СТАНОК-КАЧАЛКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2023 года по МПК F04B47/02 F16H19/02 

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.

Дальнейшее совершенствование С-К связано с решением технических задач, направленных на упрощение конструкции таких станков, уменьшение материалоемкости при их изготовлении, а также снижение различного рода эксплуатационных затрат и повышение производительности в перерасчете на один С-К.

В значительной мере вышеуказанные задачи нашли свое решение в конструкции С-К, описанной в RU 2770704 и выбранной в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Так, эта конструкция предполагает использование в качестве противовеса 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, что ведет к повышению производительности С-К в два раза в расчете на один станок. Конструкция последнего включает балансирную балку, снабженную приводом в виде мотор-редуктора и смонтированную на стойке, на одном конце которого закреплена головка, связанная посредством каната с подвижной частью ШГН, а другой конец связан с противовесом, выполненным 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 стойке, выполненной в виде сваи, погруженной в грунт. Концы балансирной балки выполнены телескопическими, при этом подвижные части несут на себе головки 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.

Несмотря на то, что конструкция С-К по прототипу обладает рядом преимуществ в сравнении со станками, снабженными одним ШГН, к его недостаткам следует отнести следующие: во-первых, размещение привода на оголовке стойки (сваи), т.е. на высоте, затрудняет проведение профилактических осмотров и ремонтных работ, во-вторых, имеет место повышенная энергоемкость привода из-за влияния инерционных сил от колебательного движения основной балки с головками.

Таким образом, задачей изобретения является улучшение условий эксплуатации С-К, а также снижение энергозатрат привода.

Поставленная задача решается за счет того, что в станке-качалке для добычи нефти, содержащем балку, установленную на стойке, снабженную на своих концах головками, обеспечивающими посредством канатной связи возможность обслуживания двух ШГН, возвратно-поступательные перемещения штоков которых осуществляются с помощью привода, включающего мотор-редуктор, выходной вал которого связан с механизмом преобразования вращательного движения привода в колебательное движение, содержащим диск, смонтированный на валу редуктора и несущий палец, помещенный в прорезь водила, совершающего колебательное движение, при этом балка неподвижно установлена на стойке, головки выполнены в виде шкивов, а привод расположен на раме у основания стойки и концы канатов противоположные ШГН связаны с барабаном, с которым на общем валу закреплена зубчатая шестерня, взаимодействующая с водилом, которое, в свою очередь, выполнено в виде сектора зубчатого колеса, установленного на раме с возможностью колебательного движения.

Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик С-К за счет снижения энергоемкости привода путем устранения влияния инерционных сил от колебательного движения балансирной балки с головками, которая установлена на стойке неподвижно, а размещение привода у основания стойки улучшает условия обслуживания и эксплуатации С-К.

На чертежах, прилагаемых к описанию, даны: на фиг. 1 - схематическое изображение С-К; на фиг. 2 - вид по стрелке А 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.

Конструкция С-К включает балку 1, которая своей средней частью опирается и крепится посредством фланца 2 на днище стакана 3, в свою очередь, смонтированного на стойке 4, в качестве которой может быть использована как обычная, так и винтовая сваи, особенно последняя, как легко погружаемая в грунт и представляющая собой надежную опору для устройства в целом. Балка 1 представляет собой пространственную металлическую ферму, снабженную на обоих концах головками, выполненными в виде блоков 5, обеспечивающих приводу 6 с помощью канатной связи возможность одновременного обслуживания двух ШГН. Привод 6 представляет собой мотор-редуктор, в котором в блочном исполнении соединены редуктор 7 и электродвигатель (на чертеже не показан), размещенные и закрепленные на раме 8, установленной у основания стойки 4. На раме 8 смонтирован в опорах 9 барабан 10, который связан с выходным валом! 1 редуктора 7 через механизм преобразования вращательного движения на выходе из привода в колебательное движение барабана (далее механизм преобразования), который содержит зубчатую шестерню 12, установленную на общем валу с барабаном 10 и взаимодействующую с водилом 13, выполненным в виде сектора зубчатого колеса, смонтированного на раме 8 с возможностью колебательного движения. Последнее является следствием последовательного взаимодействия между собой конструктивных элементов механизма преобразования: в секторе зубчатого колеса выполнена радиальная прорезь 14, в которую введен палец 15, размещенный перпендикулярно плоскости диска 16 и смещенный в радиальном направлении от центра вращения последнего. Диск 16 закреплен на выходном валу 11 редуктора 7. Движение по окружности пальца 15 в прорези 14 вызывает колебательное движение водила 13. Гибкая связь привода 6 с каждым ШГН представлена двумя отрезками 17 канатов, которые, в конечном итоге, соединяют между собой барабан 10 с каждым из ШГН. На балке 1 над барабаном 10 установлены пара дополнительных направляющих блоков 18.Соединение отрезков 17 канатов с барабаном 10 осуществляется на его образующей поверхности с противоположных сторон, что обеспечивает перемещение штоков 19 в накопителях 20 в противофазе, т.е. одновременное движение штоков идет всегда в противоположных направлениях. Полное статическое уравновешивание ветвей обоих ШГН достигается применением грузов 21, закрепляемых на отрезках канатов 17. Работает С-К следующим образом.

