Привод скважинного штангового насоса

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано для добычи нефти из скважин штанговыми насосами.
Известен привод скважинного штангового насоса (патент RU №2283969, МПК F04B 47/02, опубл. 20.09.2006 Бюл. № 26), содержащий установленные на основании на единой раме с корпусом двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и верхнюю звездочки, охваченные замкнутой цепью, связанной с кареткой, соединенной с противовесом, который выполнен П-образной формы в поперечном сечении и установлен в направляющих корпуса с размещением цепи в его открытой полости и связан через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем вертикальные оси симметрии преобразующего механизма, противовеса и гибкого звена расположены в непосредственной близости от одной вертикальной плоскости, верхняя звездочка установлена в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения цепи, а в нижней части корпуса выполнена емкость для смазочного масла, отличающийся тем, что редуктор дополнительно оснащен отключаемым ручным приводом для вращения ведущей звездочки, а верхняя звездочка выполнена с возможностью ограниченного осевого перемещения и фиксации, при этом противовес дополнительно снабжен съемными фиксаторами, выполненными с возможностью подвешивания противовеса относительно корпуса в любом требуемом месте, и двумя ковшами, установленными снизу противовеса по бокам от замкнутой цепи и выполненными с отверстиями снизу в боковой стенке, направленными на цепь, причем ковши установлены с возможностью погружения в емкость для смазочного масла при нижнем положении противовеса, а размеры ковша обеспечивают истечение из него смазочного масла на цепь в течение возвратно-поступательного хода противовеса.
Наиболее близким по технической сущности является привод скважинного штангового насоса (патент RU №2462617, МПК F04B 47/02, опубл. 27.09.2012 Бюл. №27), содержащий единую раму, на которой установлены двигатель, редуктор, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую и ведомую звездочки, охваченные замкнутой цепью, которая связана с кареткой, оснащенной смазывающими цепь ковшами и соединенной с противовесом, который связан через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем ведомая звездочка установлена в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения цепи, и снизу емкость со смазочным маслом, отличающийся тем, что преобразующий механизм снаружи охвачен корпусом с системой нагнетания воздуха для создания избыточного давления внутри корпуса.
Недостатками обоих приводов являются низкая надежность из-за частого выхода из строя редуктора, невозможность применения «расхаживания» штанг (возвратно-поступательного перемещения с небольшим ходом) из-за отсутствия реверса двигателя и отсутствие возможности регулирования скорости перемещения штанг без остановки работы двигателя с редуктором.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является повышения надежности за счет исключения редуктора и соединения выходного вала двигателя напрямую с ведущей звездочкой, добавление возможности регулирования скорости перемещения штанг и применения расхаживания штанг за счет использования гидравлического двигателя, оснащенного нагнетательным насосом с регулятором подачи жидкости.
Техническая задача решается приводом скважинного штангового насоса, содержащим единую раму, на которой установлены двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущую нижнюю и ведомую верхнюю звездочки, охваченные замкнутой цепью, которая связана с кареткой, соединенной с противовесом, который связан через гибкое звено с узлом подвески штанг.
Новым является то, что в качестве двигателя применен гидравлический двигатель, оснащенный нагнетательным насосом с регулятором подачи жидкости, позволяющим изменять скорость и направление подачи жидкости в двигатель.
На чертеже изображена схема реализации привода.
Привод скважинного насоса содержит единую раму 1, на которой установлены двигатель 2, механизм 3, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, и противовес 4, который связан через гибкое звено 5 с узлом подвески штанг 6. Механизм 3 включает в себя ведущую 7 нижнюю и ведомую 8 верхнюю звездочки, охваченные замкнутой цепью 9, которая связана с кареткой 10, соединенной с противовесом 4. В качестве двигателя 2 применен гидравлический двигатель, оснащенный нагнетательным насосом 11 с регулятором подачи жидкости 12, позволяющим изменять скорость за счет регулятора 13 давления жидкости и направление подачи жидкости в двигатель за счет переключателя 14 потока жидкости.
На конструкцию регулятора 13 давления (регулируемая задвижка, переключатели потока, жиклер с регулируемым проходным сечением или т.п.) авторы не претендуют, так как их известно много из открытых источников. Также авторы не претендуют на переключатель 14 потока, так как их также известно большое количество (спаренные перекрестные задвижки, парные задвижки с байпасными линиями и т.п.).
