×
20.11.2013
216.012.82ca

Результат интеллектуальной деятельности: СКВАЖИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к нефтехимической отрасли машиностроения и может быть использовано при проектировании скважинно-насосных установок. Скважинно-насосная установка содержит станок-качалку для установки рядом со скважиной 3. Насос с плунжером 15 установлен в скважине 3. С верхней частью плунжера 15 соединен устьевой шток 19, на верхней части которого закреплена подвижная часть электромагнита, охватываемая статорпой частью 22 электромагнита с обмоткой. Станок-качалка содержит балансир 7 с поворотной головкой, которая связана посредством гибкой связи с устьевым штоком 19. Балансир 7 связан с приводным двигателем 5. Установка снабжена устройством автоматического управления 24, связанным с приводным двигателем и электромагнитом с возможностью изменения угловой скорости вращения вала приводного двигателя и с возможностью возбуждения в подвижной части электромагнита, при каждом положении устьевого штока, соответствующей демпфирующей силы. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы установки, увеличение срока ее службы, сокращение скачков перегрузок, действующих на систему силовых узлов, обеспечение плавности хода устьевого штока при каждом его положении. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтехимической отрасли машиностроения и может быть использовано при проектировании скважинно-насосных установок.

Известна скважинно-насосная установка, содержащая станок-качалку для установки рядом со скважиной, имеющую балансир с поворотной головкой, насос для установки в скважине, включающий цилиндр со всасывающими клапанами и плунжер с нагнетательными клапанами, установленный внутри цилиндра с возможностью возвратно-поступательного движения, в верхней части плунжера образован устьевой шток, связанный посредством гибкой связи с поворотной головкой (см. рекламный лист ЦИНТИхимнефтемаш, ПМБ, 119048, г.Москва, Г-48, ул. Доватора, 12 Подп.в печать 28.03.79 г., УДК 622.276.53-83; каталог «Скважинные штанговые насосы для добычи нефти» ЦИНТИхимнефтемаш, 119048, г.Москва, Г-48, ул. Доватора, 12, типография НИИМаш, г.Щербинка, Подп.в печать 14.01.80 г., УДК 622.276.054.22 (085)).

Недостатком известного устройства является то, что рабочее усилие на устьевой шток при подъеме плунжера насоса довольно значительно и достигает нескольких тонн. Это усилие обусловлено массой плунжера, устьевого штока и массой столба нефти, подаваемой в магистраль, перемещаемых в скважине по вертикали с ускорением, значение которого при качении балансира не постоянно и достигает максимальных значений при прохождении балансира крайних положений. При этом возникает динамическая нагрузка на устьевой шток и на все силовые узлы, соединенные с ним, которая может достигать двукратного значения, что требует соответствующего увеличения запаса прочности и, следовательно, утяжеления конструкции.

Наиболее близким к предложенному является устройство для приведения в движение в прямом направлении штока в насосном блоке с поршневым штоком (скважинно-насосная установка), содержащее электрический линейный двигатель, включающий якорь, статоры и основание, установленный в нужном положении относительно рабочей оси насоса с поршневым штоком, при этом якорь двигателя соединен с верхним концом штока, механизм уравновешивания, находящийся в контакте с верхним концом якоря (см. Патент US 6213722).

Недостатком известного решения является сложное схемотехническое и конструктивное исполнение линейного электродвигателя, необходимость использования сложного электронного преобразователя частоты с комплектом датчиков положения штока, осуществляющего управление линейным электродвигателем; необходимость постоянной работы элементов электродвигателя, имеющего большие габариты, что вызывает большие экономические затраты, имеет большую потребляемую мощность, возможны скачки перегрузок, что вызывает возникновение больших концентраций напряжений; сложность ремонта в случае выхода из строя линейного электродвигателя; необходимость максимально точного позиционирования электродвигателя относительно штока, строгое соблюдение соосности; в случае выхода из строя противовеса, необходимо производить полный демонтаж конструкции для его замены, наличие сложных механизмов уравновешивания, которые требуют дополнительных расчетов, выбора места установки, сложного монтажа с применением специальных технических средств, дополнительного технического обслуживания, в результате чего понижается ремонтопригодность установки в целом.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности демпфирования (снижение) динамических нагрузок узлов и деталей устройства в каждом положении штока, исключение скачков перегрузок, обеспечение плавности хода устьевого штока.

Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что скважинно-насосная установка содержит станок-качалку для установки рядом со скважиной, насос с плунжером для установки в скважине, в верхней части плунжера образован устьевой шток, на верхней части которого закреплена подвижная часть электромагнита, охватываемая статорной частью электромагнита с обмоткой, причем станок-качалка имеет балансир с поворотной головкой, которая связана посредством гибкой связи с устьевым штоком, балансир связан с приводным двигателем, при этом установка снабжена устройством автоматического управления, связанным с приводным двигателем и электромагнитом с возможностью изменения угловой скорости вращения вала приводного двигателя и с возможностью возбуждения в подвижной части электромагнита при каждом положении устьевого штока соответствующей демпфирующей силы.

