Привод скважинной штанговой насосной установки Советский патент 1983 года по МПК F04B47/02 

Изобретение относится к технике для добычи нефти, в частности к приводу скважинных штанговых насосных установок и может быть использовано при пластовых жидкостей из нефтяных и других скважин.

Известен привод скважйнной штан-, говой насосной установки, содержащий фундаглент, несущую-мачту, расположенные на ее вершине реверсивный двигатель и два вращающихся элемента с размещенными на них гибкими звеньями, концы которых шарнирно соединены с одной стороны с противовесом,- а с другой - с соосной скважине траверсой связанной с колонной насосных штанг.

Недостатками известного привода скважйнной штанговой установки являются низкая надежность ввиду исполь- зования в ней четырех гибких звеньев и значительная собственная масса, связанная с большими габаритными размерами вращающихся элементов и вала, на котором они установлены. Кроме того, расположение траверсы и колонны насосных штанг с внешней стороны несущей мачты ведет к нагружению последней эксцентричной динамической нагрузкой, для восприятия которой несущая мачта выполнена прочной и

жесткой, что определяет и ее большую массу. Это, в свою очередь, способствуе т также увеличению размеров фундамента и его массы.

Цель-, изобретения - повышение надежности, уменьшение массы привода и фундамента.

Указанная цель достигается тем, что в приводе скважйнной штанговой

10 насосной установки, содержащем фундамент, несущую мачту, расположенные на ее вершине реверсивный двигатель и два вращающихся элемента с размещенными на них гибкими звеньями,

15 концы которых шарнирно соединены с одной стороны с противовесом, а с другой - с соосной скважине траверсой, связанной с колонной насосных штанг, центры шарниров смещены отно20сительно- вертикалей, касательных к рабочей поверхности вращакядйхся элементов, а траверса связана с реверсивный двигателем посредством несамотормозящегося винтового механизма, 25 размещенного внутри мачты, причем , вращакндиеся элементы и шарниры расположены симглетрично относительно оси скважины в совпадающей с ней плоскости, а противовес выполнен

