БЕЗБАЛАНСИРНЫЙ ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА
NON-BALANCED DRIVE OF BOTTOM-HOLE OIL PUMP

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано для создания возвратно-поступательного движения скважинного штангового насоса.
Известен привод глубинного штангового насоса, содержащий электропривод, систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, соединенную с насосом, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, гибкую связь, соединяющую все элементы привода с насосом, выполненную в виде цепной двойной передачи, снабженной механизмом реверса [пат. RU №2160852, кл. F04В 47/02, 2000 г., БИ №35].
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием двойной цепной передачи, механизма реверса, регулируемого электропривода, что снижает его надежность.
Наиболее близким к заявляемому по конструктивным параметрам и достигаемому результату является безбалансирный привод штангового глубинного насоса, содержащий раму, опирающуюся на опорные плиты, электродвигатель, соединенную с насосом систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение, маховичный аккумулятор для утилизации энергии при движении насоса вниз, цепную передачу (силовую цепь), соединяющую привод с насосом, причем система преобразования вращения в возвратно-поступательное движение выполнена в виде редуктора с двумя параллельными выходными валами, вращающимися в противоположных направлениях, на валах установлены роторы, каждый из которых содержит два свободно вращающихся вокруг своих осей ролика, расположенных симметрично относительно оси вращения роторов, цепная передача выполнена в виде отрезка цепи, один конец которой закреплен неподвижно, а свободный конец пропущен между роликами роторов и соединен с насосом [патент RU №2320894, кл. F04В 47/02, 2008 г.].
Недостатком данного устройства, принятого в качестве прототипа, является сложность конструкции, большие габариты и незащищенность от внешних воздействий, что снижает его надежность.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в упрощении конструкции, уменьшении габаритов, повышении защищенности от внешних воздействий и надежности устройства.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения:
упрощение конструкции и уменьшение габаритов за счет исключения некоторых конструктивных элементов;
уменьшение габаритов обеспечивает удобство транспортировки к месту установки и обслуживание в процессе эксплуатации;
повышение защищенности от внешних воздействий обеспечивается выполнением привода в виде блочной конструкции контейнерного типа;
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном безбалансирном приводе скважинного штангового насоса, содержащем опорную раму, установленную на опорных плитах, электродвигатель, систему преобразования вращения в возвратно-поступательное движение с редуктором, на двух выходных валах которого. закреплены рабочие роторы, маховичный аккумулятор энергии, силовую цепь, соединяющую привод с насосом, особенность заключается в том, что опорная рама установлена в контейнере, на раме горизонтально установлен редуктор и опорные ролики для силовой цепи, кроме того, к опорной раме прикреплен вертикальный направляющий аппарат, внутри которого размещена телескопическая стойка, снабженная нижней и верхней звездочками для силовой цепи, на конце цепи закреплен упор, а на телескопической стойке - кронштейн для взаимодействия с упором.
На фиг.1 приведен общий вид привода.
На фиг.2 показана схема размещения конструктивных элементов привода в контейнере.
Безбалансирный привод представляет собой контейнер 1, в котором с трех сторон выполнены дверцы 2 (фиг.1). Контейнер установлен с помощью винтовых опор 3 на опорных плитах 4. В контейнере 1 размещена опорная рама 5, на которой горизонтально установлен редуктор 6, на двух выходных валах которого закреплены рабочие роторы 7, снабженные свободно вращающимися роликами 8 (фиг.2). В нижней части рамы 5 установлен электродвигатель 9, соединенный ременной передачей с маховиком 10, который, в свою очередь, соединен лепной передачей 11 с входным валом редуктора 6. По краям рамы 5 установлены опорные ролики 12 для силовой цепи 13, один конец которой неподвижно закреплен на натяжном устройстве 14. Другой конец цепи 13 пропущен между роликами 8 роторов 7. К передней части рамы 5 прикреплен вертикальный направляющий аппарат 15, внутри которого размещена телескопическая стойка 16, в верхней и нижней части стойки закреплены опорные звездочки 17 и 18, ниже верхней звездочки 18 жестко крепится к стойке 16 кронштейн 19. Цепь 13 охватывает звездочки 17 и 18, опускается через паз в кронштейне 19 к устью скважины и крепится к полированному штоку 20 насоса стандартным соединением. Выше места соединения к цепи 13 прикреплен упор 21.
Привод работает следующим образом.
Контейнер 1 размещают на опорных плитах 4 и винтовыми опорами 3 устанавливают его горизонтально. Соединяют цепь 13 с полированным штоком 20 скважинного насоса. После включения электродвигателя 9 вращение передается через ременную передачу маховику 10 и далее - редуктору 6 с помощью цепной передачи 11. При этом начинают вращаться в противоположных направлениях роторы 7, наматывая цепь 13 на ролики 8. Цепь 13 начинает укорачиваться и поднимать шток 20 скважинного насоса. Подъем продолжается до тех пор, пока упор 21 не упрется в кронштейн 19. Тогда, продолжая укорачиваться роликами 8 роторов 7, цепь 13 поднимает телескопическую стойку 16 вдоль направляющего аппарата 15 до половины ее длины. После этого командоадпарат редуктора (не показан) отключает электродвигатель 9 и скважинный насос начинает опускаться под действием собственного веса, раскручивая при этом маховик 10. После спуска до предельного нижнего положения насос останавливается, повиснув на цепи 13, а маховик 10, продолжая вращаться под воздействием запасенной энергии, вращает через редуктор 6 роторы 7, которые, наматывая на ролики 8 участок цепи 13, начинают подъем штока 20 скважинного насоса. Энергия, запасенная маховиком 10, иссякает примерно на половине высоты подъема штока 20, после чего включается электродвигатель 9 и цикл повторяется. Таким образом, осуществляется процесс поддержания незатухающих гармонических колебаний в маятниковой механической системе, где основным элементом является маховик 10.
-1
2
Пример исполнения привода. При максимальной нагрузке на подвесе 120 кН привод имеет мощность электродвигателя 7,5 кВт, высоту подъема штока насоса 1,5-3 м, регулируемое число двойных ходов от 0,5 до 8 мин. Габариты (высота, длина, ширина) - 2×2,5×1,8 м. Масса - 3,5 тонны. При полной нагрузке давление на грунт не превышает 0,3 кг/см. При высоте контейнера, равной двум метрам, подъем насоса осуществляется на 3 м с помощью телескопической стойки 16, которая поднимается над контейнером на 1 метр. Скорость спуска насоса регулируется моментом инерции маховика 10, диаметр которого, например, 0,7 м, вес 300 кг. Момент инерции маховика можно увеличить путем установки на нем дополнительных грузов. Высота подъема насоса регулируется перестановкой датчиков рабочего хода командоаппарата.
По сравнению о устройствами аналогичного назначения, например балансирными станками-качалками, предлагаемое техническое решение имеет следующие преимущества:
- возможность непрерывной откачки нефти из малодебитных скважин;
- сокращение металлоемкости в 3,5 раза;
- уменьшение энергопотребления в 4 раза;
- возможность использования на слабых заболоченных грунтах.
Предлагаемый безбалансирный привод скважинного штангового насоса находит промышленное применение при добыче нефти и используется для создания возвратно-поступательного движения штангового насоса на многих нефтепромыслах России.