Способ добычи нефти с помощью ШГН станка-качалки и конструкция последнего для реализации этого способа Российский патент 2022 года по МПК E21B43/00 F04B47/02 

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, а также к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии.

К настоящему времени наибольшее распространение в качестве установок привода штанговых глубинных насосов (ШГН) получили балансирные станки-качалки (С-К). Данный тип привода имеет значительные преимущества такие как высокие надежность, долговечность и энергоэффективность.

Типичная конструкция С-К содержит балансир с головкой, связанный с редуктором посредством кривошипов через шатуны с пальцами, и канатную подвеску полированного штока. Балансир установлен на основании с рамой. Правая часть балансира с противовесами, траверсой и шатунами, отсоединенными от кривошипов, всегда тяжелее левой части балансира с его головкой и канатной подвеской колонны штанг насоса. В связи с этим вращающий момент балансира направлен по часовой стрелке и компенсирует нагрузку со стороны левой части балансира [SU 1333838]. Типичными недостатками практически любого С-К являются

1.Высокая металлоемкость и относительно высокая стоимость транспортировки.

2.Необходимость подготовки бетонного основания или свайного поля перед монтажом станка-качалки;

3.Высокая стоимость замены С-К или его узлов вследствие большой массы;

4.Наличие большого числа открытых движущихся механизмов, снижающих безопасность обслуживания.

Следует отметить, что конструкция С-К продолжает совершенствоваться, избавляясь от части перечисленных выше недостатков. В частности, это достигается путем выполнения привода ШГН в виде подвижного контргруза, размещаемого на балансире с возможностью возвратно-поступательного перемещения по всей его длине, при этом контргруз снабжен автономным электроприводом. Примерами таких С-К являются конструкции, описанные в патенте на изобретение SU 1267045 и в патенте на полезную модель CN 202117637, в первом из которых привод включает канатную систему перемещения контргруза, а во втором - привод выполнен в виде электрического линейного двигателя.

Наряду с балансирными С-К, последние 25 лет интенсивно развивается новое направление, определяемое как безбалансирные привода ШГН, значительным конструктивным разнообразием. Однако, технология добычи нефти с применением ШГН и оборудование для этого в виде станков-качалок являются в настоящее время наиболее востребованными. Так, в мировой практике в добыче жидких углеводородов станки-качалки составляют 90% парка имеющегося оборудования аналогичного назначения.

Таким образом, с учетом перечисленных выше недостатков станков-качалок, используемых при добыче нефти, задачей изобретения является упрощение конструкции таких станков и, как следствие, уменьшение материалоемкости при их изготовлении, а также снижение различного рода эксплуатационных затрат и повышение производительности в перерасчете на один С-К.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе добычи нефти с помощью станка-качалки, подвижную часть ШГН которого перемещают в скважине в режиме возвратно-поступательного движения и уравновешивают одновременно противовесом, в качестве последнего используют подвижную часть ШГН соседней скважины, которую монтируют на станке-качалке вместо противовеса, при этом подвижные части обоих ШГН в рабочем процессе перемещают в противофазе относительно друг друга. Выполнению поставленной задачи способствуют и усовершенствования, касающиеся конструкции станка-качалки. Так, в станке-качалке, включающем балансирную балку, снабженную приводом и смонтированную на фундаменте, на одном конце которой закреплена головка, связанная посредством каната с подвижной частью ШГН, а другой конец связан с противовесом, последний выполнен в виде подвижной части ШГН соседней скважины, которая с помощью каната через головку связана с концом балансирной балки, в средней своей части опирающейся через поворотный шарнир на опору в виде наружной части дна стакана, установленного на фундаменте, выполненного в виде сваи. Концы балансирной балки выполнены телескопическими, при этом подвижные части несут на себе контактные элементы для связи с подвижными частями обоих ШГН. При этом привод смонтирован на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности стакана и включает в себя электродвигатель, на валу которого установлен диск, несущий на своей поверхности палец, помещенный в прорезь водила, в свою очередь, закрепленного на балансирной балке так, что продольная ось симметрии водила и продольные оси поворотного шарнира и электродвигателя лежат в общей вертикальной плоскости. Кроме того, на подвижных частях балансирной балки установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения регулировочные шайбы.

