ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Балансирные станки-качалки в настоящее время наиболее широко применяются для добычи нефти в связи с их исключительной простотой и надежностью. Эти станки обеспечивают синусоидальное изменение скорости движения подвеса устьевого штока, что позволяет снизить растягивающие нагрузки в штанговой колонне. Массогабаритные характеристики и материалоемкость балансирных станков сильно зависят от их грузоподъемности, так как для уравновешивания штанговой колонны длиной до 3000 м применяются противовесы. При всех достоинствах, значительный вес узлов затрудняет эксплуатацию балансирных станков в полевых условиях. В частности, ремонт, монтаж, демонтаж и транспортировка типичных балансирных станков требует использования тяжелой техники, что не всегда легко осуществить в труднодоступных районах и в непогоду. В связи с этим предпринимаются попытки улучшить массогабаритные характеристики качалок за счет использования альтернативных принципов уравновешивания, не требующих использования массивных грузов.
Известен привод скважинного штангового насоса, содержащий, гидравлический насос и, по меньшей мере, один гидравлический цилиндр, установленный над устьем скважины, в котором шток одного из цилиндров соединен со штанговой колонной (патент на изобретение РФ №2347064, см. также заявку на изобретение РФ №93041293).
Известен привод штангового насоса, содержащий, по меньшей мере, один гидравлический и, по меньшей мере, один пневматический цилиндр, в котором возвратно-поступательное движение подвеса устьевого штока создают посредством гидравлической панели с золотниковыми механизмами, а ударные нагрузки на штанговую колонну в крайних положениях хода штоков гидроцилиндров компенсируют посредством гидравлического насоса с синусоидальным режимом подачи жидкости (международная заявка РСТ/СА1993/000085).
Недостаток известных приводов, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата состоит, во-первых, в том, что для доступа к устью скважины их необходимо демонтировать и, во-вторых, в том, что гидравлические насосы имеют низкий ресурс безотказной работы в условиях нефтяных промыслов.
Таким образом, до настоящего времени не существовало балансирных станков-качалок, обладающих преимуществами гидравлических приводов и при этом лишенные их недостатков.
Ближайшим аналогом настоящей полезной модели является привод штангового насоса, содержащий стойку с шарнирно установленным на ней балансиром, имеющим подвес для устьевого штока и двигатель, снабженный передаточным механизмом, выполненным с возможностью преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение упомянутого балансира, в котором упомянутый механизм содержит вращающийся груз для уравновешивания веса штанговой колонны (патент США №4505162). Недостаток аналога, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в высокой материалоемкости конструкций воспринимающих нагрузку от массивного вращающегося груза.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технический результат настоящей полезной модели состоит в сниженной по сравнению с аналогом материалоемкости.
Упомянутый технический результат достигается благодаря тому, что привод скважинного штангового насоса, содержит в себе:
стойку с шарнирно установленным на ней балансиром, имеющим подвес для устьевого штока,
двигатель, снабженный передаточным механизмом, выполненным с возможностью преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение упомянутого балансира,
по меньшей мере, один груз, установленный с опорой, по меньшей мере, на один гидравлический цилиндр и,
по меньшей мере, один гидравлический цилиндр, гидравлически связанный, по меньшей мере, с одним из упомянутых гидравлических цилиндров, и шарнирно соединенный одним концом с упомянутым балансиром, а другим - с основанием.
Таким образом, как будет ясно среднему специалисту, технический результат полезной модели достигается благодаря тому, что вращающиеся противовесы передаточного механизма полностью или частично заменены противовесами, движущимися возвратно-поступательно.
Передаточный механизм может быть выполнен на основе любого известного из уровня техники механизма преобразования вращательного движения в поступательное, и, в одном из вариантов выполнения, может содержать в себе кривошипно-шатунный механизм. Предпочтительно, передаточный механизм содержит в себе редуктор.
В качестве груза может быть использовано любое массивное изделие, неподвижно установленное на платформе. В предпочтительном варианте выполнения упомянутый груз представляет собой емкость, заполняемую водой или сыпучими материалами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 показан общий вид станка-качалки, содержащего привод согласно настоящей полезной модели 1 (позиция не показана). Позициями 2-12 обозначены следующие элементы: гидравлические цилиндры 2 и 9, шарниры 3, груз 4, кривошип 5, редуктор 6, электродвигатель 7, трубопровод 8, шарниры 10, груз 11 и балансир 12.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на фиг.1 привод штангового насоса содержит в себе стойку с шарнирно установленным на ней балансиром, имеющим подвес для устьевого штока, груз 11, гидравлические цилиндры 9, соединенные с грузом 11 посредством шарниров 10, гидравлический цилиндр 2, гидравлически связанный с цилиндрами 9 посредством трубопровода 9, и двигатель 7, снабженный передаточным механизмом, содержащим редуктор 6, кривошип 5, снабженный противовесом 4, и шатуны, шарнирно связанные с балансиром и кривошипом. Цилиндр 2 соединен одним концом с балансиром 12, а другим - с неподвижным основанием, посредством шарниров 3. Таким образом, балансир 12, кривошип 5, шатун и цилиндр 2 вместе с соответствующими шарнирами образуют плоский механизм для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Привод работает следующим образом: в начале цикла балансир и кривошип находятся в горизонтальном положении, шток цилиндра 2 выдвинут на среднюю длину, давление груза 11 через цилиндры 9 по трубопроводу 8 передается в цилиндр 2, поддерживающий плечо балансира 12, вес груза 11 и параметры гидравлической системы выбраны таким образом, чтобы уравновесить балансир вместе со штанговыми колоннами. Вес груза 4 выбран таким образом, чтобы уравновесить вес жидкости в трубах. В начале рабочего цикла вращательное движение вала двигателя 7 через редуктор 6 передается на ось кривошипа 5. При вращении кривошипа 6 вокруг своей оси по часовой стрелке шатуны движутся поступательно, приподнимают плечо балансира 12 вместе с подвешенной к нему штанговой колонной и насосом до максимальной высоты, после чего круговое движение кривошипа продолжается, а вес балансира 12 и штанговых колонн через цилиндр 2 трубопровод 8 и цилиндры 9 приподнимает груз 11 до тех пор, пока кривошип не возвратится в исходное положение.
Такое выполнение позволяет снизить массу вращающихся грузов в несколько раз, что позволяет уменьшить материалоемкость узлов конструкции, подвергающихся высоким нагрузкам. В частности, общая масса противовесов привода грузоподъемностью 8 тонн составляет 400 кг, а в аналоге - 8000 кг.