Станок-качалка для добычи нефти

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии. Cтанок-качалка для добычи нефти включает балансирную балку 6, смонтированную с помощью шарнира 5 на опорной стойке 1 и снабженную на своих обоих концах 7 головками 9, обеспечивающими возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов, и кинематически связанную с приводом 14, содержащим электродвигатель, редуктор 16 и механизм преобразования вращательного движения в колебательное. Привод 14 размещен на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности оголовка стойки 1. Механизм преобразования выполнен в виде зубчатого механизма, шестерня 17 которого закреплена на выходном валу редуктора 16. Часть колеса 19 в виде сектора неподвижно установлена на балке 6. Геометрическая ось колеса 19 совмещена с соответствующей осью шарнира 5 связи балки 6 и стойки 1. Изобретение направлено на упрощение конструкции станка-качалки, повышение экономических характеристик в процессах промышленного производства станка-качалки и его эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности 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.

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

В RU 2205978 описано такое устройство, которое содержит корпус 1 (нумерация позиций взята из описания патента), электродвигатель 2, редуктор 3, механизм преобразования вращательного движения ведомого вала редуктора 3 в возвратно-поступательное движение шатуна, выполненный в виде ведущей звездочки 4, смонтированной на ведомом валу редуктора, ведомой звездочки 5, установленной на корпусе 1 с возможностью вращения на ее геометрической оси и взаимодействия с ведущей звездочкой 4 с помощью пластинчатой цепи 6, надетой на эти звездочки, шатун 7, шарнирно установленный одной стороной на пластинчатой цепи 6 с помощью пальца 8, а другой стороной - на нижнем конце балансира 9, установленного на корпусе 1 вертикально с возможностью колебательного движения в вертикальной плоскости и взаимодействия с 2-мя ШГН с помощью неподвижной радиальной головки 10, подвижной радиальной головки 11, подвески 12, штанги 13, опущенной в устье скважины 14,шкива 15, откидной головки 16, стойки 17, подвески 18, штанги 19, взаимодействующей со скважиной 20, шкива 21, откидной головки 22 и стойки 23.

Описанное устройство работает следующим образом. При включении в работу электродвигателя 2 вращательное движение передается на редуктор 3 и ведущую звездочку 4. Цепная передача преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное перемещение шатуна 7. Последний взаимодействует с балансиром 9, сообщая ему колебательное движение в вертикальной плоскости. В момент поворота сдвоенных радиальных головок 10 и 11 в левую сторону, штанга 13 ШГН скважины 14 будет опускаться вниз, а штанга 19 будет подниматься вверх, извлекая нефть из скважины 19. Таким образом, добыча нефти на одной С-К повышается в два раза и значительно сокращается расход электроэнергии, расход на ремонт и техническое обслуживание технологического оборудования.

Основным недостатком описанного устройства является конструкционная сложность механизма преобразования вращательного движения в колебательное, включающего замкнутую пластинчатую цепь, связанную через шатун с колебательной системой, несущей сдвоенные головки, шарнирно закрепленные на отдельной стойке. Сложность конструкции устройства влечет за собой увеличение производственных затрат, а также снижение надежности работы С-К.

В качестве прототипа предлагаемому изобретению выбрана конструкция С-К, описанная в RU 2191924. Станок-качалка с двумя балансирами содержит раму, электродвигатель, редуктор и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Балансир выполнен с возможностью взаимодействия с двумя штангами насосных установок при помощи двух откидных головок, устанавливаемых на концах продольной балки. Устройство снабжено вторым балансиром, связанным с механизмом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Одна из откидных головок первого балансира выполнена с возможностью взаимодействия с головкой второго балансира при помощи двух тросов, каждый из которых жестко закреплен одним концом на головке второго балансира, а вторым концом - на головке первого балансира, но на противоположных сторонах головок.

