СТАНОК-КАЧАЛКА
PUMPING UNIT

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для привода скважинных штанговых насосов.
Известен станок-качалка, содержащий основание, опорную стойку, на которой расположен балансир с шарнирно прикрепленной к нему головкой, связанный с установленным на опорной стойке подшипником, электродвигатель, противовесы с дополнительной уравновешивающей системой, содержащей два кронштейна, закрепленные в фундаменте станка-качалки, расположенные по разные стороны стойки и соединенные у верхних концов осью с роликовым блоком, а также груз, подвешенный на гибкой тяге, другой конец которой перекинут через роликовый блок и подсоединен к концу полированного штока (патент RU №2132489, F04B 47/02, 27.06.1999).
Недостатком является невозможность проведения исследований скважины динамометрированием, так как груз дополнительной уравновешивающей системы находится в рабочей зоне оператора по исследованию скважин, что является нарушением правил техники безопасности нефтяной и газовой промышленности. При проведении подземного ремонта глубинно-насосного оборудования необходимо демонтировать дополнительную уравновешиваю систему, что ведет к дополнительным затратам труда и времени. Вследствие незначительного радиуса охвата гибкой тяги низка ее надежность.
Известен также станок-качалка, содержащий основание, опорную стойку, на которой расположен балансир с головкой, связанный с подшипником, установленным на опорной стойке, электродвигатель, противовесы, дополнительную уравновешивающую систему, выполненную в виде груза, размещенного внутри трубы, установленной на самостоятельном фундаменте, в боковой поверхности трубы предусмотрены люк и разгрузочное устройство, причем груз соединен с полированным штоком гибкой тягойчерез роликовый блок (прототип - патент RU №2317444, F04B 47/02, 20.02.2008).
Недостатком прототипа является невозможность утилизации попадающих вовнутрь трубы дополнительной уравновешивающей системы природных осадков. Скапливание осадков в нижней части трубы приводит к образованию ледовых сталагмитов, ограничивающих движение дополнительного уравновешивающего груза вниз, тем самым ослаблению гибкой тяги и ее скатыванию с роликового блока и обрыву, вызывающему отказ станка-качалки в целом. Также недостатком является отсутствие люка и отсутствие стационарной системы разгрузки, что вызывает осложнения при монтаже-демонтаже противовеса.
Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование конструкции отведения осадков, попадающих вовнутрь опоры дополнительной уравновешивающей системы, и создание разгрузочного устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в станке-качалке, содержащем основание, опорную стойку, на которой расположен балансир с шарнирно прикрепленной к нему головкой, связанный с установленным на опорной стойке подшипником, электродвигатель, дополнительную уравновешивающую систему, имеющую опору, выполненную в виде трубы, установленной на самостоятельном фундаменте, внутри которой подвешен и перемещается груз, соединенный с полированным штоком гибкой тягой, перекинутой через роликовый блок, в нижней части боковой поверхности трубы на уровне груза выполнены люк и разгрузочное устройство, согласно предлагаемому техническому решению в нижней трети длины уравновешивающей системы, расположенной ниже поверхности земли, выполнены радиальные отверстия, сообщающие полость полого фундамента с породой земли, а верхняя треть этого же полого фундамента оборудована клапанным механизмом, установленным на пакере, причем приемная часть клапана гидравлическим каналом соединена с верхней частью того же полого фундамента, а выкидной клапан гидравлически связан с перфорационными отверстиями, в нижней части уравновешивающей системы установлен короб с вмонтированным в него разгрузочным устройством, представляющим собой задвижку, в коробе выполнен люк, размеры которого превышают размеры груза.
Кроме того, клапанный механизм выполнен в виде канала для слива, имеющего изменяемое сечение, внутри которого расположен шарик, имеющий свободный ход вверх-вниз, причем внизу шарик ограничен стенками канала, перекрывая его для выхода газов, а вверху - стенками овального сечения, которое обеспечивает отток осадков в скважину, при этом не допуская вылета шарика из клапана.
Кроме того, разгрузочное устройство выполнено в виде кронштейна с направляющими и установленной на них задвижки с ручками, с помощью которых перемещают задвижку вперед-назад, причем при движении задвижки вперед она запирает канал вспомогательной опоры, опираясь на упоры, вырезанные в коробе, создавая опору для груза.
Устройство станка-качалки поясняется чертежами, где показано: на фиг. 1 - общий вид станка-качалки, на фиг. 2 - клапан (вид А), на фиг. 3 - разгрузочное устройство (вид Б), на фиг. 4 - разгрузочное устройство (вид В).
