ПРИВОД ГЛУБИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности для подъема жидкости из скважин штанговыми насосами.
Известен привод скважинного штангового насоса, содержащий стойку с шарнирно установленным на ней балансиром, имеющим подвес для устьевого штока, двигатель, снабженный передаточным механизмом, выполненным с возможностью преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение упомянутого балансира, по меньшей мере, один груз, установленный с опорой, по меньшей мере, на один гидравлический цилиндр и, по меньшей мере, один гидравлический цилиндр, гидравлически связанный, по меньшей мере, с одним из упомянутых цилиндров, и шарнирно соединенный одним концом с упомянутым балансиром, а другим - с основанием. Упомянутый передаточный механизм может содержать в себе кривошип и шатун. Упомянутый передаточный механизм может содержать в себе редуктор. Кроме того, упомянутый груз может представлять собой емкость, заполняемую водой или сыпучими материалами. См. Патент на полезную модель RU 99081 Привод скважинного штангового насоса, МПК F04B 7/02, от 07.05.2010.
Данный привод скважинного штангового насоса является усовершенствованием механической конструкции привода, обеспечивающего снижение материалоемкости по сравнению с аналогом. Достоинством данного привода является обеспечение синусоидального изменения скорости движения подвеса устьевого штока, что позволяет снизить растягивающие нагрузки в штанговой колонне.
Недостатеком данного привода является необходимость в фундаменте для установки и безопасной работы привода, сложность монтажа данной конструкции привода и ее большой вес. В итоге данная установка не является мобильной и не может быть использована на разных скважинах.
Наиболее близким к заявляемому является привод глубинного штангового насоса, содержащий раму, в верхней части которой смонтирован силовой гидроцилиндр, расположенный вертикально с возможностью крепления штока штангового насоса, гидравлическую систему с насосной станцией, содержащую насос и асинхронный электродвигатель, систему управления приводом, снабженную двумя конечными выключателями (датчиками) движения штока силового гидроцилиндра, при этом силовой гидроцилиндр гидравлически соединен с насосной станцией, выполненной выносной. См. Патент на полезную модель RU 75873 Привод глубинного штангового насоса, МПК F04B 7/02, от 25.03.2008.
Недостатком данной конструкции привода является низкий КПД привода, обусловленный тем, что двигатель работает в одном режиме.
Другим недостатком данной конструкции привода являются высокие растягивающие нагрузки в штанговой колонне из-за отсутствия синусоидального закона движения штока силового гидроцилиндра, что приводит к снижению надежности привода.
Технической задачей полезной модели является повышение КПД привода за счет обеспечения возможности работы двигателя в двух режимах: при ходе штока гидроцилиндра вверх - в двигательном режиме, при ходе штока гидроцилиндра вниз - в генераторном режиме, при котором механическая энергия превращается в электроэнергию и возвращается в сеть.
Другой технической задачей полезной модели является повышение надежности привода за счет обеспечения синусоидального закона движения штока силового гидроцилиндра, что позволяет снизить растягивающие нагрузки в штанговой колонне и является наиболее оптимальным для подземного оборудования.
Для решения данной задачи в известном приводе глубинного штангового насоса, содержащий раму, в верхней части которой смонтирован силовой гидроцилиндр, расположенный вертикально с возможностью крепления устьевого штока, гидравлическую систему с насосной станцией, содержащей насос и асинхронный электродвигатель, систему управления приводом, снабженную двумя конечными выключателями движения штока силового гидроцилиндра, при этом силовой гидроцилиндр гидравлически соединен с насосной станцией, согласно полезной модели система управления приводом содержит частотно-регулируемый электропривод с возможностью рекуперации энергии торможения в питающую сеть.
В частном случае исполнения согласно полезной модели система управления приводом содержит дополнительный рабочий бесконтактный выключатель движения штока силового гидроцилиндра, расположенный между двумя конечными выключателями движения штока силового гидроцилиндра.
Наличие в системе управления приводом частотно-регулируемого электропривода с возможностью рекуперации энергии торможения в питающую сеть обеспечивает возможность работы двигателя в двух режимах: при ходе штока гидроцилиндра вверх - в двигательном режиме, при ходе штока гидроцилиндра вниз - в генераторном режиме, при котором механическая энергия превращается в электроэнергию и возвращается в сеть. Это приводит к порвышению КПД привода.
