СТАНОК-КАЧАЛКА

МПК: F04B 47/00
F04B 47/02
СТАНОК-КАЧАЛКА
Полезная модель относится к технике добычи нефти, а именно к насосным установкам, специально предназначенным для подъема жидкостей с больших глубин, и может быть использована для модернизации станков-качалок.
Наиболее распространенным способом добычи нефти в России является эксплуатация нефтяных скважин штанговыми насосами с приводом от станков-качалок. Около 70% действующего фонда нефтяных скважин в нашей стране эксплуатируются глубинными насосами, которыми добывается более 30% от общего объема добычи нефти. Этому способствует простота оборудования и его обслуживания, небольшие затраты на обустройство скважин, что позволяет с высокими экономическими показателями эксплуатировать скважины с дебитами от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн нефти в сутки (Кудинов В.И. Основы нефтегазопромыслового дела. - Москва - Ижевск: Институт компьютерных исследований; Удмуртский госуниверситет, 2004. - 720 с.).
Самым распространенным является станок-качалка типа СК (Махмудов С.А. Монтаж, эксплуатация и ремонт скважинных штанговых насосных установок: Справочник мастера. - Москва: Недра, 1987. - 209 c.), изготавливаемый в соответствии ГОСТ 5866-76, хотя эффективность добычи нефти с помощью подобных установок уступает более современным станкам-качалкам.
Однако, замена на более современные модели эксплуатируемых станков-качалок является экономически нецелесообразной в силу широкой распространенности последних и значительной стоимости нового оборудования.
Решением проблемы повышения эффективности существующего парка станков-качалок является их модернизация.
Одним из условий повышения эффективности добычи нефти с помощью станка-качалки в целом является увеличение длины хода точки подвеса колонны насосных штанг без увеличения амплитуды движения головки балансира.
Известен станок-качалка из описания изобретения по авторскому свидетельству SU 1298418. Устройство содержит установленный на опоре качания балансир с головкой и канатной подвеской, привод, связанный с задним плечом балансира, гибкую тягу, промежуточный, направляющий, подвижный и дополнительный промежуточный блоки и блок-амортизатор. При этом головка балансира через канатную подвеску и гибкую тягу, последовательно пропущенную через промежуточный и направляющий блоки, кинематически связана со штоком погружного штангового насоса. Усовершенствование известного станка-качалки состоит в использовании системы блоков, соединяющих головку балансира с устьевым штоком.
Однако, в связи с тем, что первоначально установка станка-качалки подразумевает центрирование устьевого (полированного) штока относительно головки балансира, реализация данного устройства требует увеличения расстояния от устья до станка-качалки для монтажа дополнительного оборудования. Монтаж является дорогостоящим, так как подразумевает изменение фундамента станка-качалки. Наряду с высокой металлоемкостью из-за большого количества блоков, грузоподъемность такого станка-качалки значительно снижается.
Известен также из описания изобретения по авторскому свидетельству SU 1476191 станок-качалка, который содержит установленные на раме и связанные между собой электродвигатель и редуктор, кривошипы, шатуны, шкивы с дополнительными канатами и установленный на стойке балансир с головкой, имеющей ролики. Через ролики проходит гибкая связь в виде канатов, концы которых связаны с подвеской полированного штока. Усовершенствование станка-качалки заключается в использовании дополнительного шкива, размещенного на раме, и снабжении головки балансира роликами, причем канатную подвеску крепят к кривошипу и протягивают последовательно через шкив, дополнительную траверсу на балансире и ролики, соединяя другой конец канатной подвески с точкой подвеса колонны насосных штанг.
Однако реализация данного устройства требует значительной доработки конструкции станка-качалки в целом, а именно изменения конструкции головки балансира и кривошипа. Помимо этого, траектория движения точки подвеса колонны насосных штанг не является симметричной и образует неправильную синусоиду, что может привести к увеличению динамических нагрузок на колонну насосных штанг, в частности, вызвать вибрации и растяжения, а в конечном счете - обрыв колонны насосных штанг и аварийную остановку скважины.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является станок-качалка по патенту RU 2457361. Станок-качалка содержит каркас, образуемый рамой и стойкой, электродвигатель, редуктор, кривошипно-шатунный механизм, балансир с противовесом, два направляющих шкива и подвеску, связанную с колонной насосных штанг. Один направляющий шкив размещён на балансире, другой - на кронштейне, размещённом на раме. Подвеска, выполненная в виде ленты, закреплена одним своим концом на каркасе, перекинута через два направляющих шкива и другим своим концом связана с колонной насосных штанг.
Однако применение данного усовершенствования к существующим станкам-качалкам трудоемко, так как требует модификации рамы станка-качалки в целом. Реализация данного устройства затруднена также тем, что при отсутствии головки балансира станка-качалки шкив размещён на самом балансире, что влечёт необходимость центрирования станка-качалки, и, как следствие, внесение значительных изменений в фундамент станка-качалки.
