СТАНОК-КАЧАЛКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2023 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности, к конструкции станков-качалок, 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 и долговечность.

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, а также 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.

Стремление к снижению различного рода затрат на оборудование по добыче нефти привели к созданию конструкции С-К, который обслуживает две, рядом расположенные, скважины.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана конструкция С-К, описанная в CN 201021617, которая обеспечивает одновременное обслуживание двух ШГН и содержит горизонтальную балку, опирающуюся неподвижно своими концами на пару стоек, образующими с последней П-образную конструкцию. В центральной части балки установлен привод в виде вентильного электрического двигателя, на валу которого смонтировано переходное устройство в виде тягового шкива, обеспечивающее через ряд блоков расположенных на двухуровневой балке по обе его стороны, кинематическую связь привода с каждым из двух ШГН посредством гибкой связи в виде каната. Характер взаимодействия тягового шкива посредством канатов с каждым из ШГН из перевода описания патента и чертежей неясен.

Таким образом, технической проблемой прототипа является сложность и, как следствие, значительную металлоемкость опорной конструкции С-К, которая состоит из горизонтальной балки, опирающейся своими концами на пару стоек, установленных на опорных плитах, лежащих на грунтовой поверхности. Кроме того, с каждой стороны переходного устройства на балке смонтировано несколько блоков, через которые это устройство связано с каждым из ШГН.

Обозначенная проблема в предлагаемом изобретении решается за счет того, что в станке-качалке для добычи нефти, содержащем балку, установленную на стойке, и снабженную на своих концах головками, обеспечивающими приводу посредством гибкой связи возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов (ШГН), при этом балка неподвижно установлена на стойке и головки выполнены в виде блоков, и на выходном валу привода смонтировано переходное устройство, обеспечивающее с помощью гибкой связи через блоки кинематическую связь привода с каждым из ШГН, причем стойка выполнена в виде сваи, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан с опорой, на которой неподвижно крепится балка с одним блоком на каждом конце, при этом опора содержит внутреннюю полостью для размещения в ней переходного устройства, а привод выполнен в виде мотор-редуктора. Переходное устройство может быть выполнено в двух вариантах, первый из которых представляет собой звездочку цепной передачи, смонтированную на выходном валу привода, а гибкая связь - в виде цепи, постоянно взаимодействующей со звездочкой и связывающей своими концами с помощью канатов оба ШГН между собой. Второй вариант переходного устройства представляет собой барабан, установленный на выходном валу привода, а гибкая связь, при этом, выполнена в виде двух канатов, каждый из которых одним концом соединен с ШГН, а другим концом - с барабаном.

Технический результат состоит в значительном упрощении конструкции С-К за счет выполнения стойки в виде одной сваи, одним концом погруженной в грунт, а также одноуровневого размещения всего двух блоков на концах балки для связи переходного устройства с ШГН, которое располагается во внутренней полости опоры, через стакан смонтированной на свае.

На, прилагаемых к описанию изобретения, чертежах даны: на фиг. 1 - схематическое изображение конструкции предлагаемого С-К. а на фиг. 2 - вид сбоку на привод С-К.

Несмотря на отсутствие в предлагаемой конструкции станка для добычи нефти балансирной балки, совершающей колебательные движения в рабочем процессе, для названия объекта в целом сохранено традиционное определение - станок-качалка, в котором отражается колебательный характер перемещения ШГН.

Таким образом, конструкция станка-качалки включает опорную стойку в виде сваи 1, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан 2 с опорой 3, на которой неподвижно крепится балки 4. Каждый конец последней выполнен телескопическим из двух частей, подвижная из которых 5 несет головку в виде блока 6. Опора 3 имеет внутреннюю полость, предназначенную для размещения в ней переходного устройства, через которое посредством гибкой связи осуществляется связь выходного вала 7 привода, выполненного в виде мотор-редуктора 8, с обоими ШГН 9. В первом варианте исполнения (фиг. 1) переходное устройство выполнено в виде звездочки 10, а гибкая связь в виде фрагмента цепи 11, своими концами связанными с фрагментами канатов 12, соединенными непосредственно со штоками 13 ШГН 9. При этом, для увеличения угла охвата цепью 11 звездочки 10 использованы отклоняющие звездочки 14, размещенные на неподвижных частях балки 4. По второму варианту исполнения (фиг. 2) переходное устройство выполнено в виде барабана 15, на образующей поверхности которого закреплены конца канатов 12, связывающие привод с ШГН. Для фиксации подвижных частей 5 на балке 4 предусмотрены зажимные болты 16. Для уравновешивания обоих ШГН применяются грузы 17, которые могут быть закреплены на той или иной гибкой связи, как это показано на чертеже фиг.1. На чертеже фиг.2 значками (+) и (.) обозначена разнонаправленность движения канатов 12 в рабочем состоянии С-К.

Станок-качалка работает следующим образом.

Включению в работу С-К предшествует его настройка, которая заключается в том, что перемещением частей 5 балансирной балки 4 осуществляется точное позиционирование положения головок 6 относительно осей скважин. Кроме того, выполняется и настройка по уравновешиванию обоих ШГН путем размещения груза 17 на одном из канатов 12. Привод С-К работает в реверсивном режиме, т.е. под воздействием программы системы управления на силовую систему питания электродвигателя, выходной вал 7 совершает вращение в ту или иную сторону, которое дублируется на переходном устройстве, что, в свою очередь, вызывает движение гибких связей в виде канатов 12 и попеременное перемещение обоих ШГН 9.

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности к конструкции станков-качалок, обеспечивающих реализацию этой технологии. Станок-качалка для добычи нефти содержит балку 4, установленную на стойке, головки, обеспечивающие приводу посредством гибкой связи возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов 9. Головки выполнены в виде блоков 6. Стойка выполнена в виде сваи 1, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан 2 с опорой 3, на которой неподвижно крепится балка 4 с одним блоком 6 на каждом конце. На выходном валу 7 привода смонтировано переходное устройство, обеспечивающее с помощью гибкой связи через блоки 6 кинематическую связь привода с каждым из насосов 9. Опора 3 содержит внутреннюю полость для размещения в ней переходного устройства. Привод выполнен в виде мотор-редуктора 8. Изобретение направлено на упрощение конструкции станка-качалки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Станок-качалка для добычи нефти, содержащий балку, установленную на стойке и снабженную на своих концах головками, обеспечивающими приводу посредством гибкой связи возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов (ШГН), при этом балка неподвижно установлена на стойке, головки выполнены в виде блоков, а на выходном валу привода смонтировано переходное устройство, обеспечивающее с помощью гибкой связи через блоки кинематическую связь привода с каждым из ШГН, отличающийся тем, что стойка выполнена в виде сваи, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан с опорой, на которой неподвижно крепится балка с одним блоком на каждом конце, при этом опора содержит внутреннюю полость для размещения в ней переходного устройства, а привод выполнен в виде мотор-редуктора.

2. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что переходное устройство выполнено в виде звездочки цепной передачи, смонтированной на выходном валу привода, а гибкая связь - в виде цепи, постоянно взаимодействующей со звездочкой и связывающей своими концами с помощью канатов оба ШГН между собой.

3. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что переходное устройство выполнено в виде барабана, установленного на выходном валу привода, а гибкая связь выполнена в виде двух канатов, каждый из которых одним концом соединен с ШГН, а другим концом - с барабаном.