Наличие в системе управления приводом дополнительного рабочего бесконтактного выключателя движения штока силового гидроцилиндра, расположенного между двумя конечными выключателями обеспечивает снижение растягивающих нагрузок в штанговой колонне и является наиболее оптимальным для подземного оборудования.
На рисунке схематично показан привод глубинного штангового насоса.
Привод глубинного штангового насоса содержит раму 1, в верхней части которой смонтирован силовой гидроцилиндр 2. Силовой гидроцилиндр 2 расположен вертикально с возможностью крепления устьевого штока 3. Высота рамы 1 соответствует номинальной длине хода гидроцилиндра 2. Привод содержит гидравлическую систему с насосной станцией 4, выполненной выносной. Насосная станция 4 включает реверсивный насос/гидромотор 5, асинхронный электродвигатель 6 с короткозамкнутым ротором, установленные в баке 7 с рабочей жидкостью. Система управления 8 приводом снабжена двумя конечными выключателями 9 движения штока 3, установленными на раме 1. Силовой гидроцилиндр 2 гидравлически соединен с насосной станцией 4 посредством дренажного рукава 10, и напорного рукава 11. Система 8 управления приводом содержит частотно-регулируемый электропривод 12 с возможностью рекуперации энергии торможения в питающую сеть. Насосная станция 4 соединена с системой 8 управления приводом сигнальным кабелем 13 и силовым кабелем 14.
В частном случае исполнения система 8 управления приводом содержит дополнительный рабочий бесконтактный выключатель 15 движения штока 3, установленный на раме 1 между двумя конечными выключателями 9. Конечные выключатели 9 и рабочий бесконтактный выключатель 15 срабатывают на соединительную муфту 16, соединяющую шток 3 штангового насоса со штоком гидроцилиндра 2. Провода от выключателей 9 и 15 сведены в распределительную коробку 17, сигнальный кабель 18 от которой идет в систему 8 упраления.
Привод работает следующим образом.
При подаче команды «Пуск» на пульте управления 19 системы управления 8, подается питание на силовой кабель 14 и начинается перемещение штока силового гидроцилиндра 2, а вместе с ним и устьерого штока 3 вверх. В этом режиме асинхронный электродвигатель 6 работает в двигательном режиме, а реверсивный насос/гидромотор 5 работает в режиме насоса, энергия идет из питающей сети на совершение перемещения штока силового гидроцилиндра 2 вверх. После достижения муфтой 16 рабочего бесконтактного выключателя 15, сигнал по кабелю 18 поступает в систему управления 8, начинается замедление скорости вращения реверсивного насоса/гидромотора 5 по синусоидальному закону, причем нулевая скорость будет достигнута до момента срабатывания датчика 9. После прохождения точки нулевой скорости начинается перемещение штока гидроцилиндра 2 и устьевого штока 3 вниз, причем скорость движения нарастает по синусоидальному закону до достижения муфтой 16 рабочего бесконтактного выключателя 15. В этом режиме асинхронный электродвигатель 6 работает в генераторном режиме, реверсивный насос/гидромотор 5 работает в режиме гидромотора, энергия перемещения штока гидроцилиндра 2 вниз возвращается в питающую сеть. После поступления сигнала с датчика 15 по кабелю 18, шток гидроцилиндра 2 замедляется до достижения нулевой скорости - то есть точки крайнего нижнего положения. Далее цикл повторяется. При движении штока силового гидроцилиндра 2, а вместе с ним и устьерого штока 3 вниз, энергия их движения под действием силы тяжести преобразуется в электрическую и генгерируется в питающую электросеть.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает по сравнению с прототипом повышение КПД привода и реализацию синусоидального закона движения устьевого штока. В результате повышается эффективность работы скважинного оборудования путем плавной, бесступенчатой регулировки длины и скорости хода устьевого штока. Кроме того, полезная модель обеспечивает снижение материальных и трудовых затрат на монтаж и обслуживание.