Скважинная штанговая насосная установка Российский патент 2020 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к техническим средствам для подъема жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами.

Известен станок-качалка (патент SU №682668, МПК F04B 47/02, опубл. 30.08.1979 в бюл. №32) для привода глубинных штанговых насосов в двухствольных скважинах, установленный на фундаменте, содержащий раму, стойку, балансир, головку балансира и канатную подвеску, причем с целью упрощения конструкции и повышения эффективности его в работе путем осуществления возможности работы насоса во второй, рядом расположенной скважине от холостого хода головки балансира, в нижней части головки балансира, с ее тыльной стороны установлен роликовый узел для крепления канатной подвески, а рама снабжена стрелой, причем на фундаменте установлена дополнительная стойка, взаимодействующая со стрелой и имеющая ось, на которой установлен шкив.

Недостатками устройства являются необходимость строительства фундамента под стойку, отсутствие возможности индивидуального регулирования скорости откачки для каждой скважины, а также усложнение конструкции станка-качалки и повышенная металлоемкость.

Известна глубинно-насосная штанговая установка (патент RU №2205979, МПК F04B 47/02, опубл. 10.06.2003 в бюл. №16), содержащая силовой привод, реверсивный приводной орган, уравновешиваемые линии подъема жидкости, включающие канатные подвески, полированные штоки, штанговые колонны и плунжеры поршневых насосов, размещенные в изолированных друг от друга колоннах насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину. Уравновешиваемые линии подъема жидкости содержат, по меньшей мере, по одному поршневому насосу различных типоразмеров, а, по меньшей мере, одна пара полированных штоков уравновешиваемой линии посредством траверсы и канатной подвески подсоединена к реверсивному приводному органу, выполненному в виде двуплечего балансира с двумя балансирными головками или в виде ступенчатого блока-шкива, причем, по меньшей мере, две колонны насосно-компрессорных труб скреплены между собой хомутами с интервалом их расположения, равным не более длины волны продольного изгиба одиночной колонны насосно-компрессорных труб под действием напорного усилия плунжера. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на нижнем пласте, имеющем меньший дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом меньшего диаметра, а на верхнем пласте - поршневым насосом большего диаметра или двумя равновеликими по суммарной производительности поршневыми насосами меньшего диаметра, полированные штоки которых через траверсы и канатные подвески подсоединены к реверсивному приводному органу. Установка может быть оснащена двумя парами колонн насосно-компрессорных труб с поршневыми насосами одинакового или различных типоразмеров в каждой паре, причем полированные штоки каждой пары насосов через равноплечие или неравноплечие траверсы подсоединены канатными подвесками к разным плечам реверсивного приводного органа. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на нижнем пласте, имеющем больший или равный с верхним пластом дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, канатная подвеска этого насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска верхнего поршневого насоса меньшего диаметра - к блоку большего диаметра ступенчатого блока-шкива. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на верхнем пласте, имеющем больший дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, канатная подвеска этого насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска нижнего поршневого насоса меньшего диаметра - к большему диаметру сдвоенного блока-шкива. При ступенчатом подъеме жидкости из скважины на верхнем горизонте установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, на нижнем горизонте - поршневым насосом меньшего диаметра, канатная подвеска верхнего насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска нижнего насоса - к блоку большего диаметра ступенчатого блока-шкива. Реверсивный приводной орган может быть выполнен в виде станка-качалки с двуплечим балансиром, у которого балансирная головка со стороны присоединения шатуна к балансиру оснащена гибким тяговым органом, соединенным со второй канатной подвеской, отклоняющими и направляющим роликами, закрепленными на станине станка-качалки. Реверсивный приводной орган может быть выполнен в виде ступенчатого блока-шкива с отклоняющими роликами, обеспечивающими взаимную ориентацию канатных подвесок и полированных штоков уравновешиваемых линий подъема нефти. Узел соединения канатной подвески, по меньшей мере, с двумя полированными штоками каждой уравновешиваемой линии может быть выполнен в виде траверсы, с которой скреплены полированные штоки, а канатная подвеска соединена с траверсой роликовым или шаровым шарниром, обеспечивающим возможность изменения соотношения плеч между шарниром и местами крепления полированных штоков.

