жесткой опорной пластиной, установленной на опорной втулке, взаимодействующей своим нижним концом с верхней траверсой, которые охватывают полированный шток, корпус демпфера выполнен в виде стакана с отверстием в его дне для прохождения через него полированного штока, а клиновой зажим размещен с внешней стороны дна корпуса демпфера.The closest is a dynamic load damper (patent for PM RU No. 140288, IPC Е21В 47/02, E21B 43/00, publ. 05/10/2014 in Bull. No. 13), placed on the upper traverse of the rope suspension of a polished rod, containing a polished rod installed inside the body an elastic element made of elastomeric material, enclosing a polished rod, and a wedge clamp installed above the damper on a polished rod, and the elastic damper element is made of at least two disc-shaped elements enclosing the polished rod, while at least one of of elastic disc-shaped elements is made of a material whose elastic characteristics differ from the elastic characteristics of the material of another elastic element, the elastic damper element, which is lower relative to the upper cross-arm, interacts with a rigid support plate mounted on a support sleeve, interacting with its lower end with the upper cross-arm, which cover the polished rod, damper body is made in the form of a glass with a hole in its bottom for passing a polished rod through it, and a wedge clamp is located on the outside of the bottom of the damper body.

Недостатками данного демпфера являются узкая область применения из-за отсутствия регулировки упругости демпфера и малого рабочего хода у дискообразных элементов, свойство которых со временем и под постоянными нагрузками меняются, что требует частой замены элементов.The disadvantages of this damper are a narrow area of application due to the lack of adjustment of the elasticity of the damper and the small working stroke of disc-shaped elements, the properties of which change over time and under constant loads, which requires frequent replacement of elements.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание надежной и долговечной конструкции канатной подвески устьевого скважинного штока за счет использования в качестве упругого элемента пружины сжатия с регулированием ее первоначального усилия.The technical objective of the proposed invention is to create a reliable and durable design of the cable suspension of the wellhead downhole rod by using a compression spring as an elastic element with the regulation of its initial force.

Техническая задача решается канатной подвеской устьевого скважинного штока, включающей разделенные полыми вставками верхнюю и нижнюю траверсы, на верхней из которых установлен корпус в виде перевёрнутого стакана, охватывающего устьевой шток, с упругим элементом внутри, а нижняя выполнена с возможностью соединения с канатами устьевого привода при помощи полых вставок, клиновой зажим устьевого штока, установленный сверху корпуса, опорная втулка, установленная снизу упругого элемента и взаимодействующая с верхом верхней траверсы и охватывающая устьевой шток.The technical problem is solved by the cable suspension of the wellhead wellhead rod, which includes upper and lower traverses separated by hollow inserts, on the upper of which there is a body in the form of an inverted glass covering the wellhead rod, with an elastic element inside, and the lower one is made with the possibility of connecting to the wellhead drive ropes using hollow inserts, a wedge clamp of the wellhead stem installed on top of the body, a support sleeve installed below the elastic element and interacting with the top of the upper traverse and enclosing the wellhead stem.

Новым является то, что упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, выполненной с возможностью охвата устьевого штока, опорная втулка изготовлена виде стакана, открытого сверху, причем корпус и опорная втулка вставлены в друг друга коаксиально с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу, а корпус выполнен сборным стенки и крышки, выполненной с возможностью контролируемого продольного перемещения относительно стенки с фиксацией в выбранном положении для обеспечения необходимого предварительного - первоначального сжатия пружины.What is new is that the elastic element is made in the form of a compression spring made with the possibility of covering the wellhead rod, the support sleeve is made in the form of a glass open at the top, and the body and the support sleeve are inserted into each other coaxially with the possibility of limited longitudinal movement towards each other, and the body The wall and cover are assembled, made with the possibility of controlled longitudinal movement relative to the wall with fixation in the selected position to ensure the necessary preliminary - initial compression of the spring.

На фиг. 1 изображена схема канатной подвески с частичными продольными разрезами.FIG. 1 shows a diagram of a rope suspension with partial longitudinal sections.

На фиг. 2 изображен вид сверху канатной подвески.FIG. 2 shows a top view of a rope suspension.