Технический результат изобретения заключается в том, что в С-К вместо традиционного противовеса в качестве такового используется подвижная часть ШГН из близлежащей соседней скважины. Это значит, что вместо С-К на каждую из скважин, их обеих будет обслуживать один С-К значительно более простой конструкции, с меньшими эксплуатационными затратами и большей производительности.

На чертежах, прилагаемых к описанию, даны следующие изображения:

- фиг. 1 - схематическое изображение общего вида станка-качалки;

- фиг. 2 - вид на привод С-К по стрелке А;

- фиг. 3 - сечение по водилу Б -Б;

- фиг. 4 - вид на диск по стрелке В;

- фиг. 5 - группа С-К, снабжаемая энергией от ветрогенератора.

Станок-качалка содержит балансирную балку 1, которая с помощью шарнира с горизонтальной осью 2 связана с проушиной 3, в свою очередь, закрепленной на наружной части дна стакана 4. Последний надет на оголовок сваи 5, служащей основанием (фундаментом) для установки С-К в сборе. Стакан 4 фиксируется на свае 5 совокупностью упорных болтов 6. Балансирная балка 1 образует телескопическое соединение с подвижными частями 7, установленными на концах балки 1 с возможностью продольного перемещения и фиксации оптимального расстояния «б» между осями ШГН обеих скважин. Фиксация на балке 1 подвижных частей 7 осуществляется посредством упорных болтов 8. Подвижные части 7 несут на себе головки 9, связанные канатами 10 с полированными штоками 11, размещенными в накопителях нефти 12 двух соседних скважин. Связь полированных штоков 11 с колонной штанг ШГН на чертежах не показана. На подвижных частях 7 установлены с возможностью перемещения регулировочные шайбы 13, фиксируемые с помощью болтов 14. Стакан 4 служит опорой консоли 15 (фиг. 2), являющейся основанием для электродвигателя 16, совмещенного с механической трансмиссией (на чертеже не показана). На валу 17 электродвигателя 16 закреплен диск 18, снабженный пальцем 19, который размещен в прорези 20 водила 21. Палец 19 взаимодействует со стенками прорези 20 через пару радиально-упорных подшипников 22 (фиг. 3). На диске 18 (фиг. 4) имеется совокупность сквозных отверстий 23, предназначенных для установки пальца 19, что дает возможность изменения величины хода «а» подвижной части ШГН за счет перестановки пальца 19 из одного отверстия 23 в другое. На фиг. 5 дано схематическое изображение возможного размещения нескольких С-К, каждый из которых обслуживает пару скважин. Учитывая низкое энергопотребление приводов С-К из-за возможности оптимизации процесса уравновешивания подвижных частей ШГН, появляется возможность автономизации их энергоснабжения за счет сооружения поблизости ветрогенераторов 24.

Группа предлагаемых изобретений реализуется следующим образом.

После сооружения двух соседних скважин и размещения в них подвижных частей ШГН осуществляют на равновеликом расстоянии от каждой из них забивку бетонной сваи 5, которая может быть заменена трубой диаметром не менее 0,5 метра. Конструкция С-К дает возможность осуществить его производство в виде отдельных сборочных единиц и деталей, легко транспортируемых и собираемых на месте установки. Среди таких единиц и деталей можно упомянуть проушину 3 и стакан 4, соединяемые с помощью фланцев, балансирную балку 1 с осью 2, подвижные части 7 с головками 9 и регулировочными шайбами 13, консоль 15, электродвигатель 16 с диском 18, водило 21. Сборка С-К выполняется на месте расположения скважин, при этом он может быть собран на земле полностью и водружен на сваю 5 путем надевания стакана 4 на последнюю с последующей ее фиксации с помощью упорных болтов 6. Соединение головок 9 с полированными штоками 11 производят пори горизонтальном положении балансирной балки 1, задавая длину соединительных канатов 10 приблизительно равной величине хода «а», что определяется по месту. Соответствие расстояния «б» между головками 9 расстоянию между продольными осями обеих скважин задается перемещением подвижных частей 7, фиксируемых в заданном положении болтами 8. Достижение оптимального равновесия между подвижными частями обоих ШГН осуществляют перемещением шайб 13 по подвижным частям 7 балки 1. Ход «а» полированных штоков 11 может быть отрегулирован размещением пальца 19, расположенного в пазу 20 водила 21. Дальнее из отверстий 23 на диске 18 даст максимальную величину хода «а».

