Файл: Еникеев В.Р. Автоматические скребки для очистки подъемных труб от парафина.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 05.04.2024

Просмотров: 66

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Основной недостаток скребка — неудачное расположение ножей в его нижней части, вследствие чего в устьевой арматуре остается довольно большой участок, где парафин не очищается9 Недостаточен также вес по­ движного узла, что затруд­ няет использование скребка в высокодебитных скважи­ нах.

Устройство скребка кон­

струкции Р. Ф. Сафарова можно уяснить из рис. 8. Как это видно из чертежа, поворот сегментных клапанов происходит при перекатыва­ нии шестерен 9 по зубчатой рейке, вырезанной в корпусе скребка. Грузовая штанга 16 с двумя парами ножей кре­ пится к корпусу скребка

шарнирным соединением.

ВНПУ Октябрьскнефть

ввысокодебитных скважинах используют скребок с сег­

ментными клапанами кон­

струкции старшего оператора И. И. Фелька. Область при­ менения этого скребка — скважины с дебитом от 130

до 200—210 т/сутки и с бу­

ферным

давлением

3,0—

 

 

 

 

 

 

 

 

3,5 ат.

 

 

конструкции

Рис. 8.

Автоматический

скребок

для

Скребок

 

И. И. Фелька

легко

регу­

2" труб конструкции

Р.

Ф.

Сафарова

(вес скребка

2500 г).

 

 

лируется, очень прост в из­

1 — регулировочная головка верхнего штока;

готовлении и надежен в

экс­

2 — верхний шток; з — кожух

возвратного

плуатации.

 

Корпус скребка

механизма;

4 — верхний

стабилизатор;

5 —

 

возвратная пружина; 6 — продольная планка

сварной, а шариковый за­

корпуса;

7 — крепежный винт;

8

болт;

9 — шестерня клапана;

10 — винт

клапана;

мок, ножи,

узел возвратной

11 — пластина с гнездами для шестерен;

12 —

пружины

имеют

такое

же

сегментный клапан; 13 — освинцованный

гру­

зик; 14 — кожух

грузика; 15 — нож;

1в —

устройство,

как

и у

скреб­

грузовая штанга;

И — нижний стабилизатор»

ка УфНИИ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клапанной рамки в скребке нет, и ее роль выполняет рейка 1,

находящаяся

между

продольными планками корпуса

(рис. 9).

В рейку завинчены верхний и нижний штоки, которыми она центрируется по оси скребка. От возможного перекоса рейка

удерживается двумя планками 6, приклепанными к ее средней части; концы этих планок скользят по корпусу скребка. В рейку запрессованы две оси клапанов 8, клапан 5 удерживается на оси

2*

19


при помощи шплинта 9, протянутого через отверстия в клапане и соответствующую канавку в оси.

Изменение положения клапанов в процессе работы скребка происходит,

так же как и в других конструкциях,

при перемещении подвижного узла отно­ сительно корпуса скребка. При ударе о нижний амортизатор клапанная рей­ ка, которая является частью подвиж­

ного узла, движется вниз

до упора

о корпус скребка, вместе с

ней дви­

жутся и клапаны, поворачиваясь и становясь перпендикулярно или под некоторым углом к сечению трубы. Поворот клапанов осуществляется при помощи поводков 4, которые укреплены на пластинах корпуса винтами 3. По­ водки имеют прорезь, которая при по­ вороте клапана позволяет им не только

вращаться

вокруг стопорного

винта,

но и перемещаться относительно

него.

Кроме рассмотренных выше кон­

струкций

автоматических скребков

с клапанами, изготовленными из ме­

талла, в настоящее время предложены и испытываются скребки для мало­ дебитных скважин с пластмассовыми клапанами, а также со специальным

уплотнением из нефтестойкой резины.

РЕГУЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ СКРЕБКОВ

Рис. 9. 21/г" автоматиче­ ский скребок для высокодебитных скважин конст­ рукции И. И. Фелька (вес скребка 2200 г).

.1 — клапанная рейка; 2 — про­

дольная

планка корпуса;

з —

винт

клапана;

4 — поводок

клапана;

5 — клапан; в — по­

перечная

планка; 7 — заклеп-

на;

8 — ось

клапана;

р —

 

шплинт

клапана.

 

Как правило, скребки, Поступив­ шие на промысел с завода или из ма­ стерской, не работают в скважине без предварительного налаживания и регу­ лирования. Успешный запуск скребка

и длительная безотказная работа в даль­

нейшем во многом зависят от того, на­ сколько тщательно он был подготовлен.