Недостатками устройства являются:

во-первых, длина хода и частота хода всех скважинных штанговых насосов одинакова и равна длине хода и частоте качаний силового привода, поэтому согласование скоростей откачки линий подъема жидкости со скоростями притока объектов (пластов) скважины индивидуально возможно только подбором насосов для каждой линии по отдельности, что при оптимизации работы объекта скважины приводит к необходимости замены насоса или насосов бригадой подземного ремонта скважин. Такой способ оптимизации не только затратный из-за необходимости продолжительной остановки скважины, привлечения сторонних организаций и др., но и не позволяет эффективно эксплуатировать пласты скважины из-за ограниченного количества размеров насосов по диаметру плунжера, которые можно спустить в скважину с двумя параллельными колоннами труб, что сужает возможности применения такой установки;

во-вторых, отказ одного насоса установки с двумя параллельными колоннами труб приводит к отказу всей установки, соответственно простою другого объекта скважины до устранения отказа;

в-третьих, колонны штанг подсоединены к реверсивному приводному органу с помощью канатных подвесок, что при определенных условиях может привести к проскальзыванию канатов, соответственно к их преждевременному износу;

в-четвертых, при использовании в качестве силового привода станка-качалки необходимо вмешательство в его конструкцию (усложнение), что нежелательно по причине того, что привод - это покупное изделие, продаваемое отдельно от установки, и изменение его конструкции требует согласования с изготовителем.

Наиболее близкой по технической сущности является скважинная штанговая насосная установка (патент RU №2614296, МПК F04B 47/02, опубл. 24.03.2017 в бюл. №9), содержащая силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединенный с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, две уравновешиваемые линии подъема жидкости разного веса, включающие соответствующие подвески, соединенные с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещенные в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину. Реверсивный приводной орган оснащен барабаном с гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки на барабан при вращении реверсивного приводного органа, другой конец гибкой тяги закреплен на различном уровне в пределах высоты силового привода на механизме крепления, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины, причем барабан выполнен с возможностью намотки гибкой тяги с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки для обеспечения соответственно увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода. Конец гибкой тяги может быть закреплен на механизме крепления ниже крайнего нижнего положения приводного органа для обеспечения большего хода более тяжелой линии подъема, выше крайнего нижнего положения приводного органа для обеспечения большего хода более легкой линии подъема или между крайними верхним и нижним положениями приводного органа для обеспечения двойного подъема и спуска хода линий подъема во время одного рабочего цикла силового привода.

Недостатками устройства являются:

во-первых, необходимым условием работоспособности известного устройства является наличие движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, возникающей из-за разницы нагрузок в точках подвеса линий подъема жидкости. Отсюда следует требование, что одна из линий подъема жидкости должна быть более тяжелой чем другая в любой момент времени как при ходе вверх, так и при ходе вниз силового привода. При невыполнении этого требования, т.е. если, например, при ходе вверх линия подъема была более тяжелой чем другая линия, а при ходе вниз или на каком-то участке хода вниз становится более легкой, или нагрузки от линий подъема выравниваются хотя бы на какой-то момент времени, что на практике имеет место, то устройство становится неработоспособным: происходит или провисание гибкой тяги или вращение приводного органа в обратную сторону, или т.п., приводящие к аварийным ситуациям (обрыву гибкой тяги, ударам и повреждению других узлов установки и др.), т.к. на гибкую тягу при работе установки действует сила натяжения, зависящая от разницы нагрузок в точках подвеса линий подъема жидкости;

во-вторых, в реальных условиях эксплуатации, на скважине, при монтаже установки необходимо добиться расположения проекций осей колонн штанг лифтов на горизонтальную плоскость (две точки) на продольной оси наземного привода, например, станка-качалки, и расположение осей колонн штанг лифтов на одной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось станка-качалки, а также исключить смещения во время эксплуатации установки. Любые отклонения приводят к появлению дополнительных нагрузок в установке, перекосам, поворотам и задеваниям при работе, нарушающим его работоспособность.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы установки для одновременной раздельной добычи продукции двух объектов (пластов) скважины за счет исключения аварий при работе из-за использования разницы весов линий подъема в качестве движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода и из-за влияния взаимного расположения наземного и скважинного оборудования.

Поставленная техническая задача решается скважинной штанговой насосной установкой, содержащей силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединенный с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, и оснащенный барабаном с гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки на барабан при вращении реверсивного приводного органа для обеспечения, соответственно, увеличения или уменьшения, хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, с закрепленным другим концом гибкой тяги на механизме крепления, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины, две уравновешиваемые линии подъема жидкости, включающие соответствующие подвески, соединенные с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещенные в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину.

