Привод скважинного штангового насоса Советский патент 1991 года по МПК F04B47/00 

Изобретение относится к технике добычи нефти, в частности к приводам скважин- ных штанговых насосов, и может быть использовано преимущественно в нефтегазодобывающих отраслях промышленности,

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности эксплуатации путем уменьшения числа реверсирований.

На фиг. 1 схематично представлен при- вод, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - момент свивки гибкого тягового элемента с барабана при ходе вниз по фиг. 1; на фиг. 4 - момент конца свивки гибкого тягового элемента с барабана и на- чала движения оси его подвески по профильным вырезам внутренних поверхностей торцов барабана по фиг. 1; на фиг. 5 - момент крайнего положения подвески барабана по фиг, 1; на фиг. 6 - момент перехода с перемещения оси подвески по профильным вырезам внутренних поверхностей торцов барабана на навивку гибкого тягового элемента на барабан по фиг. 1; на фиг. 7 - момент навивки гибкого тягового элемента на барабан по фиг 1; на фиг, 8 - привод с односторонней навивкой гибкого тягового элемента на барабан; на фиг. 9 - то же.при крайнем нижнем положении подвески гибкого тягового элемента.

Привод скважинного штангового насоса содержит реверсивный электродвигатель 1, кинематически связанный с электродвигателем через ведомый элемент (не показан) регулирующего устройства 2 (не показано) и установленный на валу 3 барабан 4, на боковой поверхности которого спирально с возможностью свивки и навивки размещен гибкий тяговый элемент 5, один конец которого связан с барабаном 4, а другой - с колонной насосных штанг б, уравновешивающее 7 и сальниковое 8 устройства и подвеску 9. Ведомый элемент регулирующего устройства 2 установлен на валу 3 барабана 4 со стороны его торцов (не обозначены) с возможностью взаимодействия наружной поверхности барабана и внутренней поверхности ведомого элемента регулирующего устройства, верхний конец

гибкого тягового элемента 5 связан с барабаном 4 посредством подвески 9, которая снабжена осью 10, а внутренние поверхности торцов барабана 4 снабжены профильными вырезами 11, в которых с возможностью перемещения и обеспечения полной свивки и навивки на барабан 4 в обратном направлении гибкого тягового элемента 5 установлена ось 10 его подвески 9, причем гибкий тяговый элемент 5 установлен через свободно вращающийся ролик 12. Концы 13 и 14 профильных вырезов 11 расположены ближе к оси вращения барабана 4, чем средние их части 15. Форма и расположение подвески 9 с осью 10 ее вращения выполнены таким образом, что обеспечивают поворот подвески как в одну, так и в другую сторону относительно барабана 4, создавая возможность навивки гибкого тягового элемента 5 поочередно в разные стороны.

Уравновешивающее устройство 7 выполнено в виде маховика 16, кинематически связанного с барабаном 4 и реверсивным электродвигателем 1, причем на промежуточном валу 17 привода установлен маховик 18. Для изменения массы маховиков 16 и 18 часть их ободов может быть выполнена из отдельных съемных дисков (не показаны).

Барабан 4 и свободно вращающийся ролик 12 установлены в герметичном корпусе 19.

Ось 10 подвески 9 выполнена с колесами 20, установленными с возможностью взаимодействия с профильными вырезами 11 внутренних поверхностей торцов барабана 4, причем колеса и профильные вырезы снабжены зубьями (не показаны).

Кинематическая связь барабана 4 с реверсивным электродвигателем 1 выполнена посредством цепной 21 и клиноременной передач, при этом цепная передача 21 отделена от полости скважины (не показана) перегородками.

Привод скважинного штангового насоса работает циклически следующим образом.

За начало цикла условно принимается положение, когда гибкий тяговый элемент 5

полностью спирально намотан на барабан 4 (фиг. 3). По действием момента, создаваемого весом колонны штанг, а также в последствии включенного электродвигателя 1, барабан 4 вместе с маховиками 16 и 18 начинает плавно раскручиваться. Гибкий тяговый элемент 5, сматываясь с барабана, обеспечивает перемещение вниз колонны насосных штанг скважинного насоса (не показан), скорость опускания которого сначала увеличивается по мере нарастания скорости раскручивания барабана 4, а затем по мере уменьшения радиуса навивки гибкого тягового элемента 5 стабилизируется или даже уменьшается. Для обеспечения реверса возвратно-поступательно движущихся масс в нижней точке возврата при более низких скорости и ускорении и,следовательно, при меньших динамических нагрузках без остановки вращения барабана 4, маховиков 16 и 18 и электродвигателя 1 верхний конец гибкого тягового элемента 5 на последнем витке, не доходя примерно 80- 90° до перехода через нулевое положение (фиг. 4), начинает своей подвеской 9 перемещаться по наклонным в этот момент профильным вырезам 11 от расположенных ближе коси вращения барабана 4 концов 13 к средним частям 15, расположенным дальше, увеличивая тем самым путь и время торможения возвратно-поступательно движущихся масс. Перейдя через крайнее положение (фиг. 5), подвеска 9 продолжает дальше перемещаться по профильным вырезам, постепенно поднимаясь вверх. Дойдя до упора (фиг, 6), она прижимается к барабану 4, после чего начинается навивка гибкого тягового элемента 5 на барабан 4, но в обратном направлении (фиг. 7). Не доходя несколько витков до верхней точки возврата, электродвигатель 1 отключается, после чего подъем продолжается под действием раскрученных маховиков 16 и 18, постепенно замедляющих скорость своего вращения. После полной остановки под действием веса поднятой колонны насосных штанг барабан 4 с маховиками 16 и 18 начинает раскручиваться в обратную сторону, совершая новый цикл,