Для качественного выполнения этой работы необходимо хорошо знать все

особенности узлов автоматического скребка и их взаимодействие. Почти во всех конструкциях скребков использованы узлы одинакового устройства: шариковый замок, клапаны и ножи.

Поэтому целесообразно вначале рассмотреть основы регули­

20


рования этих узлов, а затем уже ознакомиться с регулированием наиболее распространенного скребка УфНИИ-3.

Шариковый замок

Шариковый замок (рис. 10) состоит из корпуса 7, верхнего штока 2, головки 5, пружины замка 4, стопорных винтов 5 и

фиксирующих шариков 6. В верхней части головки замка име­ ются специальные проточки для захвата ловильным инструмен­

том и несколько отверстий для обеспечения входа и выхода жид­ кости из полости головки при ее перемещении. Головка может

перемещаться вдоль оси скребка в определенных пределах: верх-

Рис. 10. Устройство шарикового

замка и

взаимо­

действие его деталей во

время

работы

скребка.

нее ее положение определяется

стопорными винтами, движущи­

мися в продольных прорезях на корпусе замка, а нижнее — высту­ пом на корпусе, в который упирается головка.

Принцип работы шарикового замка можно уяснить из рис. 10,

где показаны четыре различных положения деталей замка при его работе.

Во время падения скребка (рис. 10, Л) верхний шток, же­

стко связанный с подвижным узлом, удерживается в верхнем положении возвратной пружиной. При этом фиксирующие ша­ рики выдвинуты из своих гнезд утолщенной частью верхнего штока и удерживают головку замка во взведенном состоянии, пружина замка сжата. После удара скребка о нижний аморти­

затор (рис. 10, Б) верхний шток вместе с подвижным узлом дви­ жется вниз, сжимая при этом возвратную пружину, фиксирую­

щие шарики сдвигаются внутрь корпуса замка конической фаской головки, которая возвращается в свое исходное положение под действием пружины замка. Смещение шариков внутрь возможно благодаря тому, что в этот момент напротив шариков находится утоньшенная часть верхнего штока. На рис. 10, В показано по­ ложение деталей замка во время подъема скребка, расположение

121

деталей здесь мало отличается от рис. 10, Б. Разница лишь в том, что верхний шток сместился слегка вверх до упора своей ко­ нической фаской в шарики. Положение рабочих органов скребка от этого не изменится.

При ударе о верхний амортизатор (рис. 10, Г) головка сме­ щается до отказа в свое нижнее положение, сжимая пружину замка и освобождая фиксирующие шарики, которые смещаются во внутреннюю расточку головки. Верхний шток не удержи­ вается больше шариками и под действием возвратной пружины движется вверх до своего крайнего положения.

Шариковый замок применяется во всех автоматических скреб­ ках с теми или иными дополнениями и изменениями. Это объяс­ няется его компактностью, простотой и высокой надежностью. Из­ вестны примеры, когда шариковый замок обеспечивал более 15 000

циклов без осмотра и ремонта, что соответствует непрерывной работе скребка в скважине с рабочим циклом 20 мин. в течение

7 месяцев. В то же время шариковый замок чувствителен к малей­

шим изменениям формы деталей и отклонениям их размеров и

зазоров от нормальных.

Важным фактором, влияющим на бесперебойную работу ша­ рикового замка, является величина углов расточки верхнего штока и внутренней расточки головки. Для выяснения влияния этих углов на величину сил, возникающих в местах соприкоснове­ ния деталей замка, рассмотрим момент, когда фиксирующие шарики удерживают верхний шток в нижнем положении. Поскольку принцип фиксации шариками верхнего штока и головки одинаков,

то усилия, действующие на головку замка, определяются теми же зависимостями, что и усилия, действующие на верхний шток,

но величина их будет различна, так как головка взаимодействует

сменее сильной пружиной, чем верхний шток.

Вмомент удерживания верхнего штока шариками усилие возвратной пружины Р уравновешивается вертикальными со­ ставляющими реакций шариков N на шток (рис. 11). Из усло­

вия равновесия сил

 

 

Р = nTVsin а,

 

(1)

где п — число

шариков в

замке;

а — угол расточки

верхнего

штока-(угол между образующей конуса и осью замка).

К каждому шарику приложены

три силы: N — реакция ша­

рика на коническую поверхность штока;

S — реакция шарика

на верхнюю стенку гнезда;

Т — реакция шарика на внутреннюю

стенку

головки.

равновесия

шарика под

 

этих сил

Из

условия

действием

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

Т = TVcosa,

 

(2)

 

 

S = TV sin a.