Новым является то, что реверсивный приводной орган оснащен как минимум одним дополнительным барабаном с дополнительной гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным уменьшением или увеличением диаметра намотки на дополнительный барабан при вращении реверсивного приводного органа при соответственном увеличении и уменьшении диаметра намотки гибкой тяги на барабан и креплением дополнительной гибкой тяги на различном уровне в пределах высоты силового привода на механизме крепления в противоположном от крепления гибкой тяги конце, реверсивный приводной орган также оснащен верхней и нижней балками, соединенными между собой с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом нижняя балка связана с тяговым органом, а верхняя - с реверсивным приводным органом.

На фиг. 1 схематично изображена установка скважинного штангового насоса, вид сбоку; на фиг. 2 - схематично изображена наземная часть установки; на фиг. 3 - схематично изображена установка с обозначениями размеров в крайнем верхнем положении приводного органа; на фиг. 4-6 - схематично изображена работа установки с большей, чем у силового привода, длиной хода более тяжелой линии подъема; на фиг. 7-9 - схематично изображена работа установки с большей, чем у силового привода, длиной хода более легкой линии подъема.

Скважинная штанговая насосная установка содержит силовой привод 1, например, станок-качалку (фиг. 1), цепной привод, гидравлический привод или др. (на фиг. не показаны) с тяговым органом 2, например, канатом, лентой или др., реверсивный приводной орган 3, две уравновешиваемые линии подъема жидкости 4 и 5, включающие соответствующие подвески 6 и 7, соединенные с реверсивным приводным органом 3 посредством гибкого элемента 8, устьевые штоки 9 и 10, штанговые колонны 11 и 12 и насосы 13 и 14, размещенные в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб 15 и 16, спущенных в скважину 17. Силовой привод 1 подбирается с учетом веса обеих линий подъема жидкости 4 и 5.

Реверсивный приводной орган 3 может быть в виде блока, шкива, звездочки и другого тела вращения, передающего движение гибкому элементу 8, например, канату, ленте, цепи и т.п. Реверсивный приводной орган 3 (фиг. 2) соединен с силовым приводом 1 с возможностью вращения в опорах 18, например, подшипниках качения, или подшипниках скольжения, или т.п. (на фиг. 2 показаны условно), и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом 2.

Реверсивный приводной орган 3 оснащен барабаном 19 с гибкой тягой 20, выполненной с возможностью намотки на барабан 19 с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки на барабан 19 при вращении реверсивного приводного органа 3, другой конец гибкой тяги 20 (фиг. 1) закреплен на различном уровне в пределах высоты силового привода 1 на механизме крепления 21, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины 17. В качестве гибкой тяги 20 могут быть использованы канат, проволока или т.п. Механизм крепления 21 может быть в виде неподвижной отдельно стоящей стойки, как на фиг. 1 и 2, с креплением гибкой тяги 20 на разной высоте или в виде зажима (на фиг. не показан) на устьевой арматуре 22 (фиг. 1), установленного на устье скважины 17, или на другом фиксированном относительно устья скважины 17 элементе наземного оборудования, например, на стойке балансира станка-качалки (силовой привод 1), или в виде другого механизма.

Механизм крепления 21 может быть расположен со стороны линии подъема 4, как на фиг. 1, при этом увеличивается длина хода насоса 14 линии подъема 5 и уменьшается длина хода насоса 13 линии подъема 4 на ΔS, или со стороны линии подъема 5 (на фиг. 1-9 не показано), при этом увеличивается длина хода насоса 13 линии подъема 4 и уменьшается длина хода насоса 14 линии подъема 5 на ΔS.

Барабан 19 (фиг. 2) выполнен с возможностью намотки гибкой тяги 20 с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки. Диаметр барабана 19 определяется при его крайнем верхнем положении (фиг.6) по следующей формуле:

,

где - расстояние по вертикали от нижней точки головки балансира для станка-качалки, или барабана цепного привода, или другого наиболее близкого узла другого силового привода 1 до верхнего торца сальника устьевой арматуры 22 (фиг. 3);

- минимальное безопасное расстояние для исключения соударения верхней балки 25 (фиг. 3) с головкой балансира станка-качалки или барабана цепного привода, или другого наиболее близкого узла другого силового привода 1 и ближайшей подвески 6 или 7 с барабаном 19;

h - высота подвески с учетом длины муфты штока;

- длина хода силового привода;

- необходимый (расчетный) дополнительный ход линий подъема жидкости 4 и 5;

- минимальное расстояние от подвески 6 или 7 до верхнего торца сальника устьевой арматуры 22; по требованиям безопасности 200 мм.

Например, для смонтированного на скважине силового привода 1 - станка-качалки СК8-3,5-5600 при 3780 мм, =100 мм, h=350 мм; =2500 мм и =410 мм получаем 220 мм.

Минимальный диаметр барабана 19 определяется согласно действующим «Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» по минимальному диаметру гибкой тяги 20.

