СТАНОК-КАЧАЛКА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Полезная модель 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 предлагаемой полезной модели 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 полезной модели 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, по меньшей мере, двух ШГН, и кинематически связанную с приводом, содержащим электродвигатель, редуктор и механизм преобразования вращательного движения в колебательное, привод расположен на платформе у основания опорной стойки и его механизм преобразования выполнен в виде зубчатого колеса, установленного с возможностью вращения на оси, закрепленной в опоре, опирающейся на платформу, взаимодействующего с шестерней на выходном валу редуктора, при этом механизм преобразования связан с балансирной балкой с помощью цепной передачи, ведущая звездочка которой установлена на оси зубчатого колеса с возможностью вращения и жестко связана с последним, а ведомая звездочка установлена на оси шарнира, которая связана с балансирной балкой, причем делительные диаметры обеих звездочек и зубчатого колеса равны между собой.
Технический результат состоит в значительном упрощении конструкции привода С-К и, как следствие, снижение в разы металлоемкости оборудования.
На, прилагаемом к описанию полезной модели, чертеже дано схематическое изображение конструкции привода 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 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 балансирной балки 4 включает электродвигатель 8, редуктор 9 и механизм 10 преобразования вращательного движения в колебательное. Все оборудования привода располагается на платформе 11, которая крепится на хомуте 12, устанавливаемом на свае 1 у ее подножья. Механизм 10 преобразования представляет собой ось 13, установленную на ножках 14, опирающихся на платформу 11. На оси 13 в виде единого блока, смонтированного с возможностью вращения, установлены пара колес, первое из которых - зубчатое колесо 15 взаимодействует с шестерней 16, зафиксированной на выходном валу редуктора 9, а второе - ведущая звездочка 17 цепной передачи, ведомая звездочка которой 18 закреплена на оси 5, при этом делительные диаметры всех трех колес являются одинаковыми. Это обстоятельство обеспечивает точное соответствие углов поворота зубчатого колеса 15, задающего угловые параметры перемещения (колебания) головок 6, и ведомой звездочки 18 цепной передачи, связанной с балансирной балкой 4.
Станок-качалка работает следующим образом.
Привод С-К работает в реверсивном режиме, т.е. электродвигатель 8 под воздействием программного продукта системы управления обеспечивает шестерне 16 поворот туда и обратно на определенное число оборотов, которое трансформируется в колебательное движение зубчатого колеса 15, а значит и ведущей звездочки 17 цепной передачи. Поскольку передаточное отношение последней равно 1: 1, то и ведомая звездочка будет отрабатывать тот же угол поворота, что и зубчатое колесо 15. Это означает, что амплитуда угловых колебания головок 6 будет одинакова и точно соответствовать амплитуде угловых колебаний колеса 15.