БЕЗБАЛАНСИРНЫЙ СТАНОК-КАЧАЛКА
BEAMLESS PUMPING UNIT

Изобретение относится к устройствам для добычи нефти и природных битумов и может быть использовано в качестве привода при механизированной эксплуатации скважин.
Известен станок-качалка, содержащий раму, стойку, балансир с поворотной головкой, траверсу с шатунами, шарнирно подвешенную к балансиру, и редуктор с кривошипами и противовесами (Е.И. Бухаленко, В.В. Вершковой, Ш.Т.Джафарова и др. «Нефтепромысловое оборудование», М.: Недра, 1990 г., стр. 54, рис. 2.2).
К недостаткам известного станка-качалки можно отнести: относительную сложность, цикличность нагрузки на редуктор и штанги, высокие пусковые моменты, большую металлоемкость и невозможность эксплуатации с их помощью наклонных и горизонтальных скважин.
Известен также станок-качалка для нефтяных скважин, содержащий опору, электродвигатель, фрикционную передачу, состоящую из шкива и маховика с жестко укрепленной в его ступице гайкой, ходовой винт с ленточной нарезкой, проходящей через гайку, образующей с ней винтовую пару, и штангу, присоединенную к нижнему концу ходового винта (а.с. СССР №72020, МПК F04B 47/00, БИ №4, 1948 г.).
Недостатками данного станка-качалки являются: низкая надежность и сложность управления работой двигателя из-за необходимости постоянного изменения направления вращения его вала при ходе вверх-вниз.
Прототипом заявленного решения является безбалансирный станок-качалка, содержащий опору-стойку, в верхней части которой закреплен с возможностью вращения ролик, в канавке которой уложена гибкая связь, один конец которой связан с полированным штоком, а другой - с противовесом, подвешенным по другую сторону стойки-опоры, электропривод, обеспечивающий вращение двух ходовых винтов, на которых установлены с возможностью совершать возвратно-поступательное, согласованное между собой движение, причем ходовые винты расположены по обе стороны от штанги, в одной плоскости.
Основным недостатком такого станка-качалки можно назвать наличие в конструкции двух ходовых винтов, что в итоге ведет к удорожанию и некоторому снижению эксплуатационной надежности. Тем более, если иметь в виду малодебитные скважины с малой глубиной залегания пластов, так как в этом случае не требуется высокая несущая способность привода.
Задачей предлагаемого решения является: повышение эксплуатационной надежности, снижение себестоимости привода для малых типоразмеров приводов, снижение затрат по обслуживанию привода.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном безбалансирном станке-качалке, содержащем электропривод, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, стойку-опору, установленную рядом со скважиной на расстоянии радиусов роликов, закрепленных в верхней части стойки-опоры с возможностью вращения, противовесы уравновешивающие, гибкие связи, охватывающие по канавкам ролики и связывающие траверсу с противовесами, при этом гибкие связи одним из концов прикреплены к траверсе, а другим - к противовесу уравновешивающему, а механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное размещен между противовесами, связан с ними и обеспечивает возвратно-поступательное движение противовесов уравновешивающих, содержит винт ходовой с двухзаходной ленточной нарезкой, но при этом начало одной из ленточных нарезок в одном из концов винта ходового связано плавным переходом с концом другой ленточной нарезки, образуя при этом бесконечную ленточную нарезку (канавку), причем на винте ходовом установлена гайка с возможностью продольно-вращательного перемещения относительно винта ходового, со сквозным отверстием, перпендикулярным продольной оси винта ходового, в которое вставлены с возможностью поворота соосно расположенные цилиндрические вставки с выполненными в них прямоугольными пазами, со сторон, обращенных к ходовому винту, а в пазах цилиндрических вставок размещены с возможностью вращения ролики обкатные, при этом выступающие во внутреннюю полость из цилиндрических вставок части роликов обкатных катятся по винтовым ленточным нарезкам (канавкам), обеспечивая возвратно-поступательное движение гайки относительно винта ходового при постоянном направлении вращения электропривода.
На фиг. 1 схематически изображен безбалансирный станок-качалка, на фиг. 2 - вид со стороны противовесов и на фиг. 3 - вид А, разрез гайки.
Безбалансирный станок-качалка содержит стойку-опору 1, вдоль которой установлены винт ходовой 2 и электропривод 3. На винте ходовом 2 установлена с возможностью продольного перемещения и вращения гайка 4. В верхней части стойки-опоры 1 установлены с возможностью вращения ролики 5, 6, охватываемые гибкими связями (канатами) 7, 8. Один из концов каждой связи прикреплен к траверсе 9, а другой прикреплен к соответствующему противовесу 10, 11. Противовесы 10, 11 связаны с гайкой 4 и имеют возможность совершать согласованное возвратно-поступательное движение вдоль стойки-опоры 1, при этом винт ходовой 2 размещается между противовесами. Гайка 4 содержит сквозное отверстие, перпендикулярное продольной оси винта ходового 2, в которое с возможностью поворота вставлены цилиндрические вкладыши 12, 13 с прямоугольными пазами, обращенными к винту ходовому 2. В пазах цилиндрических вкладышей 12, 13 размещены с возможностью вращения на осях 14, 15 ролики обкатные 16, 17, при этом выступающие во внутреннюю полость гайки 4 части роликов обкатных 16, 17 в своем поперечном сечении соответствуют форме ленточной нарезки (канавки) 18, по которой они и обкатываются, обеспечивая возвратно-поступательное движение гайки 4 относительно винта ходового 2.
Безбалансирный станок-качалка работает следующим образом.
Электропривод 3 передает вращение винту ходовому 2 с установленной на нем гайкой 4. Гайка 4, посредством установленных в ней роликов обкатных 16, 17, поворотных вкладышей 12, 13 и осей 14, 15, совершает возвратно-поступательное движение вдоль винта ходового 2, при этом гайка 4, связанная с противовесами 10, 11, приводит их в движение. Противовесы 10, 11 через гибкие связи (канаты) 7, 8 обеспечивают возвратно-поступательное движение траверсы 9, жестко связанной с колонной насосных штанг, приводя в движение СШН, который в свою очередь обеспечивает подъем скважинной жидкости на дневную поверхность.
Вращение ходового винта 2 осуществляется в одном направлении, при этом в крайних положениях его обкатные ролики 16, 17 за счет разворота вкладышей цилиндрических 12, 13 вместе с осями 14, 15 по плавному переходу перекатываются на диаметрально противоположную ленточную нарезку, меняя направление движения гайки 4 на противоположное. Таким образом, в крайних положениях винта ходового 2 гайка 4 меняет направление движения на противоположное, после чего циклы повторяются.
Технико-экономическая эффективность от использования данного изобретения достигается за счет меньших габаритов, вращения электропривода в одном направлении и меньшей потребляемой мощности.