Конец гибкой тяги 20 может быть закреплен на механизме крепления 21 выше крайнего верхнего положения приводного органа 3, как на фиг. 1 и 2, или ниже крайнего нижнего положения приводного органа 3. Длина гибкой тяги 20 (фиг. 2) рассчитывается с учетом всего диапазона изменения диаметров намотки на барабан 19.

Реверсивный приводной орган 3 оснащен как минимум одним дополнительным барабаном 23, с дополнительной гибкой тягой 24, выполненной с возможностью намотки с последовательным уменьшением или увеличением диаметра намотки на дополнительный барабан 23 при вращении реверсивного приводного органа 3 при соответственном увеличении и уменьшении диаметра намотки гибкой тяги 20 на барабан 19, для этого направление намотки гибкой тяги 24 на дополнительный барабан 23 должно быть в противоположном направлении намотки гибкой тяги 20 на барабан 19. Для достижения поставленной задачи достаточно одного дополнительного барабана 23 с дополнительной гибкой тягой 24, при этом основной барабан 19 и дополнительный барабан 23 должны быть расположены симметрично относительно центра тяжести реверсивного приводного органа 3 для минимизации вредного момента, образованного силами натяжения гибких тяг 20 и 24. На фиг. 2 изображены два дополнительных барабана 23 с дополнительными гибкими тягами 24, расположенные по обе стороны от основного барабана 19 с гибкой тягой 20 (предпочтительный вариант). При таком расположении исключается образование вредного момента, образованного силами натяжения гибких тяг 20 и 24. Количество дополнительных барабанов зависит от прочности гибких тяг 24, и исходя из практики не превышает четырех, что является достаточным для обеспечения поставленной технической задачи. На фиг. 1-9 направление намотки гибкой тяги 20 на барабан 19 показано по часовой стрелке, а направление намотки гибких тяг 24 на барабаны 23 - против часовой стрелки, но возможно и обратное показанному направление намотки гибких тяг 20 и 24. Диаметры намотки гибких тяг 24 на барабаны 23 в середине хода силового привода 1 вверх или вниз должны быть равны диаметру намотки гибкой тяги 20 на барабан 19 для обеспечения неизменной скорости откачки линий подъема жидкости 4 и 5 (фиг. 1) при переходах, когда более тяжелая линия подъема жидкости, например 5, во время работы установки становится более легкой и наоборот. Дополнительные барабаны 23 (фиг. 2) жестко соединены или выполнены заодно с барабаном 19.

Свободные концы дополнительных гибких тяг 24 аналогично гибкой тяге 20 могут быть закреплены на механизме крепления 21 как выше крайнего верхнего положения приводного органа 3, так и ниже крайнего нижнего положения приводного органа 3, как на фиг. 1 и 2, но на противоположных концах механизма крепления 21 (фиг. 2). Длина гибких тяг 24 одинаковая и рассчитывается с учетом всего диапазона изменения диаметров намотки на дополнительные барабаны 23.

Реверсивный приводной орган 3 также оснащен верхней 25 и нижней 26 балками, соединенными между собой с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях в диапазонах, достаточных для компенсации смещений и перекосов, возникших при монтаже с соблюдением требований инструкций по монтажу, а также достаточных для компенсации смещений и перекосов во время эксплуатации, например, через самоустанавливающийся упорный подшипник или самоустанавливающиеся кольца (на фиг. 1-9 не показаны) или т.п. Нижняя балка 26 связана с тяговым органом 2, например, через коуш с зажимами или клиновой зажим (на фиг. 1-9 не показаны) или т.п., а верхняя 25 - с реверсивным приводным органом 3, например, с помощью тяг 27 с опорами 18.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В скважину 17 (фиг. 1) спускают скважинное оборудование. Сначала спускают и подвешивают на устьевой арматуре 22 колонну труб 16 с пакером 28 для разобщения объектов эксплуатации (пластов) и оборудование линии подъема жидкости 5: штанговый насос 14, например, вставной, колонну штанг 12 с устьевым штоком 10. Потом аналогично спускают колонну труб 15 и оборудование линии подъема жидкости 4, включающее насос 13, например, вставной, колонну штанг 11 с устьевым штоком 9. Устьевые штоки 9 и 10 уплотняются в устьевых сальниках устьевой арматуры 22.

