ПРИВОД ДЛЯ ГЛУБИННО-НАСОСНОЙ ШТАНГОВОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности штанговой насосной установке при отборе жидкости из скважины, и может быть использовано и в других отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Известна глубинно-насосная штанговая установка, содержащая насос, насосные штанги, стойку, балансир с головкой, шатун, кривошип с закрепленным на нем противовесом, редуктор, электродвигатель, (см. книгу Сидоров Н.А. Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1982 г., с.303-321).

Такие установки значительную часть от времени работы тратят на подготовительный ход насосных штанг вниз, что составляет половину времени работы установки.

Известна глубинно-насосная штанговая установка, содержащая силовой привод, уравновешиваемые линии подъема жидкости, включающие канатные подвески, полированные штоки, штанговые колонны, подсоединенные к двуплечему балансиру с двумя балансирными головками или к ступенчатому блоку шкива. Причем, по меньшей мере, две колонны насосно-компрессорных труб скреплены между собой. Балансирная головка со стороны присоединения шатуна к балансиру оснащена гибким тяговым органом, соединенным со второй канатной подвеской (RU № 2205979 C1, 10.06.2003).

Недостатком данной конструкции является то, что часть от времени работы каждой уравновешиваемой линии в отдельности тратится на подготовительный ход насосных штанг вниз, что составляет половину от общего времени работы данной уравновешиваемой линии. Также недостатком является невозможность применения данной конструкции для одиночной, отдельно находящейся скважины. Количество скважин должно быть не менее двух и на очень близком расстоянии.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является увеличение производительности глубинного насоса за счет уменьшения времени на подготовительный ход насосных штанг вниз. Снижение мощности, снижение крутящего момента приводного двигателя, снижение нагрузки на насосные штанги за счет увеличения времени на ход насосных штанг вверх.

Указанная задача решается тем, что в приводе для глубинно-насосной штанговой установки, содержащем двигатель, двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны связаны с глубинно-насосной штанговой установкой через балансир или непосредственно с насосными штангами.

В другом варианте в приводе для глубинно-насосной штанговой установки содержащем двигатель, двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны установлены в/на направляющей, при этом одно из центральных колес или сателлит подсоединен к балансиру через кривошип и шатун.

Кроме того, направляющая для шатунов механизма выполнена регулируемой по углу наклона.

Кроме того, направляющая для шатунов механизма выполнена с кривизной и регулируемой по углу наклона.

Изготовление привода для глубинно-насосной штанговой установки, где двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим, два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны связаны с глубинно-насосной штанговой установкой через балансир или непосредственно с насосными штангами, позволяет увеличить производительность глубинного насоса за счет уменьшения времени на подготовительный ход насосных штанг вниз. Также позволяет снизить мощность, снизить крутящий момент приводного двигателя, снизить нагрузки на насосные штанги за счет увеличения времени на ход насосных штанг вверх.

Связывание шатунов непосредственно с насосными штангами позволяет в определенных случаях упростить конструкцию глубинно-насосной штанговой установки.

Изготовление привода для глубинно-насосной штанговой установки, содержащей двигатель, где двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим, два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны установлены в/на направляющей, при этом один из центральных колес или сателлит подсоединен к балансиру через кривошип и шатун позволяет увеличить производительность глубинного насоса за счет уменьшения времени на подготовительный ход насосных штанг вниз. Также позволяет снизить мощность, снизить крутящий момент приводного двигателя, снизить нагрузки на насосные штанги за счет увеличения времени на ход насосных штанг вверх, давая при этом возможность получения разных вариантов компоновки для конкретных случаев исполнения механизма.

Связывание внешнего центрального колеса с балансиром через кривошип и шатун позволяет применить механизм для глубинно-насосных штанговых установок, находящихся в эксплуатации. Связывание внутреннего центрального колеса или сателлита с балансиром через кривошип и шатун позволяет получить разные варианты компоновки и исполнения механизма.

Выполнение направляющей для шатунов механизма, регулируемой по углу наклона, позволяет получение при необходимости меньших соотношений скоростей при ходе вверх насосных штанг к ходу вниз.

Выполнение направляющей для шатунов механизма с кривизной и регулируемой по углу наклона позволяет получение при необходимости переменного соотношения скоростей при ходе вверх насосных штанг к ходу вниз.