30 рхватывсюнцим несущую мачту. Реверсивный двигатель выполнен с полым ротором, охватывающим винт винтового механизма. Кроме того, привод снабжен трубчатым стояком, установленным.внутри несущей мачты, выполненной в виде трубы, с образованием кольцевой пол ти для смазки, а винт винтового механизма выполнен полым, охватывающи стояк. На фиг. 1 схематично представлен привод скважинной штанговой насосно установки, разрез; на фиг. 2 - сече ние А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сече ние Б-Б на-.фиг.. Привод скважинной штанговой насо ной установки состоит из реверсивно го двигателя, например встроенного электродвигателя 1, имеющего статор и полыйротор 3, соосно связанный с гайкой 4, например шариковинтовой несамотормозящегося винтового механ ма (не обозначен), охватывающий вин 5, взаимодействующий с упомянутой гайкой. Винт 5 зкестко и соосно прикреплен к соосной со скважиной траверсе 6, вращение которой стопорится направляющими 7 посредством катков 8, имеющих . подилипники 9 , одетые на цапфы 10 траверсы. Направляющие прикрепл-ены к несущей мачте 11 и па раллельны оси скважины. Траверса 6 посредством имеющих возможность кач ния вокруг пальцев 12 шарниров 13 и гибких звеньев 14, перекинутых че рез вращающиеся элементы-шкивы 15, имеющие возможность свободно вращаться на осях 16 связана с притивове . сом 17, охватывающим несущую мачту 11, на котором установлен управляющий элемент 18. Оси 16 связаны с не сущей мачтой 11 посредством кронште нов 19, причем центры шарниров 13 (пальцев 12) смещены относительно вертикалей, касательных к рабочей п верхности шкивов 15. Это обеспечивает изменение углов, образуемых между ветвями гибких звеньев 14 и вертикалями, проходящиг.-ш через указанные центры шарниров 13, при движении траверсы б (противовеса 17) . Шкивы 15 и центры шарниров 13 на кон цах гибких звеньев 14, а также саг/м гибкие звенья 14 расположены в плоскости, с которой совпсщает ось скважины, причем шкивы 15, крепятдие гибкие звенья 14 к траверсе б, и шар ниры 13,. крепящие гибкие звенья 14 к противовесу 17, симметричны относи тельно оси сквансины. Такое расположение элементов привода обеспечивает симметричноераспределение усилий при выполнении противовеса. 17 симметричным относительно оси скважины и отсутствие эксцентричной нагрузки на несущую мачту 11. Несамотормозящаяся гайка 4 вместе с полым ротором 3 установлена в под1уипниках 20 и соосна со скважиной вследствие соосности с винТом 5, который посредством штока 21, глуфты 22 и полированного штока. 23 связан с колонной насосных штанг (не показана). Несущая мачта 11 посредством пьедестала 24,внутри которого размещается устьевой сальник 25, соосно установлена на обсадной колонне 26 скважины и имеет лапы 27 с катками 28, опирающимися на рельсы 29, уложенные на фундаменте 30/ На боковой поверхности пьедестала 24 имеется вырез 31, обеспечивающий доступ к устьевог.1у сальнику 25 и пропускающий последний при смещении привода по рельсам 29. На несущей мачте 11 установлены датчики реверса 32, связанные с блоком управления 33, двигателя 1. Винтовой механизм защищен от дождя трубчатым кожухом 34, установленными над двигателем. Для регулирования уравновешивания л на противовесе 17 уложен набор съемных .грузов 35. Несущая мачта 11 выполнена в виде трубы и имеет кольцевое днище 36 с прикрепленным к нему трубчатым стояком 37, размещенным в полости 38 винта 5 и образующим вместе с несущей мачтой 11 кольцевую полость 39, частично заполняемую смазочным материалом. Шкивы 15 частично входят внутрь несущей мачты 11 через прорези 40, .выполненные вдоль ее образую дих, и прикрыты от дождя и пыли козырьками 41. Таким образом, м.еханизм привода предохраняется от атмосферных воздействий и обеспечивается удержание смазочного материала. . Привод работает следующим образом. Полый ротор 3, взаимодействуя со статором 2, вращается совместно с несамотормозящейся гайкой 4, сообщающей поступательное движение винту 5, вместе с которым движется траверса 6., катки 8 которой упираются в направляющие 7 и катятся по ним, предохраняя ходовой винт от вращения. Дви хущиеся вместе с траверсой 6 шарниры 13 передают это движение гибким звеньям 14,.огибающим шкивы 15, вращающиеся на осях 16 и вызывающим движение противовеса 17 в направлении, противоположном движению винта 5, связэнного с колонной насосныхштанг и траверсой 6, В частности, при движении винта 5 (колонны насосных штанг и траверсы) вниз, противовес 17 поднимается . При достижении управляющим элементом 18 положения, обеспечибающего срабатывание верхнего датчика реверса 32, управляющий- сигнал, возникающий при срабатывании последнего, воздействует на блок управления 33 и отключает питание двигателя 1. По мере движения угол между ветвями гибких звеньев 14, связанныг/ш с притивовесом 17j увеличивается и, соответ-. ственно, увеличивается натяжение гиб ких звеньев. В то же время, угол МЭЖДУ ветвягли гибких звеньев 14, связанными с траверсой б, уменьшается и, соответственно, увеличивается приложенная к траверсе 6 вертикальная