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

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

Известна штанговая насосная установка, содержащая плунжерный насос, индивидуальный привод возвратно-поступательного перемещения плунжера насоса в виде станка-качалки с балансиром, колонну насосных штанг [1].

Недостатками данной установки являются низкая грузоподъемность, частые поломки штанг, ограниченная глубина скважины, сложная конструкция.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является глубинная скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос и наземный барабанный привод [2]. В установке имеется гибкий тяговый орган, один конец которого закреплен на барабане, а другой соединен с плунжером насоса. Гибкий тяговый орган выполнен в виде пакета лент, что повышает по сравнению с указанным ранее аналогом долговечность установки. Имеется балансир с закрепленными по его концам дополнительными направляющими блоками. Установка имеет следующие недостатки:
- ввиду конструктивных возможностей установки диаметра дополнительных огибающих блоков в несколько раз меньше диаметра барабана, что приводит к возникновению в огибающих их лентах тягового органа напряжений от изгиба, в несколько раз превышающих аналогичные напряжения на барабане;
- гибкий тяговый орган за один ход плунжера подвергается перегибу три раза (барабан-дополнительные блоки-направляющий ролик), что существенно снижает их усталостную прочность и грузоподъемность.

Таким образом, в гибком тяговом органе известной установки напряжения от изгиба лент увеличивается пропорционально отношению диаметра барабана к диаметру направляющих роликов, а число циклов нагружения лент за один ход плунжера возрастает пропорционально числу перегибов лент на направляющих блоках. В результате этого рассматриваемое техническое решение приводит к весьма существенному снижению усталостной прочности (долговечности) гибкого тягового органа и уменьшению грузоподъемности установки.

Решаемая изобретением задача - повышение грузоподъемности установки, увеличение усталостной прочности лент, а следовательно, повышение долговечности установки.

Поставленная задача достигается тем, что в глубинной скважиной насосной установке, содержащей плунжерный насос, наземный барабанный привод с гибким тяговым органом в виде пакета лент, один конец которого закреплен на барабане, а второй соединен с плунжером насоса, согласно изобретению, привод содержит два барабана, на каждый из которых намотана половина пакета лент, барабаны расположены параллельно в одной горизонтальной плоскости и установлены в наклонных направляющих, имеющих одинаковый встречный уклон. При этом один из барабанов выполнен с боковыми щеками, между которым установлен другой барабан, со стороны торцов которого на радиальных осях по отношению к его валу установлены конические ролики, расположенные на уровне намотанного пакета лент, причем образующие поверхностей противоположных конических роликов параллельны, расстояние между ними равно ширине пакета лент, а угол наклона образующей равен

где
d_min - минимальный диаметр конического ролика,
D_б - диаметр барабана.

Редуктор привода барабанов может содержать два зубчатых колеса одинакового диаметра, выходные валы которых связаны с помощью универсальных шпинделей с барабанами, причем между одним из выходных валов редуктора и универсальным шпинделем установлен дифференциал.

Наличие в предлагаемой установке двух барабанов, смонтированных на наклонных направляющих со встречным уклоном позволяет надежное прижатие барабанов друг к другу в процессе смотки лент при опускании плунжера. Это устраняет узел компенсации длин лент пакета, выполненный в известном решении в виде роликов, что уменьшает возникающие в лентах напряжения изгиба, повышает их усталостную прочность и грузоподъемность. Повышение усталостной прочности лент увеличивает долговечность всей установки.

На фиг. 1 показан общий вид установки; на фиг. 2 - узел барабанов и конических роликов; на фиг. 3 - кинематическая схема привода барабанов.

Установка содержит два барабана 1 и 2, расположенные параллельно в одной горизонтальной плоскости и установленные на наклонных направляющих 3 и 4, имеющих одинаковый встречный уклон. Гибкий тяговый орган выполнен в виде пакета 5 лент. На каждый барабан 1 и 2 намотана половина лент пакета 5. Конец пакета 5 соединен с плунжером насоса 6.

Барабан 2 выполнен с боковыми щеками 7, между которыми установлен барабан 1 (фиг. 2, 3). Со стороны торцов барабана 1 на радиальных осях по отношению к его валу установлены конические ролики 8, расположенные на уровне намотанного пакета лент.

