Привод скважинного штангового насоса

 

Привод скважинного штангового насоса относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использован при эксплуатации скважин. Привод содержит двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное. Включает ведущий шкив и криволинейный направляющий элемент, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг. Противовес выполнен таким образом, что его центр тяжести расположен в полости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена. Криволинейная поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с непрерывным гибким звеном, выполнена с переменным радиусом кривизны. Размещение центра тяжести противовеса в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена, устраняет дополнительную нагрузку на него в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена. Выполнение криволинейной поверхности направляющего элемента, взаимодействующей с непрерывным гибким звеном, с переменным радиусом кривизны увеличивает длину хода плунжера штангового насоса при неизменной скорости непрерывного гибкого звена и длине хода точки подвеса штанг. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при подъеме жидкости из скважины.

Известна качалка с длинным ходом для насосной эксплуатации скважин с грузом, скрепленным с мертвым концом уравновешивающей цепи, скрепленной цапфами крестовины с уширенным звеном непрерывной цепи, перекинутой через сидящие на полуосях звездочки, приводимые в движение цепной передачей (а.с. СССР N 37660, 5 а, 41).

Недостатками качалки являются: сложность конструкции, низкая надежность в работе из-за дополнительной нагрузки, возникающей от воздействия изгибающих усилий на непрерывные цепи, кроме того, выполнение качалки с двумя параллельными непрерывными цепями из-за разной вытяжки их в процессе эксплуатации снижает надежность в результате перекосов крестовины и возникновения при этом дополнительной нагрузки.

Известна также длинноходовая насосная установка с тележкой, содержащая двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомые шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса, разомкнутого гибкого эвена находятся в одной вертикальной плоскости (патент США N 4916959, кл. B 66 B 5/26).

Недостатком установки является низкая надежность в работе из-за дополнительной нагрузки (изгибающего момента) на непрерывное гибкое звено, действующей в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена.

Задача изобретения - повышение долговечности и надежности в работе, а также производительности штангового насоса за счет снятия дополнительной нагрузки на непрерывное гибкое звено, а также увеличения длины хода плунжера насоса.

Для достижения этой задачи в приводе, содержащем двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и направляющий элемент, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг, противовес выполнен таким образом, что его центр тяжести расположен в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена, а поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с непрерывным гибким звеном, выполнена криволинейной с переменным радиусом кривизны.

В результате такого выполнения привода повышается его долговечность и надежность в работе, за счет устранения дополнительной нагрузки (изгибающего момента) на непрерывное гибкое звено в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось этого звена, а производительность штангового насоса повышается за счет увеличения длины хода плунжера штангового насоса при неизменной скорости непрерывного гибкого звена и длине хода точки подвеса штанг.

На фиг. 1 изображена схема участка непрерывного гибкого звена с узлом связи его с кареткой, соединенной с противовесом, в известной установке, поясняющая действие изгибающего момента на непрерывное гибкое звено; на фиг. 2 - привода, общий вид; фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - то же, вид сбоку; на фиг. 5 - узла 1 (в верхнем положении) на фиг. 2; на фиг. 6 - непрерывного гибкого звена с криволинейным направляющим элементом переменного радиуса.

Привод скважинного штангового насоса (фиг. 2-4) содержит раму 1, на которой установлен двигатель 2, вращающий через редуктор 3 ведущий шкив 4, охваченный совместно с направляющим элементом 5 (например, шкивом) непрерывным гибким звеном 6, связанным шарнирным узлом 7 с кареткой 8, подвижно соединенной с противовесом 9, установленным в направляющих 10 и связанным через разомкнутое гибкое звено 11 с колонной штанг 12. При этом центр тяжести противовеса 9 расположен в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена 6.

Поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с замкнутым гибким звеном, может быть выполнена криволинейной с переменным радиусом (фиг. 6).

Привод скважинного штангового насоса работает следующим образом.

После пуска электродвигателя 2 вращение от него передается редуктору 3 с ведущим шкивом 4, который приводит в движение непрерывное гибкое звено 6, охватывающее его и направляющий элемент 5. Вместе с непрерывным гибким звеном движется связанная с ней шарнирно узлом 7 каретка 8. При движении непрерывного гибкого звена 6 каретка 8 получает поступательное движение на прямолинейных участках и описывает кривую при переходах через ведущий шкив 4 и направляющий элемент 5. Таким образом, колонна штанг 12, связанная с противовесом 9 разомкнутым гибким звеном 11, движется возвратно-поступательно.

Выполнение противовеса, например, П-образной формы в поперечном сечении, при котором его центр тяжести совпадает с плоскостью, проходящей через ось непрерывного гибкого звена (фиг. 3), позволяет устранить с него дополнительную нагрузку (изгибающий момент) в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена (фиг. 5), что повышает долговечность и надежность в работе привода в целом.

Выполнение поверхности направляющего элемента, взаимодействующей с непрерывным гибким эвеном, криволинейной с переменным радиусом повышает производительность штангового насоса за счет увеличения длины хода плунжера насоса при неизменной скорости непрерывного гибкого звена и длине хода точки подвеса штанг.

Например, при использовании насосной установки с тележкой, выполненной по патенту США N 4916959, изгибающий момент, возникающий от силы тяжести противовеса (фиг. 1), действует на непрерывное гибкое звено в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого эвена, создавая дополнительную нагрузку на него.

Особенностью штанговой глубинно-насосной установки является передача движения от привода к плунжеру скважинного насоса через длинную колонну штанг, в результате деформации которой длина хода плунжера насоса не равна длине хода привода. В начале хода вверх нагнетательный клапан в плунжере насоса закрывается и на плунжер передается нагрузка от столба жидкости; в результате при движении точки подвеса штанг вверх штанги растягиваются, а плунжер остается неподвижным до тех пор, пока произведение напряжения растяжения на площадь поперечного сечения штанг не станет равным нагрузке от столба жидкости. Аналогично происходит "снятие" нагрузки от столба жидкости в начале хода вниз. Непроизводительная потеря хода плунжера тем больше, чем глубже спущен насос. Ход плунжера насоса может быть увеличен при неизменной длине хода привода за счет "предварительного" растяжения (сокращения) штанг под действием инерционных сил при резком торможении штанговой колонны в конце хода вниз (вверх).

Однако если этого эффекта достигать за счет уменьшения радиуса шкивов преобразующего механизма, то увеличение длины хода плунжера сопровождается соответствующим увеличением максимальной (и уменьшением минимальной) нагрузок на штанги в результате увеличения инерционной составляющей максимальной (минимальной) нагрузки, пропорциональной ускорению точки подвеса штанг на участке разгона штанг в начале хода вверх и вниз. Выполнение направляющих элементов преобразующего механизма с переменным радиусом (см. фиг. 6) позволяет обеспечить резкое торможение штанг в конце ходов вниз и вверх и плавный разгон колонны в начале хода вверх и вниз. Таким образом, достигается увеличение длины хода плунжера насоса, а соответственно и производительности штанговой глубинно-насосной установки, без увеличения амплитуды нагрузок на штанги и привод, что повышает надежность и долговечность работы оборудования.

На дату подачи заявки разработаны рабочие чертежи привода.

Формула изобретения

1. Привод скважинного штангового насоса, содержащий двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и криволинейный направляющий элемент, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанных через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг, отличающийся тем, что центр тяжести противовеса расположен в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что криволинейная поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с непрерывным гибким звеном, выполнена с переменным радиусом кривизны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6