Кроме описанного варианта привода с намоткой гибкого тягового элемента 5 поочередно в разные стороны, привод может быть выполнен и с односторонней навивкой гибкого тягового элемента 5. В таком приво- де(фиг. 8) концы 18 профильных вырезов 11, расположены ближе к оси вращения барабана 4, а концы 14 - дальше и направлены против возможного вращения барабана при свивке с него гибкого тягового элемента 5. Уравновешивание привода осуществлено

анапогично известному с помощью груза (не показан), подвешенного к концу гибкого тягового элемента 5, другой конец которого навит на барабан 4 в противоположную сторону гибкому тяговому элементу 5 и закреплен на нем. Для обеспечения перемещения груза имеется мачта или шахта (не показаны). При этом барабан 4 может быть снабжен профильными вырезами 11 в виде

направляющих (не показаны), а канат (не показан) - подвеской 9 по аналогии с гибким тяговым элементом 5. В отличие от предыдущего варианта в данном приводе барабан 4 при достижении подвеской 9 гибкого

тягового элемента 5 крайнего нижнего положения останавливается (фиг, 9), а затем включается на реверс, после чего подвеска 9 начинает перемещаться в обратную сторону.

Увеличение пути и времени торможения

и разгона точки подвеса колонны насосных штанг за счет перемещения верхнего конца гибкого тягового элемента 5 по профильным вырезам в виде направляющих во время изменения направления хода снизу вверх позволяет значительно снизить динамические нагрузки без уменьшения радиуса навивки и осуществить двухстороннюю навивку гибкого тягового элемента, устройства реверсирования и привода в целом, одновременно повышая эффективность его работы. Уравновешивание привода маховиком и заключение барабана в герметичный корпус резко уменьшают габариты и вес привода при одповременном увеличении длины хода, так как отпадает необходимость в наличии высокой мачты или шахты для обеспечения перемещения противовеса и устьевого штока (не показан). Малые габариты и вес

позволяют устанавливать привод непосредственно на устье скважины и создают возможность для заключения привода в целом в герметические камеры или кессоны для установки его на скважинах с приводным

расположением устья.

Увеличение пути и времени торможения и разгона точки подвеса колонны насосных штанг за счет перемещения верхнего конца гибкого тягового элемента по профильным

вырезам в виде направляющих, позволяет снизить динамические нагрузки при реверсе, повысить срок службы и эффективность работы привода с односторонней навивкой гибкого тягового элемента на барабан.

Формула изобретения 1. Привод скважинного штангового насоса, содержащий реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с

установленным на валу барабаном, на боковой поверхности которого спирально с возможностью свивки и навивки размещен гибкий тяговый элемент, один конец которого связан с барабаном, а другой - с колонной насосных штанг, уравновешивающее и сальниковое устройство и подвеску, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности эксплуатации путем уменьшения числа реверсирований, верхний конец гибкого тягового элемента связан с барабаном посредством подвески, которая снабжена осью, а внутренние поверхности торцов барабана снабжены профильными вырезами, в которых с возможностью перемещения и обеспечения полной свивки и навивки на барабан в обратном направлении гибкого тягового элемента установлена ось его подвески,

А-А 7

16577428

причем гибкий тяговый элемент установлен через свободно вращающийся ролик.

2.Привод по п. 1,отличающийся тем, что уравновешивающее устройство выполнено в виде маховика, кинематически связанного с барабаном и реверсивным электродвигателем.

3.Привод поп. 1,отличающийся тем, что барабан и свободно вращающийся ролик установлены в герметичном корпусе.

4.Привод по п. 1,отличающийся тем, что ось подвески выполнена с колесами, установленным /; с возможностью взаимодействия с профильными вырезами внутренних поверхностей торцов барабана, причем колеса и профильные вырезы снабжены зубьями.

Приоритет по пунктам: пп. 1-3-от 14.12.66 п. 4 -от 16.08.89

10

15

18

Фиг. 2.

18

6

Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность эксплуатации привода скважинного штангового насоса путем уменьшения числа реверсирований. Реверсивный электродвигатель 1 кинематически связан через ведомый элемент (Э) регулирующего устройства с установленным на валу барабаном (Б) 4. На боковой поверхности спирально с возможностью свивки и навивки размещен гибкий тяговый Э 5, один конец которого связан с Б 4, другой - с- колонной 6 насосных штанг Ведомый Э ус

Фиг.З

4

Фиг.Ь

Фиг. 6

13

Vi

Фиг. в

Ю