равнодействующая от натяжения гибких звеньев - уравновешивающая сила. Таким образом, по мере движения винта 5 вниз уравновешивающая сила увеличивается, что замедляет, после отключения питания двигателя, движение винта, продолжающееся всдед ствие инерции движущихся частей привода и колонны насосных штанг до полной остановки, после чего, вследствие избыточного уравновешивания, начинается движение винта 5 вверх и соответствующее раскручивание несамотормозящейся гайки 4 с полыг/1 ротором 3. Затем, при взаимодействии управляющего элемента 18 с верхним датчиком реверса 32, включается питание двигателя, причем направление вращения его полого ротора 3 соответствует движению винта 5 вверх. По мере этого движения угол между ветвями гибких звеньев 14, связанными с противовесом 17, уменьшается и, соответственно, уменьшается натяжение гибких звеньев. В то же время, УГОЛ между вeтвя ш гибких звеньев 14, связанными с траверсой б увеличивается и, соответственно, уменьшается уравновешивакяцая сила, что замедляет до полной остановки движение винта 5, продолжающееся вследствие инерции движущихся частей привода и колонны насосных штанг, после отключения питания двигателя при взаимодействии управ-: т яющего элемента 18 с нижним датчи. ком реверса 32. После этого, вслед-, ствие неполного уравновешивания начинается движение винта 5 вниз и соответствующее раскручивание несамб тормозящейся гайки 4 с полым ротором 3, а затем - запуск двигателя 1 в направлении, соответствующем движе нию винта. Изменение углов между ветвями гибких звеньев 14 без перегибов последних обеспечивается шарнирами .13, совершающими качательное движение вокруг пальцев 12. В нижнем положении винта 5 его нижняя часть и траверса б с установленными на не элементами погружаются в смазку, которая в верхнем положении винта 5 попадает на рабочие поверхности нес мотормоэящейся гайки 4, откуда разносится по всей длине винта и, стекая с него, смазывает подшипники 20 после чего возвращается в полость 3 Изменение числа ходов осуществля ется путем изменения числа оборотов двигателя 1, а изменение длины хода сменными гибкими звеньями 14 и пере мещением датчиков реверса 32. При необходимости проведения ремонтных работ на скважине , траверсу б приводят в крайнее возможное нижнее положение, при котором муфта 22 опускается в полость пьедестала 24 и опирается на устьевой сальник 25, после .этого шток 21 отсоединяют от муфты 22, а пьедестал 24 - от обсадной колонны 26, Привод, опирающийся на катки 28, откатывают по рельсам 29 в сторону от скважины. При этом устьевой сальник 25 и муфта 22 проходят .через вырез 31 пьедестала, перемещающегося вместе с приводом. Изобретение позволяет значительно уменьшить массу привода,(уменьшится расход металла на его изготовление), облегчает транспортировку и уменьшает стоимость. Кроме того, фундамент привода выполняет лишь вспомогательные функции, -а его размеры, масса и стоимость значительно ниже. Эти факторы, а также минимальная присквйжинная площадь, занимаемая опи- санным приводом и высокое расположение двигателя, делают его применение особенно перспективным, в нефтяных районах, для которых характерны низкие несущие свойства грунтов, кустовое расположение скважин, при котором имеется минимум прискважинной площади и затопляемость местности. Привод имеет достаточно высокий КПД, несмотря на реверсивный принцип работы двигателя вследствие того, что. предусмотрено накопление энергии движущихся частей при торможении и использование ее в процессе реверса. Применение в приводе встроенного электродвигателя позволяет осуществлять его управление серийно выпускаемыми пусковыми тиристорными устройствами, обеспечивающими достаточно высокую надежность и долговечность. Формула изобретения 1. Привод скважинной штанговой насосной установки, содержащий фундамент, несущую мачту, расположенные на ее вершине реверсивный двигатель и два вращагадихся элемента с размещенными на них гибкими звеньями, концы которых шарнирно соединены с одной стороны с противовесом, а с другой - с соосной скважине траверсой, связанной с колонной насосных штанг, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, уменьшения массы привода и фундамента, центры шарниров смещены относительно вертикалей, касательных к рабочей поверхности вращающихся элементов, а траверса связана с реверсивным двигателем посредством несамотормозящегося винтового механизма, размещенного внутри мачты, причем вращающиеся элементы и шарниры расположены симметрично относительно осискважины в совпадающей , с ней плоскости, а. противовес выполнен охватывающим несущую мачту.

2. Привод ПОП.1, отличающий с я тем, что реверсивный двигатель выполнен с полым ротором, охватывающим винт винтового механизма.

3. Привод по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен трубчатым стояком, установленным внутри несущей мачты, выполненной в виде.,с образованием кольцевой полости для смазки, а винт механизма выполнен полым, охватывающим стояк.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3595117, кл. 74-89 22, 1973.