Несмотря на то что прототип имеет определенные преимущества в сравнении с аналогом, он имеет значительный недостаток - сложность конструкции. Суть в том, что в качестве механизма преобразования использовано схематическое решение традиционного С-К, т.е. механизм преобразования есть ни что иное, как собственно станок-качалка, содержащий все присущие ему, без изъятия, родовые признаки, в частности, фундамент, стойка для балансира, собственно балансир с головкой, электродвигатель, редуктор и, наконец, шатунно-кривошипный механизм, шарнирно связанный с балансиром. Как следствие, конструкция С-К прототипа обладает высокой металлоемкостью, сложностью монтажно-технических, эксплуатационных и ремонтных работ, т.е. интегрально характеризуется низкими экономическими параметрами.

Таким образом, задачей изобретения является упрощение конструкции и улучшение экономических характеристик С-К.

Поставленная задача решается за счет того, что в станке-качалке для добычи нефти, включающем балансирную балку, смонтированную с помощью шарнира на опорной стойке и снабженную на своих обоих концах головками, обеспечивающими возможность обслуживания двух ШГН, и кинематически связанную с приводом, содержащим электродвигатель, редуктор и механизм преобразования вращательного движения в колебательное, привод размещен на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности оголовка стойки, а механизм преобразования выполнен в виде зубчатого механизма, шестерня которого закреплена на выходном валу редуктора, а часть колеса в виде сектора неподвижно установлена на балке, при этом геометрическая ось колеса совмещена с соответствующей осью шарнира связи балки и стойки.

Кроме того, решению поставленной задачи способствует и то, что зубчатый механизм выполнен в виде цевочного механизма, в котором цевки выполнены вращающимися, а части балансирной балки, расположенные по обе стороны шарнира, выполнены телескопическими, при этом на подвижных фрагментах балки смонтированы с возможностью возвратно-поступательного перемещения регулировочные грузы.

Технический результат состоит в значительном упрощении конструкции С-К за счет новой компоновки его узлов и механизмов, заключающейся в размещении привода на опорной стойке в непосредственной близости от балансирной балки и выполнения механизма преобразования движения в виде взаимодействующих шестерни и сектора колеса. Следствием вышеуказанного является повышении экономических характеристик в процессах промышленного производства С-К и его эксплуатации.

На чертежах, прилагаемых к описанию изобретения, даны:

- на фиг. 1 - схематическое изображение общего вида С-К;

- на фиг. 2 - схематическое изображение привода С-К.

Станок-качалка содержит опорную стойку 1 выполненную в виде сваи, забитой в грунт, на оголовке которой установлен съемный стакан 2, связанный своим днищем 3 посредством фланца с опорой 4, снабженной горизонтальным шарниром 5 связи с балансирной балкой 6. Последняя по обе стороны шарнира 5 выполнена из двух частей, телескопически связанных друг с другом, т.е. установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения. На каждой из подвижных частей 7 смонтированы с возможность возвратно-поступательного перемещения регулировочные грузы 8. Концы частей 7 несут головки 9, которые с помощью канатов 10 связаны со штоками И ШГН, размещенные в скважинах 12, совмещенных с накопителями 12А. На боковой поверхности стакана 2 ортогональной балке 6 закреплена консоль 13 (фиг. 2), на горизонтальной площадке которой смонтирован привод 14 качания балки 6. Привод 14 представлен кинематически и последовательно связанными между собой электродвигателем 15, редуктором 16 и механизмом преобразования вращательного движения электродвигателя в колебательное движение балансира. Последний выполнен в виде зубчатого механизма, шестерня 17 которого закреплена на выходном валу 18 редуктора 16, а часть колеса 19 в виде сектора неподвижно установлена на балке 6, при этом геометрическая ось колеса совмещена с соответствующей осью шарнира связи балки 6 и стойки 1. Другими словами, наружные поверхности колеса 19 и оси 5 являются эквидистантными или, иначе, описываются радиусами из общего центра «О». Помимо эвольвентного зацепления в механизме преобразования может быть использовано цевочное зацепление. В качестве фиксаторов подвижных частей 7 на балке 6 и регулировочных грузов 8 на частях 7 могут служить зажимные болты 20. Конструкция С-К дает возможность осуществить его производство в виде отдельных сборочных единиц, легко транспортируемых и собираемых на месте его размещения. Среди таких единиц можно указать на опору 4 с шарниром 5, балансирную балку 6, подвижные части 7, несущие регулировочные грузы 8 и головки 9, консоль 13 со смонтированным на ней приводом 14 и стакан 2.

