Привод скважинной штанговой насосной установки

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик п 11989139(22) Заявлено 030680 (21) 2924655/25-06 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150183(54) ПРИВОД СКВАЖИННОЙ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИжесткой, что определяет и ее большую массу, Это, в свою очередь, способствует также увеличению размеровФундамента и его массы.Цель; изобретения - повышение надежности, уменьшение массы приводаи Фундамента.Указанная цель достигается тем,что в приводе скважинной штанговойнасосной установки, содержащем Фундамент, несущую мачту, расположенныена ее вершине реверсивный двигательи два вращающихся элемента с размеценными на них гибкими звеньями, 15 конц которых шарнирно соединены содной стороны с противовесом, а сдругой - с соосной скважине траверсой, связанной с колонной насосныхштанг, центры шарниров смещены-относительно вертикалей, касательных крабочей поверхности вращающихся элементов, а траверса связана с ревер"сивным двигателем .посредством несамотормозящегося винтового механизма, 25 размещенного внутри мачты, причемвращающиеся элементы и шарниры расположены симметрично относительнооси скважины в совпадающей с нейплоскости, а противовес выполнен З 0 рхватывающим несущую мачту. Изобретение относится к технике для добычи нефти, в частности к приводу скважинных штанговых насосных установок и может быть использовано при добыче пластовых жидкостей из нефтяных и других скважин.Известен привод скважинной штанговой насосной установки, содержащий фундамент, несущую .мачту, расположенные на ее вершине реверсивный двигатель и два вращающихся элемента с раз. мещенными на них гибкими звеньями, концы которых шарнирно соединены с одной стороны с противовесом; а с другой - с соосной скважине траверсой связанной с колонной насосныхштант 1.Недостатками известного привода скважинной штанговой установки являются низкая надежность ввиду использования в ней четырех гибких звеньев и значительная собственная масса, связанная с большими габаритными раз. мерами вращающихся элементов и вала, на котором они установлены. Кроме того, расположение траверсы и колонны насосных штанг с внешней стороны несущей мачты ведет к нагружению последней эксцентричной динамической нагрузкой, для восприятия которой несущая мачта выполнена прочной и Гусейнов,ф гРеверсивный двигатель выполненс полым ротором, охватывающим винтвинтового механизма.Кроме того, привод снабжен трубчатым стояком, установленным, внутринесущей мачты, выполненной в виде 5трубы, с образованием кольцевой полос.ти для смазки, а винт винтового механизма выполнен полым, охватывающимстояк.На фиг. 1 схематично представлен 1 Опривод скважинной штанговой насоснойустановки, разрез 1 на Фиг. 2 - сечение Л-А на Фиг. 1; на Фиг. 3 - сечение Б-Б на;Фиг,1,Привод скважинной штанговой насос ной установки состоит из реверсивного двигателя, например встроенногоэлектродвигателя 1, имеющего статор 2и полый ротор 3, соосно связанныйс гайкой 4, например шариковинтовой,несамотормозяцегося винтового механиз.ма (не обозначен), охватывающий винт5, взаимодействующий с упомянутойгайкой. Винт 5 жестко и соосно прикреплен к соосной со скважиной траверсе 6, врацение которой стопорится направляющими 7 посредством катков 8, имеющих, подшипники 9, одетыена цапфы 10 траверсы. Направляющие 7прикреплены к несущей мачте 11 и параллельны оси скважины. Траверса 6 ЗОпосредством имеющих возможность качания вокруг пальцев 12 шарниров 13и гибких звеньев 14, перекинутых через вращающиеся элементы-шкивы 15,имеющие воэможность свободно вращаться на осях 16 связана с притивове.сом 17, охватывающим несущую мачту11, на котором установлен управляющий элемент 18. Оси 16 связаны с несущей мачтой 11 посредством кронштейОнов 19, причем центры шарниров 13(пальцев 12) смещены относительновертикалей, касательных к рабочей поверхности шкивов 15. Это обеспечивает изменение углов, образуемых 45между ветвями гибких звеньев 14 ивертикалями, проходящими через указанные центры шарниров 13, при движении траверсы 6 (противовеса 1).