Кроме того, подвижная часть электромагнита может быть выполнена в виде стального сердечника, имеющего цилиндрическую форму с кольцевыми оребрениями, а статорная часть электромагнита может быть выполнена в виде блока кольцевых электромагнитов.

Кроме того, подвижная часть электромагнита и его статорная часть могут быть выполнены в виде разъемных полукольцевых блоков.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано предлагаемое устройство; на фиг.2 показан узел электромагнита с его подвижной и статорной частями, вынос A на фиг.1; на фиг.3 схематично показано устройство автоматического управления и его соединение с приводным электродвигателем и электромагнитом.

Скважинно-насосная установка содержит станок-качалку, которая включает в себя опорную раму 1, установленную на заранее подготовленном фундаменте 2 рядом со скважиной 3. На опорной раме 1 смонтированы редуктор 4 с приводным двигателем 5 и стойка 6 с качающимся балансиром 7, выполненным в виде двуплечей балки, на одном конце которой образована поворотная головка 8. На выходном валу редуктора 4 закреплен кривошип 9 с противовесом 10, при этом кривошип 9 подвижно соединен с шатуном 11, траверсой 12 и свободным концом балансира 7 (фиг.1).

Скважинно-насосная установка также содержит насос, установленный в скважине 3, включающий цилиндр 13, в нижней части которого образованы всасывающие клапаны 14, и плунжер 15 с нагнетательными клапанами 16, установленный внутри цилиндра 13 с возможностью возвратно-поступательного движения. В верхней части цилиндра 13 выполнены отверстия 17, а в верхней части плунжера 15 выполнены отверстия 18 для перепуска нефти в полость цилиндра 13 (фиг.1).

С верхней частью плунжера 15 соединен устьевой шток 19, связанный посредством гибкой связи 20, например тросовой, с поворотной головкой 8 балансира 7 станка-качалки. Устьевой шток 19 взаимодействует с электромагнитом, при этом на верхней части устьевого штока 19 закреплена подвижная часть электромагнита, выполненная в виде стального сердечника 21 цилиндрической формы (фиг.2) с кольцевыми оребрениями (не показаны). Сердечник 21 расположен внутри статорной части 22 электромагнита, выполненной в виде блока кольцевых электромагнитов, охватывающих с образованием кольцевого зазора 23 (фиг.3) стальной сердечник 21. Статорная часть 22 электромагнита установлена неподвижно на заранее подготовленном фундаменте 2.

Подвижная часть 21 и статорная часть 22 электромагнита могут быть выполнены с диаметральным разъемом, разделяющим их на составные полукольцевые блоки (не показаны), что повышает эксплуатационные характеристики устройства, обеспечивая удобство монтажа и демонтажа электромагнита, при необходимости не демонтируя насос из скважины.

Скважинно-насосная установка содержит устройство 24 автоматического управления, связанное с приводным двигателем 5 с возможностью изменения угловой скорости вращения вала (не показан) приводного двигателя 5. Устройство 24 также связано с электромагнитом с возможностью возбуждения в его подвижной части 21 при каждом положении устьевого штока 19 соответствующей демпфирующей электромагнитной силы, направленной вдоль оси устьевого штока 19, противодействуя инерционной силе нагруженных узлов.

Работает установка следующим образом.

При добыче нефти скважинный насос спускают в скважину 3 на колонне насосно-компрессорных труб и насосных штанг (не показаны). Плунжер 15 имеет возможность совершать поступательные перемещения вверх-вниз, следуя качанию балансира 7 станка-качалки. При перемещении плунжера 15 из крайнего нижнего положения вверх происходит всасывание нефти из скважины 3 в полость цилиндра 13 через открытые всасывающие клапаны 14. Из верхнего положения плунжер 15 опускается вниз, при этом всасывающие клапаны 14 цилиндра запираются, а нагнетательные клапаны 16 плунжера 15 открываются, обеспечивая перетекание нефти из полости цилиндра 13 в полость плунжера 15. При очередном перемещении плунжера 15 вверх процесс повторяется, вновь происходит заполнение нефтью полости цилиндра 13 через всасывающие клапаны 14. Далее, при очередном перемещении плунжера 15 вниз всасывающие клапаны 14 цилиндра 13 запираются, а нагнетательные клапаны 16 плунжера 15 открываются, через которые нефть из полости цилиндра 13 перетекает в полость плунжера 15. Таким образом, последующим перемещением плунжера 15 вверх-вниз избыток нефти через отверстия 18, 17 в верхней части плунжера 15 и цилиндра 13 заполняет скважину 3 и через отвод 25 в ее верхней части поступает в магистраль 26.