Канатная подвеска устьевого скважинного штока (не показан) включает верхнюю 1 (фиг. 1) и нижнюю 2 траверсы, клиновой зажим 3 полированного устьевого штока, размещенный сверху. Верхняя траверса 1 имеет торцевые проточки 4 (фиг. 2) под канат (не показан) и кольцевые выборки 5 (фиг. 1) под верхние торцы 6 соответствующих полых вставок 7, содержащих внутреннюю конусною поверхность 8 под соответствующие втулки (не показаны) для фиксации канатов устьевого привода и вставленных в нижнюю траверсу 2 с возможностью вращения. Нижняя траверса 2 с двух торцов снабжена съемными (за счет, например, болтов 9) стопорами 10, выполненными с возможностью охвата соответствующих нижних частей полых втулок 7 каната с фиксацией их от продольного перемещения (например, при помощи выступов 11 в нижней части полой втулки 7 каната и проточек 12 в нижней траверсе 2 и 13 стопоров 10 или проточки в нижней части полых втулок 7 каната и выступов в нижней траверсе и стопоров 10 - последнее не показано) в стопоре 10 и нижней траверсе 2. Между верхней траверсой 1 и клиновым зажимом 3 установлены корпус 14 (в виде перевёрнутого стакана) и опорная втулка 15 (в виде стакана, открытого сверху), внутри которых расположена пружина 16 сжатия - упругий элемент. Корпус 14 и опорная втулка 15 вставлены в друг друга коаксиально с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу. При этом корпус 14 выполнен сборным, состоящим стенки 17 и крышки 18, выполненной с возможностью контролируемого продольного перемещения относительно стенки 17 с фиксацией в выбранном положении для обеспечения необходимого предварительного сжатия пружины 16.The cable suspension of the wellhead wellhead rod (not shown) includes the upper 1 (Fig. 1) and lower 2 traverses, a wedge clamp 3 of the polished wellhead rod, located on top. The upper traverse 1 has end grooves 4 (Fig. 2) for a rope (not shown) and annular recesses 5 (Fig. 1) for the upper ends 6 of the corresponding hollow inserts 7 containing an inner tapered surface 8 for the corresponding bushings (not shown) for fixing ropes of the wellhead drive and inserted into the lower traverse 2 with the possibility of rotation. The lower traverse 2 from two ends is equipped with removable (due, for example, bolts 9) stoppers 10, made with the possibility of covering the corresponding lower parts of the hollow bushings 7 of the rope with fixing them from longitudinal movement (for example, with the help of projections 11 in the lower part of the hollow bush 7 rope and grooves 12 in the lower traverse 2 and 13 stoppers 10 or grooves in the lower part of the hollow bushings 7 of the rope and protrusions in the lower traverse and stoppers 10 - the latter is not shown) in the stopper 10 and the lower traverse 2. Between the upper traverse 1 and the wedge clamp 3 a housing 14 (in the form of an inverted glass) and a support sleeve 15 (in the form of a glass, open at the top) are installed, inside which there is a compression spring 16 - an elastic element. The housing 14 and the support sleeve 15 are coaxially inserted into each other with the possibility of limited longitudinal movement towards each other. In this case, the body 14 is made prefabricated, consisting of the wall 17 and the cover 18, made with the possibility of controlled longitudinal movement relative to the wall 17 with fixation in the selected position to provide the necessary preliminary compression of the spring 16.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность канатной подвески на фиг. 1 и 2 не показаны или показаны условно.Structural elements and technological connections that do not affect the performance of the rope suspension in Fig. 1 and 2 are not shown or are shown schematically.

Канатная подвеска работает следующим образом (на примере конкретного выполнения).The rope suspension works as follows (for example, a specific implementation).