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность привода, на чертеже не показаны или показаны условно.
Привод работает следующим образом.
Раму 1 с механизмом 3 и двигателем 2, соединенным выходным валом 15 напрямую с ведущей звездочкой 7, устанавливают у скважины (не показана), оборудованной скважинным штанговым насосом (не показан), так, чтобы узел подвески штанг 6 располагался над устьем скважины. Кратко временно запускают в работу нагнетательный насос 11, перекачивающий жидкость из питательной емкости 16 через регулятор 12 по одной из напорных линий 17 или 18 к двигателю 2 для вращения его выходного вала 15 с ведущей звёздочкой 7 и перемещения подвески штанг 6 вниз, к которой прикрепляют полированный шток колонны штанг (не показаны) насоса. После чего нагнетательный насос 11 запускают на постоянной основе для вращения выходного вала 15 двигателя 2. В результате ведущая звездочка 7 приводит в движение цепь 9 и ведомую звездочку 8. Цепь 9 передает своё движение вверх и вниз (по разным плечам) каретке 10, которая перемещается в поперечном направлении относительно противовеса 4 в верхней и нижней мертвых точках (в районе ведомой 8 и ведущей 7 звездочек) механизма 3. Под действием каретки 10 противовесу 4 придается возвратно-поступательное движение, которое передается через гибкую тягу 5 и подвеску штанг 6 колонне штанг. При этом жидкость из двигателя 2 отводится по другой напорной линии 18 или 17 и через переключатель 14 обратно в питательную емкость 16.
Скорость перемещения противовеса 4 и, следовательно, колонны штанг, а также усилие на гибкой тяге 5 контролируется датчиками 19. Информация с датчиков поступает в блок управления 20 или на диспетчерский пункт (не показан).
При недостаточной скорости перемещения противовеса 4 на регулятор 13 регулятора подачи жидкости 12 подается сигнал с блока управления 20 или с диспетчерского пункта для увеличения давления жидкости (и как следствие скорости потока) подаваемого на двигатель 2, а при излишней скорости перемещения противовеса 4 на регулятор 13 регулятора подачи жидкости 12 подается сигнал с блока управления 20 или с диспетчерского пункта для снижения давления жидкости (и как следствие скорости потока) подаваемого на двигатель 2. В результате скорость перемещения противовеса 4 возвращается к номинальной, которая определяется технологическими подателями продуктивного пласта (не показан) скважины. Излишки жидкости могут с регулятора сбрасываться при необходимости в питательную емкость 16. Причём регулировка скорости противовеса 4 и колонны штанг проводится бесступенчато и без остановки работы самого привода.
При прихвате плунжера (не показан) насоса нагрузка на штангах и на гибкой тяге 5 возрастает. Если нагрузка на гибкой тяге 5, определяемая датчиками 19, превышает допустимую (берется из прочностных паспортных характеристик штанг, составляющих колонну), сигнал с датчиков 19 поступает на блок управления 20 или на диспетчерский пункт, сигнал с которых подается на переключатель 14 регулятора подачи жидкости 12, для периодического изменения подачи жидкости сначала, например, по напорной линии 17, потом - по напорной линии 18 с отводом жидкости по сначала по линии 18, потом - по линии 17. Обеспечивая переменную нагрузку (расхаживание) на противовесе 4 и, как следствие, на колонне штанг. Причем расхаживание ведется учетом не превышения допустимой нагрузки на гибкой тяге 5, которая контролируется датчиками 19, что полностью исключает обрыв штанг при работе, при небольших прихватах плунжера насоса не требуется полная остановка привода и вызов обслуживающего персонала со специальным оборудованием для расхаживания штанг. После снижения нагрузки на гибкой тяге 5 (значит прихват плунжера в насосе ликвидирован) переключатель 14 возвращаются сигналом с блока управления 20 или диспетчерского пульта в исходное состояние, регулятором 13 восстанавливают скорость перемещения противовеса 4 и штанг, привод переходит в нормальный режим работы.
Предлагаемый привод скважинного штангового насоса позволяет повысить надежность за счет исключения редуктора и соединения выходного вала двигателя напрямую с ведущей звездочкой, дает возможность регулирования скорости перемещения штанг и применения расхаживания штанг за счет использования гидравлического двигателя, что в совокупности упрощает работу и обслуживание привода, экономя материальные и временные ресурсы.