Введение в устройство электромагнита, приводимого в действие в определенные моменты устройством 24 автоматической системы управления, позволяет существенным образом изменить силовую нагрузку узлов и деталей насосной установки.

Анализ движения, совершаемого плунжером 15 насоса в процессе его работы, показывает, что в короткие промежутки времени при прохождении крайней нижней точки вся масса подвески устьевого штока 19 (плунжер 15 и подаваемая в магистраль нефть, находящаяся выше плунжера 15) испытывает двукратную перегрузку, передаваемую через устьевой шток 19 на все силовые узлы и детали станка-качалки из-за максимального ускорения в этой зоне.

Введение в установку электромагнита и устройства 24 автоматической системы управления, позволяет существенным образом изменить силовую нагрузку узлов и деталей насосной установки. В крайней нижней зоне движения плунжера 15 своевременным включением электромагнита создается противодействующая демпфирующая сила на устьевой шток 19, снимающая избыток нагрузки с узлов и деталей станка-качалки и передающая ее на фундамент 2.

Устройство 24 автоматической системы управления работает по определенному закону, зависящему от положения балансира 7 в определенный момент. Устройство рассчитывает движение приводного двигателя и балансира и в определенное положение подается команда на вал приводного двигателя 5 и на электромагнит. Подача сигнала происходит при определенном положении устьевого штока 19.

Электромагнитная сила направлена против действия массовых сил устройства и существенно снижает их, а реакция от воздействия электромагнитной силы статорной частью 22 электромагнита передается на фундамент 2. Выключение электромагнита в нужный момент осуществляется аналогично включению устройством 24.

Динамика движения частей устройства заключается в следующем:

- за счет введения в конструкцию устройства 24 автоматической системы управления движение устьевого штока 19 на всем пути его перемещения происходит со значительно уменьшенными ускорениями, что обеспечивается заложенной в систему управления программой изменения угловой скорости вращения вала приводного двигателя 5, при этом происходит сглаживание пиков ускорения устьевого штока 19 за счет того, что изменение скорости движения с его максимального значения до нуля происходит с постоянным градиентом на максимальном отрезке, равном половине длины хода устьевого штока 19, этим существенно снижаются (в 1,5-2 раза) инерционные нагрузки на силовые узлы установки;

- подача электропитания на статорную часть 22 электромагнита осуществляется по определенному закону, связанному с положением устьевого штока 19, и обеспечивается подача электропитания устройством 24 автоматической системы управления, при этом для каждого положения устьевого штока 19 электромагнитом возбуждается соответствующая демпфирующая сила, противодействующая инерционной, разгружая силовые узлы устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает разгрузку всех силовых узлов станка-качалки за счет снижения инерционных нагрузок, действующих на устьевой шток 19, а также за счет создания демпфирующей электромагнитной силы, противодействующей инерционным нагрузкам на всем пути движения устьевого штока 19.


СКВАЖИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
СКВАЖИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
СКВАЖИННО-НАСОСНАЯ УСТАНОВКА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 20 items.
10.01.2013
№216.012.1997

Центробежный компрессорный агрегат

Изобретение относится к области компрессоростроения, преимущественно к центробежным компрессорам с высокочастотным электроприводом без смазки в опорах ротора, в частности безмасляным вакуумным циркуляционным компрессорам газодинамических лазеров. Агрегат содержит компрессор, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472043
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2086

Шарнирная муфта

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к шарнирным муфтам. Шарнирная муфта содержит ведущий и ведомый валы. Конец ведомого вала выполнен в виде сферического наконечника, а конец ведущего вала - в виде сферического гнезда, охватывающего сферический наконечник с зазором, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473827
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2154

Магнитный редуктор

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и электромагнитным механизмам и касается особенностей выполнения бесконтактных магнитных редукторов, которые могут быть использованы в качестве передаточного устройства в механических системах с большим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474033
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.244f

Способ определения температуры газа в рабочей полости роторной машины

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуры газа в рабочей полости роторной машины. Заявлен способ определения температуры газа в рабочей полости роторной машины путем измерения температуры газа с помощью датчиков температуры,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474797
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.04.2013
№216.012.3ade

Вакуумный центробежный компрессор

Изобретение относится к области центробежного компрессоростроения, в частности к вакуумным циркуляционным компрессорам. Вакуумный центробежный компрессор, содержащий корпус сжатия, который разделен перегородкой на две секции, в секциях расположены два ротора с рабочими колесами на общем валу,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480631
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.4199