Предварительно в производственных помещениях собирают демпфер, состоящий из корпуса 14 (фиг. 1) и опорной втулки 15 с расположенной внутри пружиной 16. Для этого на стенку 17, например, по резьбе 19 наживляют крышку 19, образуя корпус 14. В установленную на горизонтальной поверхности опорную втулку 15 вставляют коаксиально пружину 16 и стенку 17 корпуса 14 с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу за счет, например, расположения в продольных глухих проточках 20 опорной втулки 15 направляющих 21 (болты, шпильки, втулки или т.п.), которые фиксируют (например, при помощи резьбы 22) в стенке 17 корпуса 14. Опорную втулку 15 фиксируют и закручиванием крышки 18 по резьбе 19 стенки 17 регулируют усилие сжатия пружины 16, которое периодически проверяют на стенде (не показан). После получения необходимого усилия сжатия (выбирается эмпирическим путем) пружины 16 крышку 18 фиксируют относительно стенки 17, например, установкой фиксаторов 23 (болтов, шплинтов, втулок или т.п.) в торцевые выемки 24 крышки 18 с фиксацией в стенке 17 (например, при помощи резьбы 25). После чего все элементы доставляются на требуемую скважину к устьевому приводу. Далее в нижнюю траверсу 2 (фиг. 1) вставляют полые втулки 7 так, что выступы 11 входили в проточки 12, снаружи полые втулки 7 фиксируются с возможностью вращения стопорами 10 при помощи болтов 9 так, что выступы 11 полых втулок 7 входили в проточки 13 стопора 10. В полые втулки 7 вставляют концы канатов, выравнивая при этом нижнюю траверсу 2 до примерного горизонтального положения. Концы канатов фиксируют конусными втулками за счет взаимодействия с конусной поверхностью 8 полых втулок 7. На канаты при помощи торцевых проточек 4 (фиг. 2) устанавливают верхнюю траверсу 1 (фиг. 1) до упора кольцевых выборок 5 на верхние торцы 6 полых втулок 7 каната в фиксацией от несанкционированных поперечных перемещений. В отверстия 26 и 27 соответственно нижней 2 и верхней 1 траверс вводят устьевой шток, на который сверху надевают опорную втулку 15, корпус 18 с пружиной 16 внутри и клиновой зажим 3 до упора их в верхнюю траверсу 1. Устьевой шток фиксируют в клиновом зажиме 3 при помощи плашек (не показаны), опирающихся на конусную поверхность 28, или при помощи любой другой известной конструкции (на конструкцию крепления устьевого штока в клиновом зажиме 3 авторы не претендуют). После чего устьевой привод (не показан), приводящий в движение тросы и канатную подвеску с устьевым штоком, запускают в работу. В случае возникновения прихватов в скважине и резкой остановки при перемещении вверх устьевого штока резко возрастает усилие, действующее на клиновой зажим 3, который передает эту усилие на корпус 14, который преодолевая усилие пружины 16 перемещается навстречу опорной втулке 15 (направляющие 21 перемещаются вниз в глухих проточках 20), при этом значительно снижая пиковое усилие (возникающее в момент прихвата), действующее на устьевой шток и соединённые с ним штанги (не показаны). Как показала практика пиковое усилие в этом случае снижается в 2 - 4 раза, практически исключая обрыв штанг и полированного штока. Использование в качестве упругого элемента пружины 16 увеличивает его срок службы с неизменными параметрами в 4 - 7 раз по сравнению с резиной и полиуретаном. Подготовка демпфера с требуемыми параметрами сжатия в производственных условиях снизило количество аварийных ситуаций, связанных с обрывом устьевого штока или штанг примерно в 2 раза.Preliminarily, a damper is assembled in production rooms, consisting of a housing 14 (Fig. 1) and a support sleeve 15 with a spring 16 located inside. For this, a cover 19 is attached to the wall 17, for example, along the thread 19, forming a housing 14. B installed on a horizontal surface the support sleeve 15 is inserted coaxially by the spring 16 and the wall 17 of the housing 14 with the possibility of limited longitudinal movement towards each other due to, for example, the location in the longitudinal blind grooves 20 of the support sleeve 15 of the guides 21 (bolts, pins, bushings or the like), which fixed (for example, by means of thread 22) in the wall 17 of the housing 14. The support sleeve 15 is fixed and by screwing the cover 18 along the thread 19 of the wall 17, the compression force of the spring 16 is adjusted, which is periodically checked on a stand (not shown). After obtaining the required compression force (selected empirically) the spring 16 of the cover 18 is fixed relative to the wall 17, for example, by installing the retainers 23 (bolts, cotter pins, bushings, etc.) into the end recesses 24 of the cover 18 with fixation in the wall 17 (for example, with thread 25). After that all elements are delivered to the required well to the wellhead drive. Next, hollow bushings 7 are inserted into the lower traverse 2 (Fig. 1) so that the protrusions 11 entered the grooves 12, from the outside, the hollow bushings 7 are fixed rotatably by stoppers 10 using bolts 9 so that the protrusions 11 of the hollow bushings 7 entered the grooves 13 stopper 10. In the hollow bushings 7 insert the ends of the ropes, while aligning the lower traverse 2 to an approximate horizontal position. The ends of the ropes are fixed with tapered bushings due to interaction with the tapered surface 8 of the hollow bushings 7. On the ropes using the end grooves 4 (Fig. 2), the upper traverse 1 (Fig. 1) is installed until the stop of the annular samples 5 on the upper ends 6 of the hollow bushings 7 of the rope in fixation against unauthorized lateral movements. A wellhead rod is introduced into holes 26 and 27, respectively, of the lower 2 and upper 1 traverses, onto which a support sleeve 15 is put on from above, a housing 18 with a spring 16 inside and a wedge clamp 3 until they stop in the upper traverse 1. The wellhead rod is fixed in a wedge clamp 3 at by means of dies (not shown), resting on the tapered surface 28, or using any other known design (the authors do not pretend to the design of the wellhead stem attachment in the wedge clamp 3). After that, the wellhead drive (not shown), which drives the cables and the rope suspension with the wellhead rod, is put into operation. In the event of sticking in the well and an abrupt stop when moving up the wellhead rod, the force acting on the wedge clamp 3 sharply increases, which transfers this force to the body 14, which, overcoming the force of the spring 16, moves towards the support sleeve 15 (the guides 21 move downward in the blind grooves 20), while significantly reducing the peak force (occurring at the moment of sticking) acting on the wellhead stem and connected rods (not shown). As practice has shown, the peak force in this case is reduced by 2 - 4 times, practically excluding the breakage of the rods and the polished rod. The use of spring 16 as an elastic element increases its service life with unchanged parameters by 4 - 7 times in comparison with rubber and polyurethane. The preparation of a damper with the required compression parameters in production conditions has reduced the number of accidents associated with the breakage of the wellhead rod or rods by about 2 times.