На фиг.1 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где балансир связан через шатуны с внешним центральным колесом и сателлитом механизма, генерирующим возвратно-поступательные движения с разной скоростью противоположных ходов;

на фиг.2 изображен узел I на фиг.1 в увеличенном масштабе;

на фиг.3 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где внутри механизма внешнее центральное колесо и сателлит соединены с шатунами механизма, а вторые концы шатунов установлены в/на направляющей механизма, при этом с балансиром связано внешнее центральное колесо через кривошип и шатун;

на фиг.4 изображен узел I на фиг.3 в увеличенном масштабе;

на фиг.5 изображена глубинно-насосная штанговая установка, где с балансиром связано внутреннее центральное колесо через кривошип и шатун;

на фиг.6 изображен узел I на фиг.5 в увеличенном масштабе;

на фиг.7 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где с балансиром связан сателлит через кривошип и шатун;

на фиг.8 изображен узел I на фиг.7 в увеличенном масштабе;

на фиг.9 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где направляющая для шатунов механизма выполнена регулируемой по углу наклона.

на фиг.10 изображен узел I на фиг.9 в увеличенном масштабе;

на фиг.11 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где направляющая для шатунов механизма выполнена с кривизной и регулируемой по углу наклона;

на фиг.12 изображен узел I на фиг.11 в увеличенном масштабе;

на фиг.13 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где балансир выполнен одноплечим;

на фиг.14 изображен узел I на фиг.13 в увеличенном масштабе;

на фиг.15 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где внутреннее центральное колесо и сателлит соединены с шатунами механизма, при этом с балансиром связано внутреннее центральное колесо через кривошип и шатун;

на фиг.16 изображен узел I на фиг.15 в увеличенном масштабе;

на фиг.17 схематично изображена глубинно-насосная штанговая установка, где шатуны механизма непосредственно связаны с насосными штангами;

на фиг.18 изображен узел I на фиг.17 в увеличенном масштабе.

Глубинно-насосная штанговая установка содержит стойку 1, балансир 2, насосные штанги 3, привод 4, в составе которого электродвигатель 5, редуктор 6, механизм 7, генерирующий возвратно-поступательные движения с разной скоростью противоположных ходов. Возможно изготовление привода 4 без редуктора 6, где механизм 7 выполняет также и функцию редуктора 6. Основой механизма 7 является дифференциальный механизм, состоящий из внешнего центрального колеса 8, внутреннего центрального колеса 9 и сателлита 10. Варианты исполнения дифференциального механизма, а также варианты исполнения и взаиморасположение центральных колес и сателлита могут быть различными (другие возможные варианты условно не показаны). К одному из центральных колес 8 или 9 и к сателлиту 10 или к обоим центральным колесам 8 и 9 подсоединены два шатуна 11 и 12. Другими концами шатуны 11 и 12 соединены с балансиром 2. Возможен вариант, когда вторые концы шатунов 11 и 12 установлены в/на направляющей 13. При этом один из центральных колес 8 или 9 или сателлит 10 подсоединен к балансиру 2 через кривошип 14 и шатун 15. Направляющая 13 может быть выполнена регулируемой по углу наклона и с определенной кривизной. Механизм 7 возможно подсоединить к одноплечему балансиру 2. Также возможно механизм 7 подсоединить непосредственно к насосным штангам 3.

Привод для глубинно-насосной штанговой установки работает следующим образом.

Электродвигатель 5 непосредственно или через редуктор 6 вращает внутреннее центральное колесо 9, которое в свою очередь будет вращать вокруг себя сателлит 10. При движении сателлита 10 вниз, когда шатуны 11 и 12 находятся по разные стороны от внутреннего центрального колеса 9, сателлит 10 будет увлекать вниз за собой и шатуны 11 и 12. При этом шатун 11 будет заставлять вращаться внешнее центральное колесо 8. Когда сателлит 10 при достижении нижней точки вращения начинает двигаться вверх, шатуны 11 и 12 тоже движутся вверх. Шатун 11 при этом заставляет вращаться внешнее центральное колесо 8 в другую сторону от первоначального направления вращения. Так как сателлит 10 получает вращательное движение вокруг внутреннего центрального колеса 9 из-за контакта с внешним центральным колесом 8, то при движении сателлита 10 вниз получается отнимание, а при движении вверх прибавление скорости вращения сателлита 10 вокруг внутреннего центрального колеса 9 из-за колебательного вращения внешнего центрального колеса 8. Таким образом, при движении сателлита 10 вниз получается скорость вращения сателлита 10 вокруг внутреннего центрального колеса 9 меньше, чем при движении сателлита 10 вверх. Так как шатуны 11 и 12 другими концами соединены с балансиром 2, то и балансир 2 будет делать колебательные движения в разные стороны с разной скоростью. Не производительное подготовительное движение вниз насосных штанг 3 будет происходить быстрее, а движение вверх насосных штанг 3 будет происходить медленнее, а значит нагрузки на все элементы снизятся, так как основная нагрузка на все узлы глубинно-насосной штанговой установки происходит при движении насосных штанг 3 вверх. Электродвигатель 5 можно будет устанавливать меньшей мощности, экономя при этом энергию.