 

(3)

22


Используя формулу (1), можно выразить силы Т и S через

усилие сжатой возвратной пружины. В этом случае

 

?1=4ct«a’

(4)

5 = ^

(5)

п

Из формул следует, что силы Т, S и N зависят от усилия сжатой пружины, количества шариков в замке и от величины

угла а. Этими параметрами в ко­ нечном счете определяется износ деталей замка, а следовательно,

идолговечность его работы.

Усилие сжатой возвратной пру­

жины Р зависит от конструктив­

ных особенностей данного скребка п в правильно отрегулированном скребке уменьшить это усилие не­ возможно, не нарушив нормаль­ ной работы механизма.

 

Из

формул

следует,

что да­

 

 

 

 

вление

шариков

на соприкасаю­

 

 

 

 

щиеся с ними поверхности об­

 

 

 

 

ратно

пропорционально

количе­

 

 

 

 

ству

шариков

в

замке.

Обычно

 

 

 

 

в

замке

устанавливают

только

 

 

 

 

2—3 шарика. При большем ко­

 

 

 

 

личестве шарики нагружаются не­

 

 

 

 

равномерно вследствие

 

неодина­

 

 

 

 

кового

расположения их гнезд по

 

 

 

 

высоте

корпуса

замка,

различия

Рис. 11. Схема сил,

действующих

диаметров

гнезд

и перекоса верх­

в шариковом

замке.

него штока или

корпуса. В про­

 

 

 

 

цессе массового производства скребков эти неточности,

хотя бы

и

в

незначительной степени, могут быть допущены,

п поэтому

увеличение количества

шариков в

замке не

уменьшает

усилий

в нем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угол а наиболее существенно влияет на величину усилий,

возникающих

в

замке.

 

Из формул видно,

что при

а = 90°,

т.

е.

когда на верхнем штоке сделан ступенчатый переход на мень­

ший диаметр, усилия в замке, приложенные к конической поверх­ ности верхнего штока и к цилиндрической поверхности головки,

будут наименьшими и равными половине

или одной трети уси­

лия возвратной пружины в зависимости от

количества шариков

и равномерности

их нагрузки.

его

поверхность

гладкая

Если же на

штоке

нет выточки и

(а = 0°), то

величина

усилий имеет

максимальное значение,

а верхний

шток удерживается только

силой трения

между

23


шариками и штоком. Контактные напряжения в этом случае будут значительными, и поверхность соприкасающихся деталей быстро

разрушится.

Однако при а = 90° замок работать не будет, так как шарики

не имеют возможности смещаться в гнездах и остаются закли­ ненными между выточкой верхнего штока и верхней стенкой гнезда.

Рассмотрим силы, действующие на шарик замка в момент,

когда он начинает смещаться в гнезде в результате движения

 

 

 

верхнего штока (рис.

12).

 

 

 

В точке касания шари­

 

 

 

ка и верхнего

штока дей­

 

 

 

ствует сила N, направлен­

 

 

 

ная через

точку

касания

 

 

 

и центр шарика, а также

 

 

 

сила трения Fi, перпен­

 

 

 

дикулярная N и напра­

 

 

 

вленная к оси штока.

 

 

 

В точке касания шари­

 

 

 

ка и стенки гнезда действу­

 

 

 

ют сила S и сила трения F-z,

 

 

 

направленная к оси штока.

 

 

 

Силы Fi

и

Ft

препят­

 

 

 

ствуют

смещению шарика

 

 

 

в гнезде и

определяются

 

 

 

зависимостями

 

 

 

 

 

 

 

Л = Ж

 

(6)

Рис. 12. Силы,

действующие на шарик где

Ft = fS,

 

(7)

/ = 0,17 — коэффи­

замка в момент его смещения.

циент

трения

стали

по

Используя

известное

правило

стали.

можно

приложить

статики,

силы трения к

центру

шарика,

добавив одновременно

момент

этих сил относительно центра шарика. Из условия возможности смещения шарика в гнезде сумма горизонтальных составляющих

всех

сил,

приложенных к центру шарика, должна быть больше

пуля

и направлена от оси штока, т.

е. проекция сил N, S, Fi

и / 2

на

ось хх будет больше нуля,

если принять направление

оси в левую сторону:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— Fz 4- N cos а — sin а

0.

 

 

 

Принимая во

внимание формулы (6)

и (7), имеем

 

 

 

 

 

— fS-\-N cos а — fN sin а

0.

 

 

 

 

Подставляем значения N и 5, выраженные через Р и а:

,

Р

,

Р cos а

, Р sin а

, ,

,

,

 

— /

4— —:-------/----- :----— —

/ 4~ ctg

и

/

'

0

'

п

1

п sin а

' п sin а

'

6