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

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

Известна скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, наземный привод с барабанами и гибким тяговым органом, соединенным одним концом с барабаном, а вторым концом со штангами насоса, выполненными в виде труб [1].

Недостатком указанной установки является низкая надежность устройства ввиду частых поломок штанг, малая производительность, а также сложность конструкции.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является глубинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, наземный привод с барабаном и гибким тяговым органом в виде пакета лент [2]. Один конец пакета закреплен на барабане, а второй связан с плунжером насоса через направляющий ролик. Привод снабжен компенсатором длин лент пакета, выполненным в виде балансира с закрепленными по его концам дополнительными направляющими блоками.

Эта установка имеет следующие недостатки:
- в виду конструктивных возможностей установки диаметры 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 - увеличение предельных тяговых усилий и повышение усталостной прочности, а, следовательно, долговечности гибкого тягового органа, а значит всей установки.

Поставленная задача достигается тем, что в глубинной скважинной насосной установке, содержащей плунжерный насос, наземный привод по крайней мере с одним барабаном и тяговым органом в виде пакета лент, компенсатор длин лент пакета, установленный между плунжером и приводом насоса, согласно изобретению компенсатор содержит по меньшей мере одно зубчатое колесо, зубья которого входят в зацепление с двумя рейками, расположенными по обе стороны от него и установленными в корпусе, при этом по меньшей мере одна из реек выполнена подвижно вдоль продольной оси корпуса, причем внешние ленты витков соединены с подвижной рейкой, ось зубчатого колеса - с плунжером насоса, а внутренние ленты при одной подвижной ленте связаны с корпусом, а при двух подвижных лентах - со второй подвижной рейкой. В установке с одним барабаном и с пакетом из трех лент средняя лента витков соединена с осью зубчатого колеса при обеих подвижных рейках. В установке с двумя барабанами компенсатор содержит по меньшей мере два зубчатых колеса, две неподвижные рейки, выполненные на части внутренней поверхности состоящего из двух половин цилиндрического корпуса и две подвижные рейки, выполненные на внутренних полках образного сердечника, установленного по оси корпуса и сопряженного внешними полками с частью внутренней поверхности цилиндрического корпуса.

Исключение в предлагаемой установке направляющих блоков, в которых возникающие напряжения в несколько раз превышают аналогичные напряжения на барабане, позволит обеспечить равномерное нагружение лент пакета при изменении их длин в ходе смотки с барабана. Это снизит усталостную прочность лент пакета, повысит их грузоподъемность и долговечность, что увеличит надежность и срок службы установки в целом.

Предлагаемая насосная установка проиллюстрирована на фиг. 1 - 5, где на фиг. 1 показан общий вид установки, на фиг. 2 - конструкция компенсатора в установке с одним барабаном и одной подвижной рейкой; на фиг. 3 - конструкция компенсатора в установке с одним барабаном и пакете из трех лент; на фиг. 4 - то же, с двумя барабанами с двумя подвижными и двумя неподвижными рейками; на фиг. 5 - сечение А-А фиг. 2; на фиг. 6 - сечение А-А фиг. 4.

Установка состоит из плунжерного насоса 1, наземного привода с двумя барабанами 2, 3 пакета 4 лент, соединяющего барабаны 2, 3 с плунжером насоса 1, компенсатора 5 длин лент пакета 4. Компенсатор 5 установлен между плунжером насоса 1 и барабанами 2, 3 привода. Компенсатор 5 состоит из цилиндрического корпуса 6, зубчатых колес 7, двух реек 8 и 9. В первом исполнении рейка 8 закреплена в корпусе 6 неподвижно (фиг. 2). Рейка 9 выполнена подвижной вдоль продольной оси корпуса 6. Колеса 7 посредством тяг 10 связаны с плунжеров насоса 1. Пакет лент состоит из двух лент 11 и 12. Сама установка содержит один барабан 2 или 3. Если установка содержит барабан 2, то внешняя по отношению к барабану 2 лента 11 его витка соединена с подвижной лентой 9, а внутренняя лента 12 закреплена на неподвижной рейке 8, неподвижно установленной в корпусе 6.

По второму исполнению (фиг. 3) рейки 8 и 9 выполнены обе подвижными вдоль продольной оси корпуса 6. При наличии в установке только одного барабана (например, барабана 2) и пакете 4 из трех лент внешние ленты 11 и внутренние ленты 12 закреплены на соответствующих подвижных рейках 9 и 8. Средняя лента 13 соединена с зубчатыми колесами 7.

В установке с двумя барабанами 2 и 3 и пакете 4 из четырех лент (по две с каждого барабана) корпус 6 компенсатора 5 состоит из двух половин (фиг. 4 и 6), на части внутренней поверхности которых выполнены рейки 14 и 15. Две рейки 16 и 17 выполнены на внутренней поверхности полос образного сердечника 18, установленного по оси корпуса 6 и сопряженного внешней поверхностью полок с оставшейся частью внутренней поверхности цилиндрического корпуса 6. образный сердечник 18 установлен в корпусе 6 с возможностью перемещения вдоль оси продольной оси плунжера относительно корпуса 6. Зубчатые колеса 7 находятся в зацеплении одновременно с зубьями реек 15, 16 и 14, 17. Зубчатые колеса 7 соединены тягами 19 с плунжером насоса 1. Внешние ленты 20 соединены с подвижными рейками 16 и 17, внутренние ленты 21 - с корпусом 6.

