СКВАЖИННАЯ ШТАНГОВАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к насосным установкам, специально предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин с приводным устройством, расположенным на поверхности земли.

Известна штанговая скважинная насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса и штанговращатель. Штанговращатель располагается ниже устьевого уплотнения колонны штанг и содержит ведомую шестерню, жестко связанную с колонной насосно-компрессорных труб, и ведущую шестерню, установленную на колонне штанг с возможностью вращательного и поступательного движения относительно ее продольной оси (авт. свид. СССР N 1767224 МКИ⁵ F 04 B 47/00).

Такое расположение штанговращателя в скважине усложняет его монтаж и обслуживание при эксплуатации скважины, а штанговращатель имеет сложную конструкцию.

Известна другая скважинная штанговая насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель. Штанговращатель подвешен на балансире и расположен выше устья скважины. Рукоятка штанговращателя соединена с телом балансира посредством компенсатора и гибкого элемента (рекламный проспект штанговращателя Пат. Уэлл PW 252, изготовитель "Позитив Акшн Тул Вестерн Лтд.", г Калгари и г. Эдмонтон, штат Альберта, Канада.).

Такое расположение штанговращателя обеспечивает доступ к нему и упрощает его монтаж и обслуживание при эксплуатации скважины.

Однако надежность работы такой установки низка, что объясняется возможностью попадания гибкого элемента (когда он находится в ослабленном состоянии) под головку балансира и его обрыва. При эксплуатации наклонно направленных и искривленных скважин на колонну штанг действует большое усилие, которое приводит к скручиванию троса подвески и развороту штанговращателя относительно оси подвески. При этом меняется угловое положение рукоятки штанговращателя, приводящее к невозможности ее поворота посредством гибкого элемента и его обрыву.

Кроме того, при повороте балансира вниз гибкий элемент натягивается, выбирая слабину, а поворот колонны штанг осуществляется только в конце хода балансира, что увеличивает нагрузку на узлы и детали штанговращателя, поскольку поворот колонны штанг не распределяется на всю величину поворота балансира. Поворот штанг происходит в положении, когда балансир находится в нижнем положении и трос подвески имеет наибольшую свободную длину и наименьшее сопротивление кручению, что приводит к скручиванию троса подвески.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы скважинной штанговой насосной установки за счет надежной работы штанговращателя и исключения скручивания троса подвески.

Поставленная задача решается усовершенствованием скважинной штанговой насосной установки, содержащей станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель, рукоятка которого соединена с балансиром посредством гибкого элемента.

Это усовершенствование заключается в том, что гибкий элемент соединен с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира.

Кроме того, гибкий элемент может быть соединен с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания.

Кроме того, гибкий элемент может быть соединен с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания.

Соединение гибкого элемента с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира, позволяет исключить попадание гибкого элемента под головку балансира, а следовательно, исключить его обрыв и таким образом повысить надежность работы установки.

Кроме того, такое соединение гибкого элемента с балансиром позволяет перемещать гибкий элемент со скоростью, большей скорости перемещения троса подвески, обеспечивая рабочий ход рукоятки штанговращателя при ходе балансира вверх. Таким образом, поворот штанг происходит при уменьшении длины троса подвески и увеличивающемся его сопротивлении кручению, что также повышает надежность работы установки.

Соединение гибкого элемента с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания позволяет настраивать необходимый угол поворота рукоятки штанговращателя, а следовательно, и штанг при разных длинах хода колонны штанг и на установках с различными типоразмерами станков - качалок, что необходимо для работы на скважинах с различными характеристиками (глубиной, искривленностью, запарафиненностью).

Соединение гибкого элемента с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания позволяет настраивать угол поворота рукоятки штанговращателя, а следовательно, и штанг при различных длинах хода колонны штанг и на установках с различными типоразмерами станков - качалок.

Изобретение поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 схематично изображена предлагаемая скважинная штанговая насосная установка в нижнем положении балансира, на фиг. 2 - выносной элемент 1 на фиг. 1, на фиг. 3 - скважинная штанговая насосная установка в верхнем положении балансира, на фиг. 4 - выносной элемент 1 на фиг. 3.

Скважинная штанговая насосная установка содержит станок - качалку с балансиром 1, колонну штанг 2, подвешенную к балансиру 1 посредством троса 3, и штанговращатель 4, рукоятка 5 которого соединена с балансиром 1 посредством гибкого элемента 6. Гибкий элемент 6 соединен с балансиром 1 на расстоянии L от оси 7 его качания, превышающем R - радиус головки балансира (экспериментально определено, что (L-R)/R = 1/12 - 1/6). Гибкий элемент 6 соединен с балансиром 1 посредством кронштейна 8, вдоль которого выполнены отверстия 9 для закрепления гибкого элемента с возможностью изменения расстояния L от оси 7 качания балансира 1. Вдоль рукоятки 5 штанговращателя 4 выполнены отверстия 10 для соединения гибкого элемента 6 с рукояткой 5 с возможностью изменения расстояния от оси 11 ее качания.

Перед началом работы производят настройку угла поворота рукоятки 5 штанговращателя 4 в зависимости от длины хода колонны штанг 2 и типоразмера станка - качалки. Для этого один конец гибкого элемента 6 закрепляют в соответствующем отверстии 9 кронштейна 8, а другой - в соответствующем отверстии 10 рукоятки 5.

Скважинная штанговая насосная установка работает следующим образом.

При ходе вверх балансира 1 гибкий элемент 6, перемещаясь с большей скоростью, чем трос 3 подвески, тянет вверх рукоятку 5 штанговращателя 4, движение которой узлами штанговращателя 4 преобразуется в плавный поворот штанг 2 на всей длине хода балансира 1, обеспечивая их завинчивание. При этом гибкий элемент 6 перемещается практически в вертикальном направлении и обеспечивает работу штанговращателя 4 при любом угловом положении его рукоятки 5.

Поворот штанг происходит при уменьшении длины троса 3 подвески и увеличивающемся его сопротивлении кручению, что исключает скручивание троса 3.

При обратном ходе балансира 1 поворота узлов штанговращателя 4, а следовательно, и относительного поворота штанг 2 не происходит.

Таким образом, предлагаемая скважинная штанговая насосная установка работает в режиме, при котором увеличивается срок службы штанговращателя за счет обеспечения его плавной работы на всей длине хода балансира, а также исключается скручивание троса подвески при любых условиях эксплуатации (порывистом ветре, наклонно направленных и искривленных скважинах).

Устройство предназначено для использования в насосных установках для подъема жидкостей с больших глубин, например из скважин с приводным устройством, расположенным на поверхности земли. Скважинная штанговая насосная установка содержит станок - качалку с балансиром 1, колонну штанг 2, подвешенную к балансиру 1 посредством троса 3, и штанговращатель 4, рукоятка 5 которого соединена с балансиром 1 посредством гибкого элемента 6. Гибкий элемент 6 соединен с балансиром 1 на расстоянии L от оси 7 его качания, превышающем радиус головки балансира. Изобретение позволяет повысить надежность работы скважинной штанговой насосной установки за счет надежной работы штанговращателя и исключения скручивания троса подвески. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Скважинная штанговая насосная установка, содержащая станок - качалку с балансиром, колонну штанг, подвешенную к балансиру посредством троса, и штанговращатель, рукоятка которого соединена с балансиром посредством гибкого элемента, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с балансиром на расстоянии от оси его качания, превышающем радиус головки балансира. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с балансиром с возможностью изменения расстояния от оси его качания. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гибкий элемент соединен с рукояткой штанговращателя с возможностью изменения расстояния от оси ее качания.