СТАНОК-КАЧАЛКА Российский патент 1999 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и может быть использовано для механизированной добычи нефти.

Известен ряд стандартных станков-качалок для механизированной добычи нефти штанговыми глубинными насосами, конструктивно выполненных с различным балансирным уравновешиванием колонны штанг в скважине противовесами, установленными на конце балансира или на кривошипах, и безбалансирным с помощью канатной связи с кривошипом через шкив (Чичеров Я.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983, с. 117 и 129). Известен также станок-качалка с роторным балансиром фирмы Лафкин, в которой роторный балансир представляет собой конструктивное совмещение головки от стандартного балансира с полушкивом от безбалансирного станка-качалки (Рекламный проспект фирмы Лафкин Индастриз ИНК. Техас, США, 1995).

Недостатками балансирных станков-качалок являются неравномерность крутящих моментов на валах кривошипов, обусловленных ускорениями и инерционными силами качающейся в процессе работы колонны штанг. В безбалансирных станках-качалках достигнута несколько лучшая характеристика движения подвески штанг - она ближе к гармоническому колебанию, а следовательно, обеспечивает и меньшие инерционные нагрузки на валы кривошипов. Но в них также не достигается необходимого уравновешивания. Не достигается полного уравновешивания и в комбинированном станке-качалке с роторным балансиром.

Наиболее близким прототипом является станок-качалка с дополнительной головкой на заднем плече балансира, гибким элементом и противовесом, размещенным в дополнительной (не нефтедобывающей) скважине (выполняющей функцию шурфа или шахты), в редукторе которого вместо кривошипов установлено два барабана с намотанными на них гибкими элементами, один из которых соединен с задним плечом балансира и является приводным, а второй (компенсирующий) соединен со вторым дополнительным противовесом, размещенным во второй дополнительной скважине-шурфе (авт.св. N 1372101, кл. F 04 B 47/02, 1988).

В этом прототипе так же, как и в вышеупомянутых, уравновешивание колонны штанг обеспечивается с помощью многотонного противовеса, а снижение динамических нагрузок на электродвигатель предлагается осуществлять с помощью дополнительного (компенсирующего) противовеса. При этом повышение надежности работы и КПД электродвигателя достигается за счет соответствующего снижения таковых у многократно усложненного редуктора. К тому же, требуются дополнительные затраты на сооружение двух дополнительных скважин - шурфов, которые должны быть герметичными для грунтовых вод и атмосферных осадков.

Предлагаемое изобретение, устраняя недостатки прототипа, улучшает уравновешивание, уменьшает массы противовесов, снижает динамические нагрузки, повышает КПД и экономичность станка-качалки при одновременной эксплуатации двух кустовых нефтедобывающих скважин.

Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции станка-качалки с роторным балансиром вместо массы противовесов, уравновешивающих колонну штанг в нефтедобывающей скважине, задействована идентичная колонна штанг соседней нефтедобывающей скважины через дополнительные гибкую подвеску и ведомый роторный балансир, соединенный с ведущим балансиром гибкой тягой, а на выходном валу редуктора на кривошипах установлены компенсирующие возможную неидентичность скважин небольшие противовесы.

На чертеже показан общий вид станка-качалки, установленного на фундаменте между двумя кустовыми нефтедобывающими скважинами.

Станок-качалка включает основание 1, на котором установлены условно основная 2 и дополнительная подвижная 17 стойки с механизмами перемещения 18 соответственно с ведущим 3 и дополнительным ведомым 16 роторными балансирами с помощью верхних опор 23 с канатными подвесками 4 и 15 и устьевыми штоками 5 и 13 соответственно в условно основной 6 и соседней 14 скважинах, траверсу 7 со спаренными шатунами 8, спаренные кривошипы 9 и компенсирующие противовесы 10, редуктор 11 с электродвигателем 12, гибкую тягу 19 с талрепом 20, прикрепленную своими концами к нижним опорам 21 и 22 обоих балансиров.

По сути предлагаемая конструкция является спаренным станком-качалкой с общим типовым приводом, преобразующим вращательное движение вала редуктора в возвратно-поступательное движение взаимно уравновешенных двух колонн штанг в двух кустовых нефтедобывающих скважинах.

Принципиальное отличие предлагаемого станка-качалки от прототипа заключается в том, что в нем за счет практически идеального взаимного уравновешивания достигается гармоническая характеристика колебательного движения точек подвеса обеих колонн штанг. В результате взаимного уравновешивания последних отпадает необходимость в массивных противовесах и в двух дополнительных скважинах-шурфах, за счет чего снижаются металлоемкость конструкции и непроизводительные энергозатраты. Многотонные противовесы заменены на небольшие грузы, компенсирующие лишь возможную разницу усилий на устьевых штоках, обусловленную не всегда одинаковой глубиной скважин, длиной штанг и сил их трения в скважинах. При этом мощности одного простого типового привода с неусложненным редуктором достаточно для одновременной эксплуатации двух нефтедобывающих скважин, что почти в 2 раза повышает экономичность станка-качалки по энергозатратам.

