НАСОСНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F04B47/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе для механизированной добычи нефти, а более конкретно к насосной установке.

Уровень техники

По мере развития нефтяного промысла и усовершенствования связанных с ним технологий было создано большое количество разного оборудования для механизированной добычи, от станков-качалок до погружаемых электронасосов, винтовых насосов и т.д., удовлетворяющего требованиям различных производственных стадий. В настоящее время насосные установки, используемые для механизированной добычи, представляют собой преимущественно балансирные станки-качалки, которые на основе конструктивных особенностей четырехзвенных кривошипно-шатунных механизмов головки балансира могут быть классифицированы на обычные балансирные станки-качалки, сдвоенные насосные установки, насосные установки, работающие со сдвигом фаз, и насосные установки с двойной головкой балансира. Перечисленные виды насосных установок имеют низкие ходовые эксплуатационные характеристики и эффективные коэффициенты нагрузки, а также высокое энергопотребление. Кроме того, поскольку эти насосные установки характеризуются большими размерами и массами, они нуждаются в прочном фундаменте, сопряженном с относительно высокими разовыми инвестициями, а также высока трудоемкость работ по их регулировке и балансировке.

Раскрытие изобретения

С целью преодоления таких недостатков известных решений как низкие ходовые эксплуатационные характеристики и эффективные коэффициенты нагрузки, высокое энергопотребление, большие размеры и массы, высокие разовые инвестиции, стоимость обслуживания, высокая трудоемкость регулировочных и проверочных работ, изобретение предлагает насосную установку, которая имеет не только хорошие ходовые характеристики, высокий эффективный коэффициент нагрузки и низкое потребление энергии, но также небольшие размеры и собственную массу, требует меньших разовых инвестиций, более проста в регулировке и проведении проверочных операций и не нуждается в жестких штангах. Кроме того, установка согласно изобретению является многофункциональной насосной установкой, которая имеет функции нагнетания, функции обслуживания и тестирования, и не нуждается в специальных эксплуатационных деррик-кранах и буровых вышках во время операций по замене плунжера, а может выполнять спуско-подъемные операции за счет своей приводной мощности.

Насосная установка согласно изобретению содержит электродвигатель и основание и отличается тем, что предусмотрен кронштейн, вертикально прикрепленный к стороне основания, соединенной с устьем скважины; шкив, закрепленный в одной и той же плоскости, что и верхний конец кронштейна, причем на другом конце кронштейна последовательно закреплены электродвигатель и редуктор, при этом концевая головка выходного вала редуктора связана с кривошипом, а верхняя концевая головка кривошипа связана с подвижным шкивом, расположенным в одной плоскости с закрепленными шкивами; гибкий приводной элемент, вертикально подвешенный по центру устья скважины, последовательно пропущенный через закрепленный шкив, подвижный шкив и другой закрепленный шкив и прикрепленный к основанию. Предпочтительно, в одной и той же горизонтальной плоскости, что и верхний конец кронштейна, могут быть последовательно закреплены по меньшей мере три шкива.

Приводной элемент, вертикально подвешенный по центру устья скважины, соединен с верхним насосом и скважинным нефтяным насосом, а один из закрепленных шкивов может быть закреплен на верхнем конце телескопического кронштейна позиционирующего колеса. Кронштейн позиционирующего колеса может быть шарнирно прикреплен к устьевой стороне кронштейна при помощи связи. Основание предпочтительно закреплено на устье скважины посредством фланца и винтов. Прикрепляемый конец приводного элемента предпочтительно соединен с контрольно-измерительным прибором. Приводной элемент может быть выполнен в виде гибкого троса.

Выгодным результатом изобретения является следующее. Поскольку в насосной установке согласно изобретению использовано вышеописанное решение, за счет особенностей возвратно-поступательного движения вверх и вниз сдвоенных насосов на гибком тросе, приводимом подвижным шкивом на кривошипе, когда круговое движение кривошипа непосредственно преобразуется в возвратно-поступательное движение вверх и вниз гибкого приводного элемента, устраняется необходимость в насосной штанге и балансире, и можно снизить вес насосной установки, тем самым удвоив максимальный ход, а также улучшить ходовые характеристики в процессе работы, уменьшить потребление энергии, повысить эффективный коэффициент нагрузки, обеспечив при этом реализацию добычи скважинным нефтяным насосом. Кроме того, поскольку конструкция насосной установки проста и компактна, и исключена необходимость в жесткой штанге, можно уменьшить размеры установки, ее собственный вес и разовые инвестиции. В то же время, поскольку другой конец троса может быть присоединен к контрольно-измерительному прибору, возможно проведение проверочных работ без отключения установки, что упрощает процедуру контроля. Далее, путем изменения положения прикрепленного конца троса и передаточного отношения редуктора, можно регулировать величину хода без остановки работы насосной установки и за минимальное количество операций по регулировке хода.