Угол наклона образующей конических роликов 8 выбирается исходя из предотвращения проскальзывания между их поверхностями и боковыми кромками наматываемого на барабан пакета лент, условия которого можно выразить в следующих формулах:
V_minр=V_minб
V_maxр=V_maxб
где V_minp и V_minб - окружная скорость на минимальных диаметрах ролика и барабана соответственно;
V_maxp и V_maxб - окружная скорость на максимальных диаметрах ролика и намотки пакета на барабан соответственно.

В свою очередь соотношение угловых скоростей конического ролика и барабана равно

где D_б - диаметр барабана;
d_minp - минимальный диаметр торца конического ролика.

Тогда условие (2) запишется в виде

где n - максимальное число витков пакета лент на барабане;
h - толщина одного витка пакета лент, наматываемого на барабан.

После преобразований равенства (4) получим

При условии, что длина конусного ролика равна высоте намотки пакета лент на барабан, имеем

т.е.

где α - угол наклона образующей конического ролика к его оси.

Привод барабанов 1 и 2 состоит из двигателя 9 и редуктора 10, в котором в качестве последней ступени установлены два зубчатых колеса 11 и 12 одинакового диаметра, выходные валы которых связаны с помощью универсальных шпинделей 13 и 14, причем между выходным валом зубчатого колеса 11 и шпинделем 13 установлен дифференциал 15.

Глубинная скважинная насосная установка работает следующим образом.

При включении двигателя 9 на опускание плунжера насоса 6 крутящий момент передается через редуктор 10, колеса 11 и 12 его последней ступени, универсальные шпиндели 13, 14 барабанами 1 и 2.

Барабаны начинают вращаться и происходит смотка с них половин пакета 5 лент. При этом дифференциал 15 выравнивает смотку половин пакета 5 с барабанами 1 и 2.

По мере опускания плунжера насоса 6 диаметр намотки лент на барабаны 1 и 2 уменьшается. При этом барабаны 1 и 2 перемещаются навстречу друг другу по наклонным направляющим 3 и 4, находясь во взаимно прижатом состоянии через половины пакета 5 лент гибкого тягового органа. Фиксацию пакета 5 лент от сваливания с барабана осуществляют щеки 7 барабана 2 и конические ролики 8.

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

Источники информации
1. Политехнический словарь. -М.: Советская энциклопедия, 1989, с.501.

2. Авт. св. СССР N 909299, кл. F 04 B 47/02, 1982.

Изобретение предназначено для добычи нефти насосным способом с тяговым органом в виде пакета лент. Установка содержит плунжерный насос, гибкий тяговый орган в виде пакета лент. Привод содержит два барабана, установленные в одной горизонтальной плоскости на наклонных направляющих, имеющих одинаковый встречный уклон. На каждый из барабанов намотана половина пакета лент. Барабан выполнен с боковыми щеками, между которыми входит барабан, со стороны торцов которого установлены конические ролики, расположенные на уровне наматываемого пакета лент. Образующие поверхностей противоположных конических роликов параллельны, расстояние между ними равно ширине пакета лент, а угол наклона образующей равен , где d_min - минимальный диаметр конического ролика, D_б - диаметр барабана. Редуктор содержит зубчатые колеса, выходные валы которых связаны с помощью универсальных шпинделей с барабанами. Между шпинделем и выходным валом редуктора установлен дифференциал. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Глубинная скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос и наземный барабанный привод с гибким тяговым органом в виде пакета лент, один конец которого закреплен на барабане, а другой соединен с плунжером насоса, отличающаяся тем, что привод содержит два барабана, на каждый из которых намотана половина пакета лент, барабаны расположены параллельно в одной горизонтальной плоскости и установлены в наклонных направлениях, имеющих одинаковый встречный уклон. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что один из барабанов выполнен с боковыми щеками, между которыми установлен другой барабан, со стороны торцов которого на радиальных осях по отношению к его валу установлены конические ролики, расположенные на уровне намотанного пакета лент, причем образующие поверхностей противоположных конических роликов параллельны, расстояние между ними равно ширине пакета лент, а угол наклона образующей равен

где d_min - минимальный диаметр конического ролика;
D_б - диаметр барабана. 3. Установка по п. п. 1 и 2, отличающаяся тем, что редуктор привода барабанов в качестве последней ступени содержит два ряда зубчатых колес одинакового диаметра, выходные валы которых связаны с помощью универсальных шпинделей с барабанами, причем между одним из выходных валов редуктора и универсальным шпинделем установлен дифференциал.