СТАНОК-КАЧАЛКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
PUMPING UNIT FOR OIL PRODUCTION

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 и долговечность.
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, а также 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 качестве прототипа предлагаемого изобретения 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.
Прототип 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,
Таким образом, задачей изобретения является упрощение конструкции 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 связанную с приводом, включающим электродвигатель, последний выполняет функцию механизма преобразования вращательного движения в колебательное, для чего его статор выполнен дугообразным и связан с опорной стойкой, а ротор представляет собой постоянный магнит, закрепленный на балансирной балке, при этом центр радиуса кривизны внутренней поверхности статора расположен на геометрической оси шарнира, а магнит смонтирован на стержне над шарниром, перпендикулярном балке.
Технический результат состоит в значительном упрощении конструкции привода С-К за счет исключения из привода механических систем, таких как редуктор и механизм преобразования, и, как следствие, снижение в разы металлоемкости оборудования.
На, прилагаемом к описанию изобретения, чертеже дано схематическое изображение конструкции предлагаемого С-К.
Станок-качалка включает опорную стойку в виде сваи 1, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан 2 с опорой 3 для балансирной балки 4, установленной с возможностью поворота на оси шарнира 5, в свою очередь, закрепленной на опоре 3. Балка 4 на своих концах несет головки 6, связанные канатами 7 с ШГН (на чертеже не показаны). Привод качания включает два основных элемента - дугообразный статор 8 и ротор 9, совместно образующих электродвигатель для качания балки 4 и механизм 10 для преобразования вращательного движения статора 8 относительно ротора 9. Статор 8 крепится на стакане 2 и установлен над балкой 4 таким образом, что радиус кривизны его внутренней поверхности расположен на геометрической оси шарнира 5. К этой поверхности примыкает, на известном из электротехники, расстоянии постоянный магнит 11, поверхность которого, обращенная к статору, имеет цилиндрическую форму. При этом магнит 11 установлен на стержне 12, закрепленным на балке 4 перпендикулярно последней, непосредственно над шарниром 5. Каждый конец балки 4 выполнена телескопическим из двух частей, подвижная из которых 13 несет головку 6. На части 13 каждой балки установлен с возможностью перемещения регулировочный груз 14. Средства фиксации частей балок друг относительно друга и грузов на части 13 на чертеже не показаны. Для предотвращения влияния различных атмосферных явлений на работу привода в процессе его эксплуатации на балке 4 установлен кожух 15.
Станок-качалка работает следующим образом.
Включению в работу С-К предшествует его настройка, которая заключается в том, что перемещением частей 13 балансирной балки 4 осуществляется точное позиционирование положения головок 6 относительно осей скважин, а перемещением грузов 14 добиваются оптимизации (равенства) нагрузок на привод со стороны обоих ШГН в нерабочем состоянии С-К. Привод С-К работает в реверсивном режиме, т.е. под воздействием программы системы управления на статор 8 подается ток, возбуждающий в обмотке, расположенной над ротором, магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита 11. Последовательное подключение обмоток статора 8 в ту или иную сторону приведет к перемещению магнита 11, а значит и поворота балки 4 (качание) в соответствующую сторону.