Изобретение реализуется следующим образом.

После сооружения двух соседних скважин 12 и размещения в них подвижных частей ШГН осуществляют на равновеликом расстоянии от каждой из них забивку бетонной сваи 1, которая может быть заменена трубой диаметром не менее 0,5 метра. Сборка С-К выполняется на месте расположения скважин, при этом он может быть собран на земле полностью и водружен на сваю 1 путем надевания стакана 2 на последнюю с помощью подъемно-транспортных средств с последующей фиксацией последнего с помощью зажимных болтов 20. Соединение головок 9 канатами 10 с полированными штоками 11 производят при горизонтальном положении балансирной балки 6, задавая длину соединительных канатов 10 приблизительно равной величине хода ШГН, что определяется по месту. Точное соответствие расстояния между головками 9 расстоянию между продольными осями обеих скважин 12 задается перемещением подвижных частей 7, фиксируемых в заданном положении болтами 20. Уравновешивание подвижных частей обоих ШГН, т.е. создание оптимальных условий для работы привода (снижение нагрузки) достигается путем перемещения регулировочных грузов 8 с последующей их фиксацией на частях 7 в процессе подготовительных работ перед запуском рабочего режима С-К. Исходным расположением шестерни 17, колеса 19 механизма преобразования, а также оси шарнира 5 перед началом работы является расположение их геометрических осей в общей вертикальной плоскости.

Работа С-К осуществляется реверсивным вращением вала 18 в соответствии с программой управления работой электродвигателя 15, что обеспечивает колебательное движение балансирной балки 6, а значит, и возвратно-поступательное движение подвижных частей ШГН и, как результат, циклическое извлечение из недр нефти, которая через накопители 12А отправляется по трубопроводам (на чертеже не показано) в емкости для сбора.

1. Станок-качалка для добычи нефти, включающий балансирную балку, смонтированную с помощью шарнира на опорной стойке и снабженную на своих обоих концах головками, обеспечивающими возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов, и кинематически связанную с приводом, содержащим электродвигатель, редуктор и механизм преобразования вращательного движения в колебательное, отличающийся тем, что привод размещен на консольной опоре, закрепленной на боковой поверхности оголовка стойки, а механизм преобразования выполнен в виде зубчатого механизма, шестерня которого закреплена на выходном валу редуктора, а часть колеса в виде сектора неподвижно установлена на балке, при этом геометрическая ось колеса совмещена с соответствующей осью шарнира связи балки и стойки.

2. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что зубчатый механизм выполнен в виде цевочного механизма, в котором цевки выполнены вращающимися.

3. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что части балансирной балки, расположенные по обе стороны шарнира, выполнены телескопическими, при этом на подвижных фрагментах балки смонтированы с возможностью возвратно-поступательного перемещения регулировочные грузы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии. Станок-качалка для добычи нефти включает балансирную балку 4, смонтированную с помощью шарнира 5 на опорной стойке и снабженную на своих обоих концах головками 6, обеспечивающими возможность обслуживания двух штанговых глубинных насосов, и связанную с приводом, содержащим электродвигатель.

Изобретение относится к области гидравлических машин объемного вытеснения, а именно к пружинному приводу глубинного скважинного насоса. Привод содержит двигатель 14, штангу 1, подвижно смонтированную в направляющих 2, пружинные двигатели 3, смонтированные симметрично с двух сторон штанги 1 и соединенные с ней трособлочной системой.