Задачей заявляемой полезной модели является модернизация станка-качалки, обеспечивающая возможность использования длинноходовых погружных насосов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение длины хода колонны насосных штанг, что обеспечивает возможность использования длинноходовых погружных насосов. Последнее, в свою очередь, является одним из условий повышения эффективности добычи нефти, а именно увеличения объемов добычи без значительных затрат по сравнению с полным техническим перевооружением парка станков-качалок в целом. Помимо увеличения объемов добычи уменьшается износ подземного оборудования: колонны насосных штанг и погружного насоса; увеличивается межремонтный период, что ведёт к снижению затрат на текущее обслуживание скважин и увеличению рентабельности добычи.
Указанный технический результат достигается благодаря совместному использованию крепления первого конца гибкого подвеса вне балансира и головки балансира, по крайней мере одного блока, установленного на головке балансира, и центрирующего устройства.
Гибкий подвес от первого конца последовательно соединяет каждый из блоков, центрирующее устройство и замыкается вторым концом в точке подвеса колонны насосных штанг, образуя скоростной полиспаст, который обеспечивает выигрыш в расстоянии в а раз, где а - кратность полиспаста (Александров М.П. Грузоподъемные машины. - М.: изд. МГТУ им Баумана, Высшая школа. 2000. - с.185 ). Таким образом, длина хода точки подвеса колонны насосных штанг может быть увеличена на любую величину вплоть до двукратной.
Заявляемое устройство обладает простотой конструкции и низкой материалоемкостью, а также адаптивностью практически ко всем используемым моделям станков-качалок.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что станок-качалка, содержащий раму, стойку, балансир с головкой балансира, силовой агрегат и гибкий подвес с первым концом, место крепления которого расположено вне балансира и головки балансира, и вторым концом для подвеса колонны насосных штанг, дополнительно содержит по крайней мере один блок, размещённый на головке балансира, и центрирующее устройство, расположенное в зоне крепления гибкого подвеса к колонне насосных штанг, причем гибкий подвес последовательно соединяет каждый из блоков, центрирующее устройство и точку подвеса колонны насосных штанг
Кроме того, заявляется станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса закреплён на раме.
Кроме того, заявляется станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса закреплён на стойке.
Кроме того, заявляется станок-качалка, в котором центрирующее устройство выполнено в виде направляющего шкива.
Кроме того, заявляется станок-качалка, который дополнительно содержит неподвижный блок.
Кроме того, заявляется также станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса соединён с неподвижным блоком.
Кроме того, заявляется станок-качалка, который дополнительно содержит кронштейн.
Кроме того, заявляется также станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса закреплён на кронштейне.
Кроме того, заявляется станок-качалка, который дополнительно содержит неподвижный блок, размещённый на кронштейне, причем первый конец гибкого подвеса соединён с неподвижным блоком.
Кроме того, заявляется также станок-качалка, в котором кронштейн дополнительно содержит направляющую, с которой соединён первый конец гибкого подвеса.
Кроме того, заявляется станок-качалка, в котором центрирующее устройство закреплено на кронштейне.
Кроме того, заявляется также станок-качалка, в котором кронштейн закреплён на раме.
Кроме того, заявляется также станок-качалка, в котором крепление кронштейна к раме выполнено поворачиваемым.
Пример осуществления заявляемой полезной модели поясняется с помощью фиг. 1-5, на которых изображены:
на фиг. 1 - станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса закреплён на раме;
на фиг. 2 - станок-качалка, в котором первый конец гибкого подвеса закреплен на стойке;
на фиг. 3 - станок-качалка, снабженный несколькими блоками и в котором первый конец гибкого подвеса закреплён на опоре;
на фиг. 4 - станок-качалка с кронштейном, на котором закреплён неподвижный блок;
на фиг. 5 - станок-качалка с кронштейном, снабженным направляющей.
На фиг. 1-5 позициями 1-12 обозначены:
1 - рама;
2 - стойка;
3 - балансир;
4 - головка балансира;
5 - гибкий подвес;
6 - блок;
7 - первый конец гибкого подвеса;
8 - точка подвеса колонны насосных штанг;
9 - центрирующее устройство;
10 -- неподвижный блок;
11 - кронштейн;
12 - направляющая.
Станок-качалка содержит раму 1, стойку 2, балансир 3 с головкой 4, силовой агрегат (не показан) и гибкий подвес 5. На раме 1 расположены силовой агрегат и стойка 2, на которой размещён балансир 3 с головкой 4. На головке 4 балансира 3 размещен один блок 6 (фиг.1, 2, 4, 5) или более, например, два блока 6 (фиг.3). Использование нескольких блоков 6 обеспечивает более равномерное натягивание гибкого подвеса 5, обеспечивая более равномерную нагрузку на последний, увеличивая долговечность устройства в целом.