Возле устья скважины монтируется силовой привод 1, например, как на фиг. 1 станок-качалка, с подвешенным на тяговом органе 2 через соединенные между собой верхнюю 25 (фиг. 2) и нижнюю 26 балки и тяги 27 с опорами 18 реверсивным приводным органом 3, гибким элементом 8 и подвесками 6 и 7. Колонны штанг 11 (фиг. 1) и 12 после подгонки подвешиваются за устьевые штоки 9 и 10 на подвесках 6 и 7 соответственно. На фиг. 1 плунжеры насосов 13 и 14, соответственно подвески 6 и 7, а также реверсивный приводной орган 3 находятся в крайних нижних положениях. Возможны и другие варианты подгонки колонн штанг, например, плунжер насоса 13 располагают в верхней части цилиндра насоса 13, а плунжер насоса 14 - в нижней части цилиндра насоса 14 для работы в разных циклах работы линий подъема (всасывание или нагнетание), или другие варианты расположения для решения других технологических задач. Расположив реверсивный приводной орган 3 в середине его хода, наматывают на барабаны 19 и 23 гибкие тяги 20 и 24 соответственно, причем гибкие тяги 24 наматывают в сторону, обратную намотке гибкой тяги 20. Свободные концы намотанных на барабан 19 (фиг. 2) гибкой тяги 20 и на дополнительные барабаны 23 гибких тяг 24 с одинаковыми усилиями натяжения прикрепляют к механизму крепления 21, например, к неподвижной отдельно стоящей стойке 21 (см. фиг. 1 и 2) или к стойке балансира силового привода 1, или к другому механизму крепления (на фигурах не показаны). В результате за счет возможности поворота балок 25 и 26 в горизонтальной и вертикальной плоскостях под действием веса лифтов 4 и 5 собранное устройство самоустанавливается относительно положения штоков 9 и 10 и силового привода 1, минимизируя влияние сил, возникающих от смещения и перекосов, на узлы установки.

При работе силового привода 1 тяговый орган 2 совершает возвратно-поступательное движение, приводя в возвратно-поступательное движение реверсивный приводной орган 3 и подвешенные на нем линии подъема жидкостей 4 и 5. При этом более тяжелая линия подъема жидкости, допустим 5, постоянно тянет через гибкий элемент 8 и вращающийся на опорах 18 (фиг. 2) приводной орган 3 более легкую линию соответственно 4 (фиг. 1). С целью контроля скорости движения линий подъема жидкостей 4 и 5 свободные концы гибких тяг 20 и 24 фиксируются.

Предполагается применение трех основных вариантов эксплуатации установки, которые можно реализовать, меняя точки крепления свободных концов гибких тяг 20 и 24. Для упрощения описания рассматривается только наземная часть (фиг. 4, 5 и 6) установки (фиг. 1), так как плунжеры насосов 13 и 14 будут двигаться примерно так же, как и подвески 6 и 7.

1. Эксплуатация установки с одинаковой длиной хода и частотой качаний линий подъема жидкости 4 и 5, равной длине хода и частоте качаний силового привода 1. Для этого вращение реверсивного приводного органа 3 блокируется, например, стопором или соединением подвесок 6 и 7 друг с другом, или др., а свободные концы гибких тяг 20 и 24 закреплены на своих барабанах 19 и 23 соответственно. Установка работает аналогично установке с одной линией подъема жидкости.

2. Эксплуатация установки с большей, чем у силового привода 1 (фиг. 4-6) длиной хода более тяжелой (более производительной) линии подъема жидкости, например, 5 (фиг. 1) при пропорциональном уменьшении длины хода более легкой линии подъема жидкости, соответственно 4. Это достигается расположением механизма крепления 21 со стороны линии подъема жидкости 4 и фиксацией свободных концов гибкой тяги 20 на механизме крепления 21 ниже или на уровне крайнего нижнего положения приводного органа 3 и гибких тяг 24 на механизме крепления 21 выше или на уровне крайнего верхнего положения приводного органа 3. В крайнем нижнем положении силового привода 1 (фиг. 4), как было указано выше, принято, что плунжеры насосов 13 и 14 (фиг. 1), соответственно подвески 6 и 7 (фиг. 1, 4), а также реверсивный приводной орган 3 находятся в крайних нижних положениях. После включения силового привода 1 (фиг. 5) тяговый орган 2 начинает двигаться вверх, увлекая за собой реверсивный приводной орган 3, при этом более тяжелая (на фиг. 4-6 обозначено как б.т.) подвеска 7 тянет через гибкий элемент 8 и вращающийся на опорах 18 (фиг. 2) приводной орган 3 более легкую подвеску 6 (фиг. 5), но из-за фиксации свободного конца гибкой тяги 20 на механизме крепления (неподвижной стойке) 21 приводной орган 3 начинает вращаться против часовой стрелки: поднимается более тяжелая подвеска 7 и спускается более легкая 6.