Предлагаемая канатная подвеска устьевого скважинного штока надежна и долговечна за счет использования в качестве упругого элемента пружины сжатия с регулированием первоначального усилия.The proposed cable suspension of the wellhead downhole rod is reliable and durable due to the use of a compression spring as an elastic element with an initial force control.

Claims

Канатная подвеска устьевого скважинного штока, включающая разделенные полыми вставками верхнюю и нижнюю траверсы, на верхней из которых установлен корпус в виде перевёрнутого стакана, охватывающего устьевой шток с упругим элементом внутри, а нижняя выполнена с возможностью соединения с канатами устьевого привода при помощи полых вставок, клиновой зажим устьевого штока, установленный сверху корпуса, опорную втулку, установленную снизу упругого элемента и взаимодействующую с верхом верхней траверсы и охватывающую устьевой шток, отличающаяся тем, что упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, выполненной с возможностью охвата устьевого штока, опорная втулка изготовлена в виде стакана, открытого сверху, причем корпус и опорная втулка вставлены друг в друга коаксиально с возможностью ограниченного продольного перемещения навстречу друг другу, а корпус выполнен сборным из стенки и крышки, выполненной с возможностью контролируемого продольного перемещения относительно стенки с фиксацией в выбранном положении для обеспечения необходимого предварительного сжатия пружины.Rope suspension of the wellhead wellhead rod, including the upper and lower traverses separated by hollow inserts, on the upper of which there is a body in the form of an inverted glass, covering the wellhead rod with an elastic element inside, and the lower one is made with the possibility of connecting with the ropes of the wellhead drive using hollow inserts, wedge wellhead rod clamp installed on top of the body, support sleeve installed below the elastic element and interacting with the top of the upper traverse and enclosing the wellhead rod, characterized in that the elastic element is made in the form of a compression spring made with the possibility of covering the wellhead rod, the support sleeve is made in the form glass, open at the top, and the body and the support sleeve are inserted into each other coaxially with the possibility of limited longitudinal movement towards each other, and the body is made of a prefabricated wall and a cover made with the possibility of controlled longitudinal movement relative to the wall with fixation in the selected position to ensure the required spring pre-compression.