ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА Российский патент 2009 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин при одновременно-раздельной эксплуатации пластов двумя скважинными штанговыми насосами.

Известен привод скважинного штангового насоса, выполненный в виде станка-качалки, содержащий размещенные на раме электродвигатель, редуктор, стойку, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, противовес, головку балансира, связанного с колонной штанг посредством канатной подвески (МУРАВЬЕВ И.М. Технология и техника добычи нефти и газа, «Недра», Москва, 1971 г., стр.319, рис.144).

Недостатком привода является невозможность одновременной эксплуатации двух пластов в одной скважине с двумя штанговыми насосами с адаптацией наземного оборудования индивидуально под каждый пласт.

Задачей предлагаемого технического решения является осуществление возможности одновременно-раздельной эксплуатации двух пластов в одной скважине двумя штанговыми насосами одним приводом с адаптацией наземного оборудования под условия каждого пласта.

Поставленная техническая задача решается тем, что привод скважинного штангового насоса, выполненный в виде станка-качалки, содержащий размещенные на раме электродвигатель, редуктор, стойку, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, противовес, головку балансира, связанного с колонной штанг посредством канатов и подвески, дополнительно содержит размещенные на раме стойки, на вершине которых установлены жестко соединенные между собой шкивы с закрепленными на них одним концом канатами, попарно образующих три канатные пары, причем другим концом одна канатная пара соединена с подвеской станка качалки, другая канатная пара посредством подвески соединена со второй колонной штанг, а третья канатная пара соединена с противовесом, размещенным между стойками с возможностью перемещения посредством роликов. Отношение диаметров шкивов равно отношению длины ходов колонн штанг.

На фиг.1 изображен привод на базе станка-качалки.

На фиг.2 показан блок шкивов, а - вид сбоку, б - вид спереди.

Привод скважинного штангового насоса содержит установленную на основании 1 привод, выполненный в виде станка-качалки 2, балансирная головка 3 которого посредством подвески 4 соединена с колонной штанг 5, раму 6 со стойками 7, на вершине которых размещены жестко соединенные друг с другом шкивы 8 и 9 с канатными парами 10, 11, 12, связанных соответственно с подвеской станка-качалки 4, с подвеской 13 второй колонны штанг 14, с противовесом 15. Верхние концы канатной пары 11 жестко закреплены на шкиве 9, а концы канатных пар 10, 12 на шкиве 8, который выполнен двойным и размещен по обе стороны шкива 9, ролики 16, 17, 18 предназначены для регулировки положения канатных пар (см. фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Предварительно подготавливают площадку перед скважиной для установки привода. Затем привод доставляют к скважине и устанавливают сначала станок-качалку, а затем раму со стойками. Оборудование устанавливают на железобетонное основание 1. Затем раму 6 крепят известным способом к основанию 1. Стойки 7 устанавливают таким образом, чтобы канатная пара 10 находилась над подвеской 4, канатная пара 11 размещалась над подвеской 13 посредством регулировочного ролика 17 (см. фиг.2). Канатные пары 10 и 11 соединяют с соответствующими подвесками. Шкивы 8 и 9 необходимого диаметра устанавливаются заранее.

Колонна штанг, имеющая большую длину хода, соединяется с канатной парой шкива большего диаметра, и наоборот.

Так как диаметр большего шкива остается неизменным, то диаметр второго (меньшего по диаметру шкива) можно вычислить по формуле (1)

где D - диаметр большего шкива, м;

L₁ - длина хода колонны штанг, наименьшая, м;

L₂ - длина хода колонны штанг, наибольшая, м.

Например: Длина хода колонны штанг 5 равна L₂=3 м, диаметр большего шкива D=0,84 м, длина хода колонны штанг 14 должна быть L₁=2,5 м, тогда диаметр меньшего шкива будет равен:

d=0,84·2,5/3=0,7 м.

Вес противовеса 15 доводят до необходимого значения добавлением контргрузов, который можно вычислить по формуле (2)

где P_н - величина суммарной нагрузки в местах соединения колонн штанг с подвесками при ходе вниз, Н;

R_пр - приведенный радиус шкивов, R_пр=(D+d)/4, м;

R - радиус шкива, соответствующего противовесу, м.

Например: Величина суммарной нагрузки на подвесках (вес штанг в жидкости) при ходе штанг вниз составляет Р_н=53716 н, R_пр=(0,87+0,7)/4=0,385 м, R=D/2=0,84/2=0.42 м, тогда Р_п будет меньше или равен:

Р_п≤53716·0,385/0,42≤49239,7 н.

После завершения установки и регулировки привода запускается двигатель станка-качалки. При ходе головки балансира вверх происходит подъем колонны штанг 5. Так как суммарный момент, сил создаваемый штангами, уменьшился, то одновременно противовес 15 начинает движение вниз, вращая шкивы 8, 9 и поднимая вверх колонну штанг 14, наматывая при этом канатные пары 10, 11 на шкивы 8, 9. Так как шкивы 8 и 9 имеют разные диаметры, то и длина хода подвесок 4 и 13 будет разной. При достижении головкой балансира верхней мертвой точки (ВМТ) канатные пары 10, 11 намотаны на соответствующие шкивы, а противовес достиг НМТ. При ходе головки балансира вниз колонна штанг 5 под действием собственного веса опускается вниз и увлекает за собой канатную пару 11. Так как суммарный момент сил, создаваемый колоннами штанг, больше момента сил, создаваемый противовесом, то штанги опускаются вниз, разматывая при этом канатные пары 10, 11 со шкивов 8, 9 и наматывая одновременно канатную пару 12, поднимая противовес 15. В положении головки балансира в НМТ, противовес находится в ВМТ, а подвески 4 и 13 в НМТ. Далее процесс повторяется.

Привод скважинного штангового насоса данной конструкции позволяет одной установкой эксплуатировать два пласта одновременно в одной скважине, при этом интенсивность отбора можно регулировать индивидуально для каждого пласта. Благодаря дополнительному уравновешиванию установка позволяет добиться экономии электроэнергии.

Изобретение предназначено для использования в нефтегазодобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами при одновременно раздельной эксплуатации двух пластов в одной скважине двумя плунжерными насосами. Привод выполнен в виде станка-качалки. Дополнительно содержит размещенные на раме стойки, на вершине которых установлены жестко соединенные между собой шкивы с закрепленными на них одним концом канатами. Они образуют попарно канатные пары. Одним концом одна пара соединена с подвеской станка-качалки, другая - со второй колонной штанг, а третья - с противовесом, размещенным между стойками с возможностью перемещения посредством роликов. Для изменения длины хода колонны штанг диаметры шкивов подбирают как отношение длин хода колонны штанг. Устройство заменяет в некоторых случаях два привода, позволяет более эффективно эксплуатировать пласты, изменяя длину хода колонны штанг, снижает энергопотребление. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Привод скважинного штангового насоса, выполненный в виде станка-качалки, содержащий размещенные на раме электродвигатель, редуктор, стойку, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, противовес, головку балансира, связанного с колонной штанг посредством канатов и подвески, отличающийся тем, что привод дополнительно содержит размещенные на раме стойки, на вершине которых установлены жестко соединенные между собой шкивы с закрепленными на них одним концом канатами, попарно образующих три канатные пары, причем другим концом одна канатная пара соединена с подвеской станка-качалки, другая канатная пара посредством подвески соединена со второй колонной штанг, а третья канатная пара соединена с противовесом, размещенным между стойками с возможностью перемещения посредством роликов.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что отношение диаметров шкивов равно отношению длины ходов колонн штанг.