Для сравнения на фиг. 5-6 прочерчена линия 26, показывающая одинаковый ход S подвесок 6, 7 и силового привода 1 при заблокированном приводном органе 3. За время прохождения хода S за счет вращения приводного органа 3 подвеска 7 дополнительно проходит расстояние ΔS. В результате за время хода S силового привода 1 подвеска 7 пройдет расстояние S+ΔS, а подвеска 6 - расстояние S - ΔS.

Дальнейший ход вверх силового привода 1 (фиг. 6) приводит к пропорциональному увеличению длины хода более тяжелой линии подъема 5 до момента достижения крайнего верхнего положения (максимальное увеличение).

При ходе вниз происходит работа в обратной последовательности (фиг. 6-4).

3. Эксплуатация установки с большей, чем у силового привода 1 (фиг.1) длиной хода более легкой (более производительной) линии подъема жидкости, например, 4, при пропорциональном уменьшении длины хода более тяжелой линии подъема жидкости, соответственно 5. Это достигается расположением механизма крепления 21 со стороны линии подъема жидкости 5 и фиксацией свободных концов гибкой тяги 20 (фиг. 7-9) на механизме крепления 21 выше или на уровне крайнего верхнего положения приводного органа 3 и гибких тяг 24 на механизме крепления 21 ниже или на уровне крайнего нижнего положения приводного органа 3. После включения силового привода 1 (фиг. 8) тяговый орган 2 начинает двигаться вверх, увлекая за собой реверсивный приводной орган 3, при этом подвеска 7 более тяжелой линии подъема жидкости 5 (фиг. 1), тянет через гибкий элемент 8 и вращающийся на опорах 18 (фиг. 2) приводной орган 3 (фиг. 8) подвеску 6 более легкой линии 4 (фиг. 1), поэтому приводной орган 3 (фиг. 8) начинает вращаться по часовой стрелке: поднимается более легкая подвеска 6 и спускается более тяжелая 7.

Для сравнения на фиг. 8-9 прочерчена линия 26, показывающая одинаковый ход S подвесок 6, 7 и силового привода 1 при заблокированном приводном органе 3. За время прохождения хода S за счет вращения приводного органа 3 подвеска 6 дополнительно проходит расстояние ΔS. В результате за время хода S силового привода 1 подвеска 6 пройдет расстояние S+ΔS, а подвеска 7 - расстояние S - ΔS.

Дальнейший ход вверх головки балансира станка-качалки 1 (фиг. 9) приводит к пропорциональному увеличению длины хода подвески 6 более легкой линии подъема 4 (фиг. 1) до момента достижения крайнего верхнего положения (максимальное увеличение).

При ходе вниз происходит работа в обратной последовательности (фиг. 9-7).

На скважинах по вариантам эксплуатации 2 и 3, где выполняется требование, что одна из линий подъема жидкости, допустим как показано на фиг. 1, 4-9 линия 5, более тяжелая чем другая, линия подъема 4, в любой момент времени как при ходе вверх, так и при ходе вниз силового привода, предлагаемое устройство работает также как наиболее близкий аналог и наличие дополнительных барабанов 23 с гибкими тягами 24 не влияет на работу установки, т.к. сила натяжения, зависящая от разницы нагрузок в точках подвеса линии подъема жидкости 5 - и линии 4 - или , действует на гибкую тягу 20 (), она получается более натянутой, чем гибкие тяги 24, и если гибкая тяга 20 наматывается на барабан 19, гибкие тяги 24 отматываются с барабанов 23 при ходе вверх силового привода 1 и наоборот при ходе его вниз. Но при нарушении требования, например, при ходе вверх более тяжелая линия подъема 5 на каком-то участке хода становится более легкой , подключаются в работу дополнительные барабаны 23 с гибкими тягами 24. Происходит следующее. В момент нарушения сила натяжения, на гибкой тяге 20, намотанной на барабан 19, стремится к нулю , при этом происходит увеличение натяжения гибких тяг 24 от нуля до новой величины разницы нагрузок в точках подвеска линий подъема жидкости 4 и 5, по другому , потому, что гибкие тяги 24 намотаны на барабаны 23, которые жестко связаны или выполнены заодно с барабаном 19 и реверсивным приводным органом 3. При этом реверсивный приводной орган 3 продолжает двигаться вслед за тяговым органом 2 и вращаться в том же направлении, как и вращался до момента нарушения требования работоспособности для наиболее близкого аналога. Таких нарушений во время работы установки на скважине может быть множество. Даже если на какой-либо скважине при работе предлагаемой установки все время , т.е. обе линии подъема жидкости 4 и 5 одинакового веса, то предлагаемое устройство будет работать также как описано выше, следовательно работоспособно.