Стояночное уплотнение центробежного компрессора

Изобретение относится к стояночным уплотнениям центробежных компрессоров. Стояночное уплотнение центробежного компрессора содержит уплотнительную пару, включающую деталь роторной части компрессора с уплотняемой поверхностью и уплотнительный узел, установленный на статорной части компрессора и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482363
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.06.2013
№216.012.5160

Теплообменный аппарат

Теплообменный аппарат содержит корпус в виде цилиндра, на горцах которого закреплены плиты. Внутри корпуса вдоль его оси размещены грубы с зазорами между собой и внутренней поверхностью корпуса. Торцы труб и корпуса состыкованы с плитами с обеспечением герметичности. Во внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486425
Дата охранного документа: 27.06.2013
20.09.2013
№216.012.6c86

Скважинно-насосная установка

Изобретение относится к нефтехимической отрасли машиностроения и может быть использовано при проектировании скважинно-насосных установок. Скважинно-насосная установка содержит станок-качалку для установки рядом со скважиной, имеющую балансир с поворотной головкой, насос для установки в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493433
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fdb

Зацепление винтовой машины

Изобретение относится к компрессорной технике, а именно к винтовым компрессорам, и может быть использовано в расширительных машинах. Зубчатое зацепление винтовой машины с асимметричным профилем зубьев ведущего и ведомого роторов, в котором профиль тыльной по ходу вращения части впадины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494286
Дата охранного документа: 27.09.2013
10.12.2013
№216.012.886f

Устройство для позиционирования оборудования

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано для позиционирования оборудования. Устройство для позиционирования оборудования содержит блок из трех расположенных одна над другой частей, на смежных поверхностях которых выполнены направляющие канавки для заключенных в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500609
Дата охранного документа: 10.12.2013
Showing 1-10 of 39 items.
10.01.2013
№216.012.1978

Устройство предпускового подогрева масла

Изобретение относится к области компрессоростроения, насосостроения, а именно к системам обеспечения подачи масла с необходимой температурой к коллекторам смазки. В устройстве предпускового подогрева масла, содержащем нагревательный блок, установленный в масляном баке, маслонасос, установленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472012
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1997

Центробежный компрессорный агрегат

Изобретение относится к области компрессоростроения, преимущественно к центробежным компрессорам с высокочастотным электроприводом без смазки в опорах ротора, в частности безмасляным вакуумным циркуляционным компрессорам газодинамических лазеров. Агрегат содержит компрессор, включающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472043
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.2086

Шарнирная муфта

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к шарнирным муфтам. Шарнирная муфта содержит ведущий и ведомый валы. Конец ведомого вала выполнен в виде сферического наконечника, а конец ведущего вала - в виде сферического гнезда, охватывающего сферический наконечник с зазором, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473827
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2154

Магнитный редуктор

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и электромагнитным механизмам и касается особенностей выполнения бесконтактных магнитных редукторов, которые могут быть использованы в качестве передаточного устройства в механических системах с большим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474033
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.244f

Способ определения температуры газа в рабочей полости роторной машины

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуры газа в рабочей полости роторной машины. Заявлен способ определения температуры газа в рабочей полости роторной машины путем измерения температуры газа с помощью датчиков температуры,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474797
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.2798

Муфта предохранительная многоярусная

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в предохранительных муфтах для передачи больших величин крутящих моментов. Муфта предохранительная многоярусная содержит корпус в виде двух полумуфт, каждая из которых имеет установочную и сцепную части. Установочная часть каждой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475656
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c31

Способ определения крутящего момента от газовых сил

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения крутящего момента от газовых сил в объемных машинах. Способ заключается в том, что удерживают приводной вал от вращения при помощи тормоза с постоянным тормозным моментом, создают давление газа в объемной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476840
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.04.2013
№216.012.378a

Торцевое уплотнение

Изобретение относится к области компрессоростроения и насосостроения, а именно к торцевым уплотнениям. Торцевое уплотнение содержит установленное герметично на валу вращающееся кольцо, контактирующее с невращающимся кольцом с образованием пары трения. Невращающееся кольцо установлено в корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479771
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3ade

Вакуумный центробежный компрессор

Изобретение относится к области центробежного компрессоростроения, в частности к вакуумным циркуляционным компрессорам. Вакуумный центробежный компрессор, содержащий корпус сжатия, который разделен перегородкой на две секции, в секциях расположены два ротора с рабочими колесами на общем валу,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480631
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.3adf

Соединение рабочего колеса с вал-шестерней на торцевых зубьях (варианты)

Группа изобретений относится к центробежным компрессорам, в частности к конструкции соединения рабочего колеса с вал-шестерней мультипликаторного центробежного компрессора. Соединение рабочего колеса с вал-шестерней на торцевых зубьях по первому варианту включает находящиеся в зацеплении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480632
Дата охранного документа: 27.04.2013
+ добавить свой РИД