Гибкий подвес 5 снабжён первым концом 7 и вторым концом для крепления колонны насосных штанг в точке 8 подвеса колонны насосных штанг. В зоне крепления второго конца гибкого подвеса 5 к колонне насосных штанг размещено центрирующее устройство 9.
Гибкий подвес 5 может быть выполнен в виде троса, каната или ленты. Центрирующее устройство 9 может быть выполнено в виде шкива.
Первый конец 7 гибкого подвеса 5 может быть закреплён на раме 1 (фиг. 1) или стойке 2 (фиг. 2) станка-качалки.
Первый конец 7 гибкого подвеса 5 также может быть закреплён, например, на грунте или опоре (фиг. 3). В этом случае наибольшее увеличение длины хода точки 8 подвеса колонны насосных штанг будет достигаться при креплении первого конца 7 так, чтобы линия натяжения участка гибкого подвеса 5 от первого конца 7 до головки 4 балансира 3 была близка к параллельности с линией натяжения участка гибкого подвеса 5 от головки 4 балансира 3 до точки 8 подвеса колонны насосных штанг, как на фиг. 3.
В случае использования неподвижного блока 10 (фиг.1-4), первый конец 7 гибкого подвеса 5 соединён с неподвижным блоком 10 с образованием петли. Такое соединение позволяет снизить нагрузку на гибкий подвес 5 при движении головки 4 балансира 3, предотвращая неупругие деформации и обрыв гибкого подвеса 5.
От первого конца 7 гибкий подвес 5 последовательно перекинут через каждый блок 6, размещённый на головке 4 балансира 3, откуда через центрирующее устройство 9 соединён с точкой 8 подвеса колонны насосных штанг. В точке 8 подвеса колонны насосных штанг гибкий подвес 5 крепится к устьевому штоку, входящему в состав колонны насосных штанг (п. 3 ГОСТ Р 51763-2001), с помощью подвески колонны штанг. В случае использования ленты в качестве гибкого подвеса 5 с подходящим устьевым сальником применяют колонну насосных штанг без устьевого (полированного) штока.
Устройство, дополнительно содержащее кронштейн 11, представлено на фиг. 4-5. При этом на кронштейне 11 может быть закреплён как первый конец 7 гибкого подвеса 5, так и центрирующее устройство 9. В случае исполнения устройства с неподвижным блоком 10, последний также закреплён на кронштейне 11 (фиг. 4).
Кронштейн 11, снабжённый направляющей 12 с крепежом, изображен на фиг. 5. Крепёж выполнен с возможностью фиксации первого конца 7 гибкого подвеса 5 и перемещения по направляющей 12. Такое исполнение позволяет регулировать расположение участка гибкого подвеса 5 от первого конца 7 до головки 4 балансира 3 относительно участка гибкого подвеса 5 от головки 4 балансира 3 до точки 8 подвеса колонны насосных штанг для изменения длины хода точки 8 подвеса колонны насосных штанг.
Кронштейн 11 закреплён на раме 1 станка-качалки, например, посредством сварки или болтового соединения.
Поворачиваемый кронштейн 11 закреплен на раме 1, например, с помощью шарнирного соединения, позволяя повернуть кронштейн 11 вместе с поворотом головки 4 балансира 3 в случае ремонтных или других работ, проводимых в скважине.
Устройство монтируют следующим образом.
По крайней мере один блок 6 размещают на головке 4 балансира 3. Первый конец 7 гибкого подвеса 5 жёстко фиксируют на грунте, опоре, раме 1 или стойке 2. Место крепления первого конца 7 гибкого подвеса 5 выбирают исходя из того, насколько необходимо увеличить длину хода точки 8 подвеса колонны насосных штанг.
Затем второй конец гибкого подвеса 5 перекидывают через блок 6 и протягивают через центрирующее устройство 9 к точке 8 подвеса колонны насосных штанг. В случае использования нескольких блоков 6 гибкий подвес 5 последовательно перекидывают через каждый блок 6. В точке 8 подвеса колонны насосных штанг второй конец гибкого подвеса 5 соединяют с колонной насосных штанг, например, с устьевым штоком с помощью подвески колонны штанг.
В случае дополнительного использования неподвижного блока 10 первый конец 7 гибкого подвеса 5 соединяют, например, с помощью петли с неподвижным блоком 10, и дальнейшую натяжку гибкого подвеса 5 осуществляют аналогично описанному выше.