Согласование дебитов пластов, в частности скоростей притока пластовой жидкости, с производительностями, в частности скоростями откачки (произведений длины хода на частоту качаний плунжеров насосов) линий подъема жидкости 4 (фиг. 1) и 5, производится следующим образом: по известным дебитам пластов компонуется скважинное оборудование: подбираются насосы 13 и 14, колонны штанг 9 и 10 и колонны труб 15 и 16 соответственно; рассчитываются нагрузки в точках подвеса штанг (на подвесках 6 и 7) и скорости откачки каждой линии подъема жидкости 4 - n₁ S₁ и 5 - n₂ S₂; определяется средняя скорость откачки nS; по полученным расчетным суммарным нагрузкам подбирается силовой привод 1; по подобранному силовому приводу 1 определяется длина хода S привода 1 (желательно выбрать максимально возможную длину хода) и рассчитывается частота качаний n привода 1 - с этой частотой качаний будет работать установка; подбирается электродвигатель и шкивы ременной передачи силового привода 1; рассчитывается необходимый дополнительный ход ΔS как разность между определенными выше скоростями откачки одной из линии подъема жидкости 4 или 5 и средней скоростью откачки, разделенная на полученную частоту качаний установки: или ; производится проверка возможности получения необходимого дополнительного хода ΔS, определив расчетный диаметр намотки барабанов 19 и 23 (фиг. 2) в середине хода силового привода 1 как произведение диаметра реверсивного приводного органа 3 на передаточное отношение реверсивного приводного органа 3: , где i= и сравнив с по формуле, представленной выше. Если , то установка позволяет эксплуатировать пласты скважины с требуемыми дебитами.

Например, на конкретной скважине объект 1 эксплуатируется с длиной хода 3,5 м и частотой качаний 2,2 мин^-1 приводом СК8-3,5-4000 (более тяжелая линия подъема жидкости), т.е. скорость откачки составляет 7,7 объект 2 с длиной хода 2,1 м и частотой качаний 2,6 мин^-1 приводом СК6-2,1-2500 (более легкая линия) - 5,46. Следовательно, учитывая нагрузки в точках подвеса штанг обеих линий, теоретически можно заменить одним приводом со скоростью откачки =6,58, например, СК8-3,5-4000, с длиной хода 2 м и частотой качаний n=3,29 мин^-1. С целью сохранения скоростей откачки для каждого объекта предлагаемое устройство должно дополнительно изменять длину хода линий на ΔS=0,34 м. Для этого необходимо выставить передаточное отношение реверсивного приводного органа 3 равным i=5,88, при диаметре реверсивного приводного органа 3, например, звездочки, равном 91 мм, диаметр намотки барабанов 19 и 23 будет равен 535,1 мм. Установка будет работать с необходимыми параметрами при 3475 мм.

При необходимости изменения скорости откачки одной из линий подъема жидкости 4 или 5, например, при изменении дебита одного из объектов (пластов), необходимо заново пересчитать по предложенному алгоритму новый диаметр намотки на барабанах 19 и 23. Для перехода на новый режим работы необходимо остановить установку и намотать или размотать на барабаны 19 и 23 гибкие тяги 20 и 24 соответственно согласно расчету.

Аналогично настраивается режим работы установки при перемонтаже на других скважинах, при этом нет необходимости изготовления новых барабанов 19 и 23 под новые параметры скважин, достаточно изменить диаметр намотки барабанов 19 и 23, что позволяет, при необходимости, одним устройством эксплуатировать скважины с различными параметрами при соблюдении описанных выше условий.

Использование только одного силового привода позволит исключить необходимость закупки второго привода, строительно-монтажные работы (СМР) по его монтажу (отсыпка, фундаментная плита и др.), снижаются энергозатраты и работы по обслуживанию и ремонту при его эксплуатации, к тому же облегчается монтаж агрегата и мостков при подземном ремонте скважин.

За счет возможности относительного поворота балок 25 и 26 в горизонтальной и вертикальной плоскостях под действием веса лифтов 4 и 5 предлагаемое устройство самоустанавливается относительно положения штоков 9 и 10 и силового привода 1, минимизируя влияние сил, возникающих от смещения и перекосов, на узлы установки.

Обычно под одновременно-раздельную эксплуатацию переводят скважины, ранее эксплуатировавшиеся установкой скважинного штангового насоса с одной линией (лифтом) для добычи из одного, более продуктивного пласта, поэтому при переводе на одновременно-раздельную добычу с двумя линиями (лифтами) вообще исключаются работы по монтажу привода, так как возможно использование установленного при эксплуатации предыдущим способом привода и точка подвеса штанг привода совпадает с осью скважины.