Изобретение относится к оборудованию для эксплуатации нефтяных скважин и может быть использовано для управления процессом пуска станка-качалки. Станок-качалка содержит балансир 11, шатуны 10, противовесы 9, редуктор 6, электродвигатель 1.

Изобретение относится к области механизированной добычи нефти установками скважинных штанговых насосов. Станок-качалка включает основание 1, стойку 2, балансир 3, редуктор 8, электродвигатель 4 станка-качалки, стол 9 электродвигателя, установленный с возможностью движения в горизонтальной плоскости при помощи ходового винта 10 системы натяжения.

Группа изобретений относится к способу добычи нефти с помощью станка-качалки и к станку-качалке. Согласно способу добычи нефти с помощью станка-качалки подвижную часть ШГН перемещают в скважине в режиме возвратно-поступательного движения и уравновешивают одновременно противовесом.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам управления и контроля гидравлических приводов штанговых насосов управления резервированием электрогидравлической аппаратуры. Система управления гидравлическим приводом штангового насоса содержит программируемый логический контроллер, подключенный через дискретные выходы по меньшей мере к двум промежуточным реле, соединенным с по меньшей мере двумя электромагнитами, дискретные входы программируемого логического контроллера соединены с выходами по меньшей мере двух датчиков уровня рабочей жидкости (например, масла) в гидравлическом баке (гидробаке), аналоговые входы программируемого логического контроллера соединены с аналоговыми выходами по меньшей мере двух датчиков температуры и по меньшей мере двух датчиков давления.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройству соединения колонны штанг с наземным приводом. Устройство включает нижнюю траверсу 2, соединенную соосно с верхом полированного штока 1 колонны штанг с возможностью продольного перемещения вверх, верхнюю траверсу 3, соединенную соосно с тягой 4 привода с возможностью продольного перемещения вниз, и боковыми продольными штоками 5, соединенными соответствующими концами с траверсами 3 и 2.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройству соединения колонны штанг с наземным приводом. Устройство включает нижнюю траверсу 2, соединенную соосно с верхом полированного штока 1 колонны штанг с возможностью продольного перемещения вверх, верхнюю траверсу 3, соединенную соосно с тягой 4 привода с возможностью продольного перемещения вниз, и боковыми продольными штоками 5, соединенными соответствующими концами с траверсами 3 и 2.

Изобретение относится к области добычи нефти, в частности к нефтепромысловому оборудованию для механизированной добычи нефти штанговыми скважинными насосами. Способ фиксации противовеса станка-качалки реализуют через устройство, включающее противовес 1, кривошип 2 с внутренним сквозным продольным Т-образным пазом 3, имеющим полки 4 в верхней части и углубления 5 в нижней части.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройству для удержания колонны насосных штанг. Устройство содержит корпус с отверстием под шток.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для освоения и эксплуатации нефтяных скважин. Скважинная штанговая насосная установка содержит привод 1, колонну насосно-компрессорных труб 2, тяговый орган, цилиндр с всасывающим клапаном 10, размещенный в цилиндре плунжер 5 с нагнетательным клапаном 6, радиальный канал, сообщающий полость цилиндра с затрубным пространством 11. Привод 1 выполнен реверсивным длинноходовым. Тяговый орган составлен из гибкого тягового элемента 3, связанного с приводом 1, и колонны штанг 4, связанной с одноступенчатым полым плунжером 5. Цилиндр выполнен одноступенчатым в виде колонны цилиндров, заглушенной в нижнем конце. Клапан 10 установлен между нижней и верхней частями 7 и 8 колонны цилиндров и выполнен боковым, сообщающим полость колонны цилиндров с пространством 11. Изобретение направлено на повышение эффективности работы скважинной штанговой насосной установки. 1 ил.
Наверх