В случае использования кронштейна 11 последний крепят к раме 1. Крепление кронштейна 11 может быть выполнено с помощью шарнирного соединения с возможностью поворота кронштейна 11 по горизонтали относительно рамы 1. На кронштейне 11 крепят первый конец 7 гибкого подвеса 5 и центрирующее устройство 9. Натяжку гибкого подвеса 5 осуществляют аналогично описанному выше.
При выполнении кронштейна 11 с направляющей 12 и крепежом первый конец 7 гибкого подвеса 5 закрепляют с помощью крепежа на направляющей 12. Дальнейшую натяжку гибкого подвеса 5 осуществляют аналогично описанному выше. После натяжки гибкого подвеса 5 крепёж смещают по направляющей 12 на расстояние, определяющее требуемое увеличение длины хода точки 8 подвеса колонны насосных штанг. После этого крепёж фиксируют. Крепёж может быть выполнен также в виде неподвижного блока 10. В этом случае соединение первого конца 7 гибкого подвеса 5 с крепежом может быть осуществлено в виде петли.
Устройство работает следующим образом.
Балансир 3 с головкой 4 на раме 1 со стойкой 2 приводится в движение силовым агрегатом. При движении головки 4 балансира 3 вниз гибкий подвес 5 проскальзывает в каждом блоке 6, размещенном на головке 4 балансира 3, обеспечивая погружение колонны насосных штанг в скважину. Центрирующее устройство 9 обеспечивает наиболее эффективное расположение гибкого подвеса 5, и, соответственно, колонны насосных штанг, например, устьевого (полированного) штока в устьевом сальнике. При возвращении головки 4 балансира 3 вверх происходит натяжение через каждый блок 6 гибкого подвеса 5 и подъем колонны насосных штанг. При этом смещение точки 8 подвеса колонны насосных штанг оказывается бóльшим по сравнению с работой станка-качалки без предлагаемого усовершенствования, что является одним из условий увеличения хода подвижной части подземного оборудования штанговой скважинной насосной установки и при условии использования длинноходовых погружных штанговых насосов способствует увеличению объема нефти, извлекаемого за один цикл движения головки 4 балансира 3.
Если кронштейн 11 закреплен на раме 1 с возможностью поворота, в случае проведения ремонтных или других работ кронштейн 11 поворачивают одновременно с головкой 4 балансира 3, обеспечивая доступ к скважине.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет использовать существующий парк рабочих станков-качалок, продлевая их срок эксплуатации с возможностью повышения эффективности добычи нефти.
С помощью заявляемой полезной модели обеспечена модернизация станка-качалки СК8-3,5-5600, выполненного по ГОСТ 5866-76. Данный станок-качалка обладает следующими характеристиками: максимальная нагрузка на головку балансира - 8 тонн, максимальная длина хода устьевого штока - 3,5 м, максимальный крутящий момент на ведомом валу редуктора - 5600 кгс·м.
Заявляемая полезная модель позволяет увеличить максимальный ход устьевого штока до 7 м.
Для обеспечения работоспособности устройства с увеличенным ходом устьевого (полированного) штока устьевой шток, уже установленный на станке-качалке (3м), заменяют на шток большей длины (6м). Подъем станка-качалки над уровнем земли увеличивают на величину прироста длины полированного штока с помощью металлоконструкций и железо-бетонных блоков, что необходимо для обеспечения хода устьевого (полированного) штока, длина которого была изменена с 3 до 6 метров, а также обеспечения герметизации устья скважины, и предотвращения утечек нефти.
На головке балансира размещают блок. К раме станка-качалки с помощью сварки монтируют поворотный кронштейн на основе балки с центрирующим устройством, направляющей и неподвижным блоком для крепления первого конца гибкого подвеса. Первый конец гибкого подвеса крепят на кронштейне с помощью петли на неподвижном блоке. Затем второй конец гибкого подвеса перекидывают через блок на головке балансира и протягивают через центрирующее устройство к точке подвеса колонны насосных штанг. Второй конец гибкого подвеса соединяют с устьевым штоком, который в свою очередь соединен с остальной частью подземного оборудования штанговой скважинной насосной установки. После натяжки гибкого подвеса крепёж перемещают по направляющей, добиваясь близкого к параллельному взаиморасположения участка гибкого подвеса от первого конца до головки балансира и участка гибкого подвеса от головки балансира до точки подвеса колонны насосных штанг. После этого крепёж фиксируют.
В результате модификации получается устройство с увеличенной максимальной длиной хода устьевого (полированного) штока, что позволяет использовать длинноходовые штанговые насосы, что в свою очередь ведет к увеличению объема добычи нефти, снижению динамических нагрузок на колонну насосных штанг и, как следствие, к увеличению срока службы оборудования, увеличению межремонтного интервала, что снижает трудоемкость и материальные затраты на обслуживания скважин
Приведенные примеры не исчерпывают все возможные осуществления заявляемой полезной модели.