Меняя расположение механизма крепления 21 и используя барабаны 19 и 23 с возможностью намотки соответствующих гибких тяг 20 и 24 с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки, можно добиться бесступенчатого регулирования скорости откачки (длины ходов насосов 13 и 14) установки в широком диапазоне дополнительно к регулированию параметров силового привода 1 и к возможности смены диаметра насосов 13 и 14, что позволит максимально точно согласовать скорости откачки отдельно каждой линии подъема со скоростью притока пласта. В результате установка будет работать в близком к оптимальному режиму работы (с постоянным динамическим уровнем), что приведет к повышению коэффициента полезного действия установки и снижению потребляемой электроэнергии, что, в свою очередь, позволит снизить себестоимость добычи нефти.

Установка скомпонована из широко применяемых и отработанных узлов, без изменения конструкции покупных изделий, проста в изготовлении, поэтому ресурс установки предполагается не ниже, чем у обычной установки скважинного штангового насоса с одной линией подъема.

Возможна работа одной линии подъема жидкости при отказе другой во время ожидания приезда бригады подземного ремонта скважин, что исключает простои исправного насоса при отказе одного из насосов. Для этого на устье скважины фиксируется отказавшая линия подъема жидкости. В результате исправная линия подъема будет работать с общей длиной хода, равной 2S. Кроме того, это качество предлагаемого устройства позволяет его применять для увеличения длины хода на обычных скважинах, оборудованных скважинными штанговыми насосными установками, с одной линией подъема жидкости, с соответствующим уменьшением частоты качаний, что позволит снизить количество отказов колонны штанг, повысить коэффициент наполнения насоса и др.

Если реверсивный приводной орган 3 выполнен в виде звездочки, передающей вращение гибкому элементу 8 - цепи, на колонны штанг 11 и 12 передаются микроудары, возникающие при заходе звена цепи на звездочку, что способствует снижению силы трения в скважинном оборудовании и исключает зависание штанг.

Благодаря использованию предлагаемого устройства повышается надежность работы установки для одновременной раздельной добычи продукции двух объектов (пластов) скважины за счет исключение аварийности при работе из-за использования разницы весов линий подъема в качестве движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода и из-за влияния взаимного расположения наземного и скважинного оборудования.

Изобретение относится к техническим средствам для подъема жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти. Установка содержит силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединенный с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом и оснащенный барабаном с гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки на барабан при вращении реверсивного приводного органа для обеспечения соответственно увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, с закрепленным на механизме крепления другим концом гибкой тяги, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины. Две уравновешиваемые линии подъема жидкости включают соответствующие подвески, соединенные с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента. Полированные штоки, штанговые колонны и насосы размещены в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину. Реверсивный приводной орган оснащен как минимум одним дополнительным барабаном с дополнительной гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным уменьшением или увеличением диаметра намотки на дополнительный барабан при вращении реверсивного приводного органа при соответственном увеличении и уменьшении диаметра намотки гибкой тяги на барабан и креплением дополнительной гибкой тяги на различном уровне в пределах высоты силового привода на механизме крепления в противоположном от крепления гибкой тяги конце. Реверсивный приводной орган оснащен верхней и нижней балками, соединенными между собой с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Нижняя балка связана с тяговым органом, а верхняя - с реверсивным приводным органом. Повышается надежность работы установки. 9 ил.

Скважинная штанговая насосная установка, содержащая силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединённый с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом и оснащённый барабаном с гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки на барабан при вращении реверсивного приводного органа для обеспечения соответственно увеличения или уменьшения хода линий подъёма жидкости относительно хода силового привода, с закреплённым на механизме крепления другим концом гибкой тяги, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости, включающие соответствующие подвески, соединённые с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещённые в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину, отличающаяся тем, что реверсивный приводной орган оснащён как минимум одним дополнительным барабаном с дополнительной гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки с последовательным уменьшением или увеличением диаметра намотки на дополнительный барабан при вращении реверсивного приводного органа при соответственном увеличении и уменьшении диаметра намотки гибкой тяги на барабан и креплением дополнительной гибкой тяги на различном уровне в пределах высоты силового привода на механизме крепления в противоположном от крепления гибкой тяги конце, реверсивный приводной орган также оснащён верхней и нижней балками, соединенными между собой с возможностью поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом нижняя балка связана с тяговым органом, а верхняя - с реверсивным приводным органом.