Очевидно, что изобретение предлагает насосную установку, в особенности однокривошипную насосную установку двукратного действия на гибком тросе, которая не нуждается в специальных эксплуатационных деррик-кранах и буровых вышках во время операций по замене плунжера, а может выполнять спуско-подъемные операции за счет своей приводной мощности. Во время обычной работы установка обеспечивает не только хорошие ходовые характеристики, высокий эффективный коэффициент нагрузки и низкое энергопотребление, но также обладает небольшими размерами и собственным весом, требует меньших одноразовых инвестиций, облегчает регулировку параметров и проведение проверочных работ, а также устраняет необходимость в жестких насосных штангах.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, где

на фиг.1 представлен основной вид установки согласно изобретению,

на фиг.2 представлен вид слева установки по фиг.1,

на фиг.3 представлен вид сверху установки по фиг.1.

Осуществление изобретения

Для обозначения компонентов использованы следующие ссылочные обозначения: 1 - электродвигатель, 2 - основание, 3 - кронштейн, 4 - закрепленный шкив, 5 - закрепленный шкив, 6 - закрепленный шкив, 7 - фланец, 8 - редуктор, 9 - выходной вал, 10 - кривошип, 11 - подвижный шкив, 12 - верхний (устьевой) насос, 13 - приводной элемент, 14 - кронштейн позиционирующего колеса, 15 - связь, 16 - контрольно-измерительный прибор, 17 - насосный блок (скважинный нефтяной насос), 18 - насосно-компрессорная труба.

Как показано на фиг.1 в комбинации с фиг.2 и 3, однокривошипная насосная установка двукратного действия на гибком тросе содержит электродвигатель 1 и основание 2, на котором установлен фланец 7. Фланец 7 расположен между верхним и нижним фланцами устья скважины и закреплен на устье с помощью винтов. Кронштейн 3 вертикально прикреплен к соединительному концу основания 2 и устью, причем устьевая сторона кронштейна 3 шарнирно соединена с телескопическим кронштейном 14 позиционирующего колеса при помощи связи 15. Соединение между основанием 2 и устьем снижает требования к характеристикам фундамента, предъявляемые к насосной установке, тем самым резко снижая затраты на конструирование фундамента. За счет раздвижения кронштейна 14 позиционирующего колеса можно регулировать межцентровое расстояние между тросом и устьем скважины. Связь 15 используется для повышения стабильности кронштейна 14. Шкивы 4, 5 и 6 закреплены в одной и той же плоскости, что и верхние концы кронштейна 3 и кронштейна 14 позиционирующего колеса. Электродвигатель 1 и редуктор 8 последовательно закреплены на другом конце кронштейна 3, причем электродвигатель 1 и редуктор 8 могут быть объединены в одном корпусе. Концевая головка выходного вала 9 редуктора 8 связана с кривошипом 10, а верхняя концевая головка кривошипа 10 связана с подвижным шкивом 11, находящимся в одной плоскости с закрепленными шкивами 4, 5 и 6. Гибкий трос 13 подвешен по центру устья скважины и последовательно пропущен через закрепленные шкивы 4 и 5, подвижный шкив 11 и закрепленный шкив 6 и прикреплен к основанию 2. За счет возвратно-поступательного движения вверх и вниз сдвоенных насосов на тросе 13, приводимом подвижным шкивом 11 на кривошипе 10, когда круговое движение кривошипа непосредственно преобразуется в возвратно-поступательное движение вверх и вниз гибкого приводного элемента, устраняется необходимость в жесткой штанге и балансире, и можно снизить нагрузку и вес насосной установки, тем самым удвоив максимальный ход, а также улучшить ходовые характеристики, уменьшить потребление энергии, повысить эффективный коэффициент нагрузки, обеспечив при этом реализацию добычи скважинным нефтяным насосом. Прикрепляемый конец троса 13 присоединен к контрольно-измерительному прибору 16 для облегчения проведения контрольной процедуры без остановки работы. Далее, путем изменения длины прикрепляемого конца троса 13 и передаточного отношения редуктора 8, можно регулировать величину хода без остановки работы насосной установки и за минимальное количество операций по регулировке хода. Трос 13, вертикально подвешенный по центру устья скважины, соединен с верхним насосом 12 в устье скважины и со скважинным нефтяным насосом, причем верхний насос 12 выполняет функцию герметизации и способствует всасыванию, тем самым повышая эффективность добычи нефти. Таким образом, предлагаемая установка является многофункциональной насосной установкой, осуществляющей функции нагнетания, обслуживания и проверки. Кроме того, насосная установка обладает не только хорошими ходовыми характеристиками, высоким эффективным коэффициентом нагрузки и низким энергопотреблением, но также характеризуется небольшими размерами и собственным весом, низкими разовыми инвестициями, простотой регулировки параметров и проведения проверочных работ, а также исключением жестких штанг.