Установка работает следующим образом.

При включении привода на опускании плунжера насоса 1 при пакете 4 из двух лент 11 и 12 с одного барабана 2 в ходе размотки увеличение длины внешней ленты 11 происходит быстрее, чем внутренней ленты 12. При этом рейка 9 движется в корпусе 6 компенсатора 5 вниз, а зубчатые колеса 7 перекатываются по рейке 8. Происходит выравнивание нагружения лент 11 и 12 при ходе плунжера насоса 1 вниз. При намотке гибкого тягового органа на барабане 2 и ходе плунжера насоса 1 вверх наблюдается обратная картина.

По второму варианту при работе одного барабана и пакете из трех лент (фиг. 3) обе рейки выполнены подвижными. В ходе размотки трехленточного пакета 4 увеличение длины ленты 13 происходит быстрее, чем ленты 12, а увеличение длины ленты 11 быстрее, чем ленты 13. При этом по отношению к колесу 7 и корпусу 6 рейка 8 движется вверх, а рейка 9 - вниз. Происходит выравнивание нагружения лент 11, 12, 13 при ходе соединенного тягой 10 с колесом 7 плунжера насоса 1 вниз. При намотке происходит обратная картина.

При работе двух барабанов 1, 2 при смотке лент пакета 4 длина внешних лент 21 увеличивается быстрее, чем длина внутренних лент 20 (фиг. 4 и 6). Разность этих длин в компенсаторе 5 устраняется следующим образом. При превышении длин лент 21 длин лент 20 рейки 16 и 17, выполненные в образном сердечнике, опускаются. При этом зубчатые колеса 7 перекатываются по рейкам 14, 15 корпуса 6, компенсируя разность длин лент 20 и 21. При этом плунжер насоса 1 посредством тяг 19 опускается на половину разности длин лент 20 и 21.

Предлагаемую скважинную насосную установку целесообразно применять при добыче нефти насосным методом с использованием плунжерных насосов на любых скважинах.

Источники информации:
1. Авт. свид. СССР N 514507. Привод скважинного насоса, кл. F 04 B 47/02, 05.03.77.

2. Авт. свид. СССР N 909299. Скважинная насосная установка. кл. F 04 B 47/02, 1982.

Глубинная скважинная насосная установка предназначена для использования в нефтяной промышленности при получении нефти с использованием плунжерных насосов. Установка состоит из плунжерного насоса, наземного привода с барабанами, пакета, установленного между плунжером насоса и барабанами привода. Компенсатор содержит цилиндрический корпус, по меньшей мере одно зубчатое колесо, зубья которого входят в зацепления с двумя зубчатыми рейками. Одна из реек может быть закреплена в корпусе неподвижно или они могут быть выполнены обе подвижными в корпусе. Корпус может состоять из двух половин и на части внутренней поверхности каждой половины может быть выполнена рейка. Зубчатые колеса находятся в зацеплении однавременно с рейками, выполнеными на внутренней поверхности полосообразного сердечника, установленного на оси корпуса с возможностью перемещения вдоль оси плунжера насоса. Внешние ленты витков закреплены на подвижной рейке, оси цилиндрических колес соединены с плунжером насоса. Внутренние ленты витков при одной подвижной ленте связаны с корпусом, а при двух подвижных рейках - с второй подвижной рейкой. Существенно повышается долговечность гибкого тягового органа, а значит и всей установки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Глубинная скважинная насосная установка, содержащая плунжерный насос, наземный привод по крайней мере с одним барабаном и тяговым органом в виде пакета лент, компенсатор длин лент пакета, установленный между плунжером и приводом насоса, отличающаяся тем, что компенсатор содержит по меньшей мере одно зубчатое колесо, зубья которого входят в зацепления с двумя рейками, расположенными по обе стороны от него и установленными в корпусе, при этом по меньшей мере одна из реек выполнена подвижной вдоль продольной оси, причем внешние ленты витков соединены с подвижной рейкой, ось зубчатого колеса - с плунжером насоса, а внутренние ленты при одной подвижной рейке связаны с корпусом, а при двух подвижных рейках - с второй подвижной рейкой. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в установке с одним барабаном и с пакетом из трех лент средняя лента витков соединена с осью зубчатого колеса при обеих подвижных рейках. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в установке с двумя барабанами компенсатор содержит по меньшей мере два зубчатых колеса, две неподвижные рейки, выполненные на части внутренней поверхности состоящего из двух половин цилиндрического корпуса, и две подвижные рейки, выполненные на внутренних полках образного сердечника, установленного по оси корпуса и сопряженного внешними полками с частью внутренней поверхности цилиндрического корпуса.