ГЛУБИННАЯ СКВАЖИННАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к скважинным насосным установкам, и может быть использовано в нефтяной промышленности.

Известна скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, привод, включающий барабан, гибкий тяговый орган, один конец которого закреплен на барабане, а второй соединен со штангами, связанными с плунжером насоса [1]. Штанги выполнены в виде труб.

Недостатками указанного аналога являются повышенный износ и поломки насосных штанг, а также сложность конструкции установки.

Наиболее близким к предлагаемому решению является глубинная скважинная установка, содержащая плунжерный насос, устьевое оборудование, включающее привод насоса [2]. Привод насоса состоит из барабана и тягового ленточного органа, один конец которого закреплен на барабане, а второй соединен с плунжером насоса. На устье скважины установлено устьевое уплотнение.

Применение в виде гибкого тягового органа металлической ленты исключает из конструкции установки трубные штанги и тем самым снижает по сравнению с указанным выше аналогом поломки привода, упрощает конструкцию установки.

Недостатками известной скважинной установки являются низкая грузоподъемность и возможность использования на сравнительно неглубоких скважинах, обусловленные тем, что размеры стальной ленты, применяемой в качестве тягового органа, ограничены по ширине и толщине диаметром насосно-компрессорной трубы, в которую она опускается. Особенность работы ленточного тягового органа заключается в том, что виток ленты, находящийся на барабане, и его прямолинейный участок между барабаном и плунжером нагружены неодинаково. Прямолинейный участок ленты нагружен только растягивающими напряжениями, возникающими от его веса, сопротивления движению плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилит подъема столба нефти. В то же время в витке ленты, находящемся на барабане, к этим напряжениям добавляется напряжение от изгиба, зависящее от соотношения диаметра барабана и толщины ленты. Долговечность стальной ленты в качестве тягового органа определяется этим наиболее нагруженным участком, в котором действует сумма напряжений растяжения и изгиба.

Расчеты, проведенные по опытным данным, показывают, что доля напряжений от растяжения может составлять 25 - 45% суммарного напряжения, действующего в витке ленты на барабане.

Решаемая изобретением задача - повышение грузоподъемности и увеличение долговечности установки за счет снижения суммарных напряжений, действующих в витке тягового органа на барабан.

Указанная задача достигается тем, что глубинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, устьевое оборудование, включающее привод насоса с барабаном и ленточным тяговым органом, один конец которого закреплен на барабане, а второй конец связан с плунжером насоса, а также устьевое уплотнение, согласно изобретению дополнительно снабжена установленными между барабаном и устьевым уплотнением с двух сторон тягового органа перпендикулярно его продольной оси роликами, снабженными устройством их взаимного прижатия и приводом, содержащим двигатель с регулятором заданного крутящего момента.

Такое конструктивное выполнение установки позволяет обеспечить полное или частичное снятие нагрузки с намотанного на барабане витка ленты, вызванной весом участка тягового органа, находящегося в скважине, сопротивлением движения плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилием подъема столба нефти. Это значительно повысит грузоподъемность ленточного тягового органа и увеличит долговечность установки в целом, позволит осуществить эксплуатацию более глубоких скважин.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой установки; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Глубинная скважинная насосная установка состоит из приводного барабана 1 ленточного тягового органа 2, устьевого уплотнения 3, плунжерного насоса 4, двух роликов 5, установленных в рамах 6 и снабженных винтовыми устройствами 7 взаимного прижатия роликов 5 с тарельчатыми пружинами 8.

Ролики 5 расположены с двух сторон ленточного тягового органа 2 перпендикулярно его продольной оси между барабаном и устьевым уплотнением 3 и снабжены приводом, состоящим из двигателя 9, редуктора 10, сцепной муфты 11, шестеренной клети 12 и универсальных шпинделей 13. Двигатель 9 снабжен регулятором заданного крутящего момента (не показан), который может иметь любое известное конструктивное выполнение. Шестеренная клеть имеет две шестерни с одинаковым числом зубьев (на фиг. 1 показаны пунктиром).