В процессе использования фланец 7, соединенный с основанием 2, расположен между большим крестовым соединением и верхним фланцем и прикреплен с помощью винтов. Путем регулирования телескопической штанги на кронштейне 14 позиционирующего колеса можно обеспечить вертикальное подвешивание троса 13 по центру устья скважины. Прикрепляемый конец троса 13 присоединен к контрольно-измерительному прибору, который закреплен на основании 2, а другой конец троса 13 пропущен через закрепленный шкив 6, подвижный шкив 11 и закрепленные шкивы 4 и 5, а затем присоединен к верхнему насосу 12. Трос 13 на нижнем от верхнего насоса 12 конце прикреплен к скважинному нефтяному насосу. Когда требуется отрегулировать величину хода путем изменения длины прикрепляемого конца троса 13 и передаточного отношения редуктора 8, ее можно осуществить без остановки работы насосной установки и за минимальное количество операций такой регулировки. Когда требуется замена плунжера скважинного насоса 17, в первую очередь необходимо вытянуть верхний насос, последовательно используя барабаны для вытягивания непрерывным образом. При установке плунжера скважинного насоса 17 сначала вставляют плунжер скважинного насоса 17, а затем окончательно устанавливают верхний насос 12.

Устройство предназначено для использования в насосной установке в области механизированной добычи нефти. Насосная установка содержит кронштейн (3), вертикально прикрепленный к соединительному концу основания (2) и устью скважины. Шкивы (4, 5, 6) закреплены в одной и той же плоскости, что и верхний конец кронштейна (3), причем на другом конце кронштейна (3) последовательно закреплены электродвигатель (1) и редуктор (8). Концевая головка выходного вала (9) редуктора (8) связана с кривошипом (10), верхняя концевая головка которого связана с подвижным шкивом (11), расположенным в одной плоскости с закрепленными шкивами (4, 5, 6). Гибкий трос (13) вертикально подвешен по центру устья скважины и последовательно пропущен через закрепленные шкивы (4, 5, 6) и подвижный шкив (11) и затем прикреплен к основанию (2). Гибкий трос (13) соединен внизу с плунжерным устьевым герметизированным насосом (12) и с плунжерным скважинным нефтяным насосом (17). Данная насосная установка характеризуется хорошими ходовыми эксплуатационными характеристиками, имеет высокий эффективный коэффициент нагрузки. Для снижения потребления энергии при работах, связанных с подъемом и спуском плунжерного скважинного нефтяного насоса (17), может быть использована собственная приводная мощность установки в совокупности со специальными инструментами. Насосная установка также имеет небольшие размеры и вес. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Насосная установка, содержащая электродвигатель (1) и основание (2), отличающаяся тем, что предусмотрен кронштейн (3), вертикально прикрепленный к соединительному концу основания (2) и устью скважины; шкивы (4, 5, 6), закрепленные в одной и той же плоскости, что и верхний конец кронштейна (3), причем на другом конце кронштейна (3) последовательно закреплены электродвигатель (1) и редуктор (8), при этом концевая головка выходного вала (9) редуктора (8) связана с кривошипом (10), а верхняя концевая головка кривошипа (10) связана с подвижным шкивом (11), который расположен в одной плоскости с закрепленными шкивами (4, 5, 6); гибкий приводной элемент (13), вертикально подвешенный по центру устья скважины, последовательно пропущенный через закрепленные шкивы (4, 5), подвижный шкив (11) и закрепленный шкив (6), прикрепленный к основанию (2), причем гибкий приводной элемент (13) соединен внизу с плунжерным устьевым герметизированным насосом (12) и с плунжерным скважинным нефтяным насосом (17).2. Насосная установка по п.1, отличающаяся тем, что гибкий приводной элемент (13) соединен с плунжерным устьевым герметизированным насосом (12) и с плунжерным скважинным нефтяным насосом (17).3. Насосная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что шкив (4) закреплен на верхнем конце телескопического кронштейна (14) позиционирующего колеса, причем кронштейн позиционирующего колеса шарнирно прикреплен к устьевой стороне кронштейна (3) при помощи связи (15).4. Насосная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что основание (2) закреплено на устье скважины посредством фланца (7) и винтов.5. Насосная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что прикрепляемый конец гибкого приводного элемента (13) соединен с контрольно-измерительным прибором (16).6. Насосная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что гибкий приводной элемент (13) представляет собой гибкий трос.7. Насосная установка по п.6, отличающаяся тем, что гибкий трос представляет собой стальной трос, неметаллический, или металлический трос, или гибкий трос, или ленту, обладающую устойчивостью к растяжению и износу и адаптированную к условиям эксплуатации насосной штанги.8. Насосная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью осуществления операций по спуску и подъему плунжерного скважинного нефтяного насоса за счет собственной приводной мощности посредством барабана, установленного на указанном выходном валу.