Станок-качалка (фиг. 1) включает установленную на основании 1 опорную стойку 2, на которой расположен балансир 3 с шарнирно закрепленной к нему головкой 4, связанный с установленным на опорной стойке 2 подшипником 5, а также кривошипный вал 6, на котором расположены кривошипы 7, связанные с шатунами 8 и образующие кривошипно-шатунный механизм, взаимодействующий с балансиром 3. Кривошипно-шатунный механизм приводится в движение электродвигателем 9. На кривошипах 7 кривошипно-шатунного механизма установлены уравновешивающие элементы - противовесы 10. Дополнительная уравновешивающая система имеет опору 11, выполненную в виде трубы, установленной на самостоятельном фундаменте, внутри которой подвешен и перемещается груз 12, в боковой поверхности трубы предусмотрены: на уровне груза люк 13, находящийся в коробе 14. К коробу монтировано разгрузочное устройство 15 для регулировки массы груза и монтажа-демонтажа груза 12. Причем опора 11 дополнительной уравновешивающей системы расположена в одной плоскости с полированным штоком 16, перпендикулярной оси станка-качалки, на расстоянии, допустимом требованиями правил техники безопасности. В верхнюю часть опоры 11 вдет и закреплен на ней с помощью шарнира кронштейн 17 роликового блока 18, состоящего из трех роликов, расположенных относительно друг друга под углом 90 градусов. Через роликовый блок 17 посредством гибкой тяги 19 присоединен груз 12 дополнительной уравновешивающей системы с концом полированного штока 16 хомутными соединениями 17.
В скважине расположен клапанный механизм 21 (фиг. 1, фиг. 2), закрепленный на пакере 22, представляющий собой канал для слива 23, имеющий изменяемое сечение, внутри которого расположен шарик 24, обеспечивающий отток осадков в скважину, но не позволяющий газам выходить на поверхность. Шарик 24 имеет свободный ход вверх-вниз, причем внизу шарик упирается в стенки канала, перекрывая его для выхода газов, а вверху шарик упирается в стенки овального сечения, которое обеспечивает отток осадков в скважину, при этом не допуская вылета шарика из клапана. Внизу скважины имеются отверстия 25, обеспечивающие отток осадков из скважины в грунт 26.
Разгрузочное устройство (фиг. 3, фиг. 4) включает в себя кронштейн 27, направляющие 28 и установленную на них задвижку 29, на задвижке имеются ручки 30, с помощью которых можно перемещать задвижку 23 вперед-назад, при движении задвижки вперед она запирает канал вспомогательной опоры 11, опираясь на упоры 31, вырезанные в коробе 14, тем самым создавая опору для груза 12. В коробе 14 имеется люк 13, размеры которого превышают размеры груза 12, что позволяет произвести монтаж-демонтаж груза 12.
Устройство работает следующим образом.
Работа скважинного насоса обеспечивается возвратно-поступательным движением головки 4 балансира 3, связанного с колонной штанг (не показана), совершающего возвратно-поступательное движение вследствие работы электродвигателя 9, кривошипного вала 6, кривошипов 7 и шатунов 8. Уравновешивание станка-качалки достигается путем применения противовесов 10 и груза 12, создающего вертикально направленную вверх силу, приложенную через гибкую тягу к полированному штоку 16, соединенному с колонной штанг.
При попадании осадков в опору 11 дополнительной уравновешивающей системы шаровой клапан 21 обеспечивает их отток через канал 23, имеющий различное сечение, вниз скважины. Попадая в клапан 21, осадки проходят по круглому сечению до шара 24, который под действием гидростатического давления осадков поднимается вверх, упираясь в эллипсоидное сечение, которое не позволяет ему вылететь из пазов. Упираясь в узкую часть эллипса, шарик оставляет открытым широкую часть, через которую происходит отток осадков в полый фундамент, далее происходит отток жидкости в грунт через отверстия 25. Находящийся в механизме шар 24 позволяет осадкам уйти в скважину, при этом не пускает скопившийся горячий пар на поверхность за счет сужения круглого сечения в месте установки шара.
Для осуществления спускоподъемных операций помещают задвижку 29 на пазы 31 в коробе 14 при ходе головки 4 балансира 3 вниз. При ходе вверх груз 12 опускается на задвижку, разгружая тем самым полированный шток 16. Отсоединяют гибкую тягу от хомутных соединений 17 и разворачивают роликовый блок 18.
Использование данного изобретения позволяет производить отвод скопившихся осадков в грунт, тем самым избегая образования ледовых сталагмитов и обледенения опоры вследствие конденсата, что приводит к повышению эффективности и надежности эксплуатации скважинной установки за счет снижения риска обрыва каната и, как следствие, выхода из строя скважинной установки. Также данное устройство позволяет производить монтаж-демонтаж груза и разгрузку уравновешивающей системы более удобным способом.