Предварительно, перед началом эксплуатации С-К осуществляют уравновешивание подвижных частей обоих ШГН путем использования тензометрической аппаратуры. Работа С-К начинается с вращения барабана 10, которое осуществляется приводом 6 в циклическом режиме, обеспечиваемым механизмом преобразования, с помощью которого вращение выходного вала 11 редуктора 7 трансформируется диском 16 и пальцем 15, помещенным в прорезь 14, в колебательное движение водила 13, выполненное в виде сектора зубчатого колеса. Последний сцеплен с зубчатой шестерней 12, которая вращается попеременно в разные стороны, придавая такое же движение барабану 10. В процессе вращения барабана один из отрезков 17 канатов сматывается с него, а другой - наматывается, чем осуществляется перемещение штоков 19 обоих ШГН в противофазе, позволяющее извлекать нефть практически непрерывно, увеличивая таким образом производительность одного С-К в два раза, при минимизации энергозатрат за счет двух факторов: первый - высокая степень уравновешенности нагрузок обоих ШГН в статике, достигаемая применением грузов 21, и второй - исключение влияния инерционных сил, возникающих при качании балансирной балки в конструкции традиционного С-К.

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, а также к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии. Станок-качалка для добычи нефти содержит балку, установленную на стойке, снабженную на своих концах головками, обеспечивающими посредством канатной связи возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов (ШГН), возвратно-поступательные перемещения штоков которых осуществляются с помощью привода, включающего мотор-редуктор, выходной вал которого связан с механизмом преобразования вращательного движения привода в колебательное движение, содержащим диск, смонтированный на валу редуктора и несущий палец, помещенный в прорезь водила, совершающего колебательное движение. При этом балка неподвижно установлена на стойке, головки выполнены в виде шкивов, а привод расположен на раме у основания стойки и концы канатов, противоположные ШГН, связаны с барабаном, с которым на общем валу закреплена зубчатая шестерня, взаимодействующая с водилом, которое, в свою очередь выполнено в виде сектора зубчатого колеса, установленного на раме с возможностью колебательного движения. Технический результат изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик станка-качалки (С-К) за счет снижения энергоемкости привода путем устранения влияния инерционных сил от колебательного движения балансирной балки с головками, которая установлена на стойке неподвижно, а размещение привода у основания стойки улучшает условия обслуживания и эксплуатации С-К. 2 ил.

Станок-качалка для добычи нефти, содержащий балку, установленную на стойке, снабженную на своих концах головками, обеспечивающими приводу посредством канатной связи возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов (ШГН), возвратно-поступательные перемещения штоков которых осуществляются с помощью привода, включающего мотор-редуктор, выходной вал которого связан с механизмом преобразования вращательного движения привода в колебательное движение, содержащим диск, смонтированный на валу редуктора и несущий палец, помещенный в прорезь водила, совершающего колебательное движение, отличающийся тем, что балка неподвижно установлена на стойке, головки выполнены в виде шкивов, при этом привод расположен на раме у основания стойки и концы канатов, противоположные ШГН, связаны с барабаном, с которым на общем валу закреплена зубчатая шестерня, взаимодействующая с водилом, которое в свою очередь выполнено в виде сектора зубчатого колеса, установленного на раме с возможностью колебательного движения.