Станок-качалка устанавливается и работает следующим образом.

При монтаже (см. чертеж) станок-качалку устанавливают основанием 1 на фундамент 24 между выбранными или заранее пробуренными на заданном расстоянии парой кустовых нефтедобывающих скважин 6 и 14, причем ведущий роторный балансир 3 со стойкой 2 располагают против условно основной скважины 6, в качестве которой выбирают скважину с возможно большей глубиной и весом колонны штанг. Последнюю через устьевой шток 5 и канатную подвеску 4 прикрепляют к верхней опоре 23 балансира 3. Затем с помощью механизма перемещения 18 дополнительные стойки 17 с ведомым роторным балансиром 16 устанавливаются против соседней скважины 14, а устьевой шток 13 с подвеской 15 закрепляются к верхней опоре 23 дополнительного ведомого балансира 16. Соединяющая балансиры 3 и 16 гибкая тяга 19 закреплена своими концами к нижним опорам 21 и 22. Необходимая регулировка длины этой тяги осуществляется талрепом 20.

Ведущий балансир 3 через траверсу 7 приводится в движение с помощью шатунов 8 и кривошипов 9, на которых закреплены компенсирующие противовесы 10. Кривошипы 9 в свою очередь приводятся во вращение типовым редуктором 11 с помощью электродвигателя 12.

Дополнительный балансир 16 является ведомым и приводится в движение ведущим 3 с помощью гибкой тяги 19. При одинаковых балансирах обеспечивается равенство крутящих моментов в точках подвеса штанг, обусловленных их весом. Возможная разница этих весов и неидентичность скважин (разная глубина, наклон ствола, различное трение штанг и т.п.) окончательно уравновешиваются компенсирующими противовесами 10. В результате в процессе работы уравновешенного станка-качалки основная мощность привода затрачивается на поочередный подъем столбов жидкости с помощью плунжеров штанговых скважинных насосов и одновременную закачку поднятой из скважин жидкости в магистральный трубопровод с заданным давлением.

Следует отметить, что при капитальном подземном ремонте одной, например, соседней скважины 14, у второй условно основной 6 балансир 3 освобождается в нижней опоре 22 от канатной тяги 19 и станок-качалка переводится в одиночный режим работы с обычным кривошипным уравновешиванием, для чего на кривошипы 9 вместо компенсирующих грузов временно устанавливаются резервные стандартные противовесы 10. Балансир 16 ремонтируемой скважины 14 с помощью механизма перемещения 18 отводится от ее устья.

При ремонте условно основной скважины 6 перед установкой стандартных противовесов 10 кривошипы с шатунами 8 и траверсой 7 демонтируются и симметрично переворачиваются в сторону соседней скважины 14 и задействуются с ее балансиром 16 с помощью траверсы 7. При этом балансир 16 освобождается от тяги 19 в опоре 21, а балансир 3 отводится механизмом перемещения 18. После ремонта скважины снова возвращаются в спаренный режим работы.

Наряду с хорошим уравновешиванием, меньшей металлоемкостью и высокой экономичностью другим достоинством предлагаемого спаренного станка-качалки по сравнению с одиночными, применяемыми при технологии кустовой разработки нефтяных месторождений является их компактность, позволяющая удвоить плотность скважин в кусте, что упрощает технологию бурения таких скважин, особенно в труднодоступной, гористой, болотистой и т.п. местности.

Станок-качалка предназначен для использования в области нефтепромыслового оборудования для механизированной добычи нефти штанговыми скважинными насосами. Станок-качалка представляет компактно спаренную на общем основании конструкцию из двух роторных балансиров, связанных между собой гибкой тягой, нагруженных через гибкие подвески устьевых штоков одинаковыми по весу колоннами штанг в двух идентичных нефтедобывающих скважинах и приводимых в поочередное встречно направленное качание одним кривошипно-шатунным механизмом с компенсирующим возможную неидентичность скважин противовесом. Обеспечивает повышение ее экономичности за счет улучшенного уравновешивания колонны штанг в предлагаемой конструкции станка-качалки, снижения ее металлоемкости и энергозатрат при одновременной эксплуатации двух кустовых скважин. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Станок-качалка, содержащий основание, стойку, роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, противовесы и редуктор с электродвигателем и дополнительной скважиной, отличающийся тем, что в нем вместо массы противовесов, уравновешивающих колонну штанг в нефтедобывающей скважине, задействована идентичная колонна штанг соседней нефтедобывающей скважины через дополнительные гибкую подвеску и ведомый роторный балансир, соединенный с ведущим балансиром гибкой тягой. 2. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что на выходном валу редуктора на кривошипах установлены компенсирующие противовесы.