Предлагаемая установка работает следующим образом. С помощью винтовых устройств взаимного прижатия роликов 5 через тарельчатые пружины 8 создают между роликами 5 совместно с находящимся между ними ленточным тяговым органом 2 заданное усилие.

Для хода плунжера 4 при подъеме нефти вверх последовательно включаются специальная муфта 11, привод (не показан) барабана 1, привод роликов 5. Барабан 1 начинает вращаться. Ролики 5 вращаются от двигателя 9, работающего в двигательном режиме с заданным крутящим моментом. Вращение от двигателя 9 роликом 5 передается через редуктор 10, сцепную муфту 11, шестеренную клеть 12 и универсальные шпиндели 13. Происходит намотка на барабан 1 ленточного тягового органа 2. При этом с витка ленты полностью или частично (в зависимости от величины усилия прижатия роликов 5) снимается нагрузка, вызванная весом участка тягового органа, находящегося в скважине, сопротивлением движения плунжера в насосно-компрессорной трубе и усилием подъема столба нефти.

При холостом ходе плунжера вниз установка может работать в двух режимах.

Первый режим: сцепная муфта 11 отключается при вращении приводом барабана 1 ленточный тяговый орган 2 и плунжер 4 опускаются в скважину, воздействуя на виток ленты на барабане 1 с усилием, равным разности собственного веса и сопротивления движению плунжера в насосно-компрессорной трубе.

Второй режим: сцепная муфта 11 остается включенной и привод роликов 5 притормаживает через ленточный тяговый орган 2 плунжер 4 за счет работы двигателя 9 в генераторном режиме и снимает таким образом нагрузку на виток ленты на барабане 1, вызванную усилием, упомянутым в первом режиме.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет на 25 - 45% снизить напряжения, действующие в наиболее нагруженных участках ленточного тягового органа, соответственно повысить его долговечность и увеличить грузоподъемность и функциональные возможности глубиной скважинной насосной установки. Кроме того, это решение открывает возможность применения ленты меньшей толщины, что позволяет, в свою очередь, снизить напряжение изгиба на барабане 1 и увеличить долговечность ленточного тягового органа.

Пример. Для существующих скважинных насосных установок имеем: среднее усилие в ленточном тяговом органе при ходе вверх 30 кН, скорость движения плунжера 1 м/с.

Предположим, что 2-х роликовое устройство должно обеспечить тянущее усилие 25 кН. Тогда мощность привода этого устройства должна составить ≈30 кВт. Следует отметить, что согласно закону сохранения энергии суммарная установленная мощность приводов установки должна оставаться прежней за счет уменьшения требуемой мощности двигателя для привода барабана.

Предлагаемую скважинную насосную установку целесообразно применять при добыче нефти насосным способом на нефтепромысловых предприятиях, в особенности на глубоких скважинах.

Изобретение используется в нефтяной промышленности для получения нефти. Установка содержит плунжерный насос с барабаном и ленточным тяговым органом, один конец которого закреплен на барабане, а второй связан с плунжером насоса. Между барабаном и устьевым уплотнением с двух сторон тягового органа перпендикулярно его продольной оси установлены ролики, которые снабжены устройством их взаимного прижатия и приводом, содержащим двигатель с регулятором заданного крутящего момента. 2 ил.

Глубинная скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, устьевое оборудование, включающее привод насоса с барабаном и ленточным тяговым органом, один конец которого закреплен на барабане, а другой связан с плунжером насоса, а также устьевое уплотнение, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена установленными между барабаном и устьевым уплотнением с двух сторон тягового органа перпендикулярно к его продольной оси роликами, снабженными устройством их взаимного прижатия и приводом, содержащим двигатель с регулятором заданного крутящего момента.