Шкивы 15 и центры шарниров 13 на концах гибких звеньев 14, а также самигибкие звенья 14 расположены вплоскости, с которой совпадает осьскважины, причем шкивы 15, крепящиегибкие звенья 14 к траверсе 6, и шарниры 13,. крепящИе гибкие звенья 14к противовесу 17, симметричны относительно оси скважины. Такое расположение элементов привода обеспечиваетсимметричное распределение усилийпри выполнении противовеса. 17 симметричным относительно оси скважиныи отсутствие эксцентричной нагрузкина несуцую мачту 11. Несамотормозящаяся гайка 4 вместе с полым ротором 3установлена в подшипниках 20 и соос на со скважиной вследствие соосности с винтом 5, который посредством штока 21, муфты 22 и полированного штока,23 связан с колонной насосных штанг (не показана), Несущая мачта 11 посредством пьедестала 24,внутри которого размещается устьевой сальник 25, соосно установлена на обсадной колонне 26 скважины и имеет лапы 27 с катками 28, опирающимися на рель. сы 29, уложенные на фундаменте 30. На боковой поверхности пьедестала 24 имеется вырез 31, обеспечивающий доступ к устьевому сальнику 25 и пропускающий последний при смещении привода по рельсам 29. На несуцей мачте 11 установлены датчики реверса 32, связанные с блоком управления 33, двигателя 1. Винтовой механизм защищен от дождя трубчатым кожухом 34, установленными над двигателем. Для регулирования уравновешивания .на противовесе 17 уложен набор съемных грузов 35.Несущая мачта 11 выполнена в виде .трубы и имеет кольцевое днище 36 с прикрепленным к нему трубчатым стояком 37, размещенным в полости 38 винта 5 и образующим вместе с несущей мачтой 11 кольцевую полость 39, частично заполняемую смазочным материалом. Шкивы 15 частично входят внутрь несущей мачты 11 через прорези 40выполненные вдоль ее образующих, и прикрыты от дождя и пыли козырьками 41. Таким образом, механизм привода предохраняется от атмосферных воздействий и обеспечивается удержание смазочного материала.Привод работает следующим образом.Полый ротор 3, взаимодействуя со статором 2, вращается совместно с несамоториозящейся гайкой 4, сообщающей поступательное движение винту 5, вместе с которым движется траверса 6, катки 8 которой упираются в направляющие 7 и катятся по ним, предохраняя ходовой винт от вращения.Движущиеся вместе с траверсой 6 шарниры 13 передают это движение гибким звеньям 14огибающим шкивы 15, вращающиеся на осях 16 и вызывающим движение противовеса 17 в направлении, противоположном движению винта 5, свя)занного с колонной насосныхштанг и траверсой 6. В частности, при движении винта 5 (колонны насосных штанг и траверсы) вниз, противовес 17 поднимается. При достижении управляющим элементом 18 положения, обеспечийающего срабатывание верхнего датчика реверса 32, управляющий сигнал, возникающий при срабатывании последнего, воздействует на блок управления 33 и отключает питание двигателя 1. По мере движения угол между ветвями гибких звеньев 14, связанными с притивовесом 17, увеличивается и, соответ-.ственно, увеличивается натяжение гибких звеньев. В то же время, уголмежду ветвями гибких звеньев 14,связанными с траверсой б, уменьшается и, соответственно, увеличиваетсяприложенная к траверсе б .вертикальная равнодействующая от натяжениягибких звеньев - уравновешивающаясила, Таким образом, по мере движения винта 5 вниз уравновешиваюцаясила увеличивается, что замедляет,после отключения питания двигателя,движение-винта, продолжающееся вслед.ствие инерции движущихся частейпривода и колонны насосных штангдо полной остановки, после чего,вследствие избыточного уравновешивания, начинается движение винта 5вверх и соответствуюцее раскручивание несамотормозяцейся гайки 4 с полым ротором 3. Затем, при взаимодействии управляющего элемента 18 сверхним датчиком реверса 32, включается питание двигателя, причем направление вращения его полого ротора3 соответствует движению винта 5вверх. По мере этого движения уголмежду. ветвями гибких звеньев 14,связанными с противовесом 17, уменьшается и, соответственно, уменьшается натяжение гибких звеньев. В то же вРемЯг УГол межДУ ветвЯми гибкихзвеньев 14, связанными с траверсой б увеличивается и, соответственно, уменьшается уравновешивающая сила,что замедляет до полной остановкидвижение винта 5, продолжающеесявследствие инерции движущихсячастей привода и колонны насосных штанг, после отключения питания