Работа С-К осуществляется вращением вала 17 в любую из сторон без остановки электродвигателя 16. Перемещение пальца 19 в пазу 20 обеспечивает качельное (колебательное) движение балансирной балки 1, а, значит, и возвратно-поступательное движение подвижных частей ШГН и, как результат, циклическую подачу извлекаемой из недр нефти, которая через накопители 12 отправляется по трубопроводам (на чертеже не показано) в емкости для сбора.

Группа изобретений относится к способу добычи нефти с помощью станка-качалки и к станку-качалке. Согласно способу добычи нефти с помощью станка-качалки подвижную часть ШГН перемещают в скважине в режиме возвратно-поступательного движения и уравновешивают одновременно противовесом. Станок-качалку выполняют с балансирной балкой, смонтированной на фундаменте, на одном конце которой закрепляют головку, связанную посредством каната с подвижной частью ШГН, а другой конец балансирной балки связывают с противовесом. В качестве противовеса используют подвижную часть ШГН соседней скважины, которую монтируют на станке-качалке. Подвижные части обоих ШГН в рабочем процессе перемещают в противофазе относительно друг друга. Противовес выполняют в виде подвижной части ШГН соседней скважины, которую с помощью каната через головку связывают с концом балансирной балки, в средней своей части опирающейся через поворотный шарнир на опору в виде наружной части дна стакана, устанавливаемого на оголовок сваи, служащей фундаментом для установки станка-качалки. Привод станка-качалки монтируют на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности стакана. Технический результат заключается в упрощении конструкции станка-качалки, уменьшении ее материалоемкости при изготовлении, снижении эксплуатационных затрат и повышении производительности. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ добычи нефти с помощью станка-качалки, подвижную часть ШГН которого перемещают в скважине в режиме возвратно-поступательного движения и уравновешивают одновременно противовесом, при этом станок-качалку выполняют с балансирной балкой, смонтированной на фундаменте, на одном конце которой закрепляют головку, связанную посредством каната с подвижной частью ШГН, а другой конец балансирной балки связывают с противовесом, отличающийся тем, что в качестве противовеса используют подвижную часть ШГН соседней скважины, которую монтируют на станке-качалке, при этом подвижные части обоих ШГН в рабочем процессе перемещают в противофазе относительно друг друга, причем противовес выполняют в виде подвижной части ШГН соседней скважины, которую с помощью каната через головку связывают с концом балансирной балки, в средней своей части опирающейся через поворотный шарнир на опору в виде наружной части дна стакана, устанавливаемого на оголовок сваи, служащей фундаментом для установки станка-качалки, при этом привод станка-качалки монтируют на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности стакана.

2. Станок-качалка, включающий балансирную балку, снабженную приводом и смонтированную на фундаменте, на одном конце которой закреплена головка, связанная посредством каната с подвижной частью ШГН, а другой конец связан с противовесом, отличающийся тем, что противовес выполнен в виде подвижной части ШГН соседней скважины, которая с помощью каната через головку связана с концом балансирной балки, в средней своей части опирающейся через поворотный шарнир на опору в виде наружной части дна стакана, установленного на оголовок сваи, служащей фундаментом для установки станка-качалки, при этом привод смонтирован на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности стакана, и включает в себя электродвигатель, на валу которого установлен диск, несущий на своей поверхности палец, помещенный в прорезь водила, в свою очередь, закрепленного на балансирной балке, находящейся в ее горизонтальном положении так, что продольная ось симметрии водила и продольные оси поворотного шарнира и электродвигателя лежат в общей вертикальной плоскости.