Привод 4 или механизм 7, соединив со штатным электродвигателем 5, можно устанавливать и на глубинно-насосные штанговые установки, находящиеся в эксплуатации. В данном случае концы шатунов 11 и 12, не связанные с центральными колесами 8 и 9 и сателлитом 10, будут установлены в/на направляющей 13 механизма. Направляющую 13 можно выполнить регулируемой по углу наклона или регулируемой и с определенной кривизной. Это дает возможность изменять соотношение скоростей при ходе насосных штанг вверх и вниз или при необходимости получения переменного соотношения скоростей при ходе вверх насосных штанг к ходу вниз.

Кривошип 14 может быть присоединен к внешнему центральному колесу 8, или к внутреннему центральному колесу 9 или к сателлиту 10 с соответствующими для них возможными работоспособными вариантами крепления шатунов 11 и 12 к центральным колесам 8 и 9, и к сателлиту 10. Это позволяет получить разные варианты компоновки и исполнения механизма, расширяя возможные области применения механизма 7 в зависимости от условий эксплуатации.

Когда внутреннее центральное колесо 9 соединено с балансиром 2 через кривошип 14 и шатун 15, а шатун 11 соединен с внешним центральным колесом 8 (см. фиг.6), электродвигатель 5 непосредственно или через редуктор 6 вращает сателлит 10, который в свою очередь будет вращать внешнее центральное колесо 8, при этом внутреннее центральное колесо 9 будет совершать колебательные вращательные движения с разной скоростью в разные стороны.

В случае, когда внутреннее центральное колесо 9 соединено с балансиром 2 через кривошип 14 и шатун 15, а шатун 11 соединен с сателлитом 10 (см. фиг.16), электродвигатель 5 непосредственно или через редуктор 6 вращает внешнее центральное колесо 8, которое в свою очередь будет вращать сателлит 10, при этом внутреннее центральное колесо 9 будет совершать колебательные вращательные движения с разной скоростью в разные стороны.

Для упрощения конструкции глубинно-насосной штанговой установки возможно выполнение балансира 2 одноплечим или подсоединение привода 4 непосредственно к насосным штангам 3.

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности, в частности в штанговых насосных установках при отборе жидкости из скважины. Привод для глубинно-насосной штанговой установки содержит двигатель, связанный непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса. Причём, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колёс или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны связаны с глубинно-насосной штанговой установкой через балансир или непосредственно с насосными штангами. Двигатель может быть связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причём, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колёс или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны установлены в/на направляющей. При этом одно из центральных колес или сателлит подсоединён к балансиру через кривошип и шатун. Направляющая для шатунов механизма может быть выполнена регулируемой по углу наклона. Или направляющая для шатунов механизма выполнена с кривизной и регулируемой по углу наклона. Происходит увеличение производительности глубинного насоса за счет уменьшения времени на подготовительный ход насосных штанг вниз. Снижается мощность, крутящий момент приводного двигателя и нагрузка на насосные штанги за счет увеличения времени на ход насосных штанг вверх. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 18 ил.

1. Привод для глубинно-насосной штанговой установки, содержащий двигатель, отличающийся тем, что двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны связаны с глубинно-насосной штанговой установкой через балансир или непосредственно с насосными штангами.2. Привод для глубинно-насосной штанговой установки, содержащий двигатель, отличающийся тем, что двигатель связан непосредственно или через редуктор с механизмом, содержащим два шатуна, по меньшей мере, один сателлит и два центральных колеса, причем, по меньшей мере, сателлит и одно из центральных колес или два центральных колеса связаны с шатунами, а другими концами шатуны установлены в/на направляющей, при этом одно из центральных колес или сателлит подсоединен к балансиру через кривошип и шатун.3. Привод для глубинно-насосной штанговой установки по п.2, отличающийся тем, что направляющая для шатунов механизма выполнена регулируемой по углу наклона.4. Привод для глубинно-насосной штанговой установки по п.2, отличающийся тем, что направляющая для шатунов механизма выполнена с кривизной и регулируемой по углу наклона.