двигателя при взаимодействии управ,ляющего элемента 18 с нижним датчи.; ком реверса 32. После этого, вслед-, ствие неполного уравновешивания начинается движение винта 5 вниз и ооответствующее раскручивание несамотормозяцейся гайки 4 с полым рото- ром 3, а затем - запуск двигателя 1 в направлении, соответствуюцем движе нию винта. Изменение углов между ветвями гибких звеньев 14 без перегибов последних обеспечивается шарнирами .13, совершающими качательное движение вокруг пальцев 12. В нижнем положении винта 5 его нижняя часть и траверса б с установленными на ней элементами погружаются в смазку,которая в верхнем положении винта 5 попадает на рабочие поверхности несамотормозящейся гайки 4, откуда разносится по всей длине винта и, стекая с него, смазывает подшипники 20, после чего возвращается в полость 39.Изменение числа ходов осуществляется путем изменения числа оборотов двигателя 1, а изменение длины хода; сменными гибкими звеньями 14 и пере ность45 Формула изобретения 1, Привод скважинной штанговойнасосной установки, содержащий Фунда- мент, несущую мачту, расположенныена ее вершине реверсивный двигательи два вращающихся элемента с размещенными на них гибкими звеньями,концы которых шарнирно соединены содной стороны с противовесогл, а сдругой - с соосной скважине траверсой,связанной с колонной насосных штанг,о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, б 0 с целью повышения надежности, уменьшения массы привода и Фундамента,центры шарниров смецены относительновертикалей, касательных к рабочейповерхности вращающихся элементов, 5 а траверса связана с реверсивным дви 5 10 15 20 25 30 35 мецением датчиков реверса 32, При необходимости проведения ремонтных:работ на скважине, траверсу. б приводят в крайнее возможное нижнее положение, при котором муфта 22 опускается в полость пьедестала 24 и опирается на устьевой сальник 25, после .этого шток 21 отсоединяют от муфты 22, а пьедестал 24 - от обсадной колонны 26, Привод, опирающийся на катки 28, откатывают по рельсам 29 в сторону от скважины, При этом устьевой сальник 25 и муфта 22 проходят, через вырез 31 пьедестала, перемецающегося вглесте с приводом.Изобретение позволяет значительно уменьшить массу привода, (уменьшится расход металла на его изготовление), облегчает транспортировку и уменьшает стоимость. Кроме того, Фундамент привода выполняет лишь вспомогательные Функции, а его размеры, масса и стоимость значительно ниже. Эти Факторы, а также минимальная при скважинная плоцадь, занимаемая описанным приводом и высокое расположение двигателя, делают его применение особенно перспективныгл. в нефтяных районах,.для которых характерны низкие несуцие свойства грунтов, кустовое расположение скважин, при котором имеется минимум прискважинной площади и затопляемость местности. Привод имеет достаточно высокий КПД, несмотря на реверсивный принцип рабо ты двигателя вследствие того, что предусмотрено накопление энергии движущихся частей при торможении и использование ее в процессе реверса.Применение в приводе встроенного электродвигателя позволяет осуществлять его управление серийно выпус-.каемыми пусковыми тиристорными устройствами, обеспечивающими достаточно высокую надежность и долговеч 989139гателем посредством несамотормозящетося вийтового механизма, размещенного внутри мачты, причем вращающиеся элементы и шарниры расположены симметрично относительно осискважины в совпадающей,с ней плоскости, 5 противовес выполнен охватывающим несущую мачту.2, Привод по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что реверсивныйдвигатель выполнен с полым ротором, 10 охватывающим винт винтового механиз ма. 3. Привод по пп. 1: и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен трубчатым стояком, установлеиным внутри несущей мачты, выполненной в виде трубы .с образованием кольцевой полости"для смазки, а винт механизма выполнен полым, охватывающим стояк. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США Р 3595117,кл. 74-89 22, 1973.989139 Составитель Э. ГинзбургРедактор Л. Авраменко Техред Т.фантаЗаказ 11055/47 Тираж 663 ректор А. Ференц ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делагл изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4Ф