СТАНОК-КАЧАЛКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Полезная модель 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.
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 предлагаемой полезной модели. Так, эта конструкция предполагает использование в качестве противовеса подвижную часть ΙΙΙΓΉ 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 основному недостатку следует отнести повышенную энергоемкость привода из-за влияния инерционных сил от колебательного движения основной балки с головками. Кроме того, как недостаток, следует отметить и размещение привода на оголовке стойки (сваи), т.е. на высоте, что затрудняет проведение профилактических осмотров и ремонтных работ.
Таким образом, основной задачей полезной модели является снижение энергозатрат на привод, а также улучшение условий эксплуатации С-К.
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 штанговых глубинных насосов (ШГН), возвратно-поступательные перемещения штоков которых осуществляются с помощью привода, включающего мотор-редуктор, отличающийся тем, что балка закреплена на стойке перпендикулярно последней и на ее концах смонтированы головки в виде блоков, через которые мотор-редуктор посредством канатов связан с каждым из ШГН через барабан, соединенный с выходным валом редуктора и распложенный под балкой, при этом каждый канат в промежутке между головкой и барабаном опирается на дополнительный блок, размещенный на балке.
Технический результат полезной модели заключается в улучшении эксплуатационных характеристик С-К за счет снижения энергоемкости привода путем устранения влияния инерционных сил от колебательного движения балансирной балки с головками.
На чертежах, прилагаемых к описанию, даны:
- фиг. 1 - схематическое изображение С-К;
- фиг. 2 - вид на привод С-К по стрелке А.
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 8, размещенные и закрепленные на платформе 9, установленной у основания стойки 4. На платформе 9 смонтирован в опорах 10 барабан 11, расположенный под балкой 1, который связан с выходным валом 12 редуктора 7 посредством муфты 13. Гибкая связь привода 6 с каждым ШГН представлена двумя отрезками 14 канатов, которые, в конечном итоге, соединяют между собой барабан 11 с каждым из ШГН. На балке 1 над барабаном 11 на общей оси установлены пара дополнительных направляющих блоков 15.Соединение отрезков 14 канатов с барабаном 11 осуществляется на его образующей поверхности с противоположных сторон, что обеспечивает перемещение штоков 16 в накопителях 17 в противофазе, т.е. одновременное движение штоков идет всегда в противоположных направлениях. Полное статическое уравновешивание ветвей обоих ШГН достигается применением грузов 18, закрепляемых на отрезках канатов 14. 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 11, которое осуществляется приводом 6 в циклическом режиме, т.е. вращение по часовой стрелке сменяется на противоположное и обратно, что определяется программой, заложенной в систему управления приводом. В процессе вращения барабана один из отрезков 14 канатов сматывается с него, а другой - наматывается, чем осуществляется перемещение штоков 15 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 18, и второй - исключение влияния инерционных сил, возникающих при качании балансирной балки в конструкции традиционного С-К.