Результат интеллектуальной деятельности: ПРИВОД СКВАЖИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к техническим средствам для подъема жидкости из скважин, и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами.

Известен привод скважинного штангового насоса (Patent US №4916959, Int. Cl. 4 B66B 5/26), содержащий установленные на основании на единой раме с корпусом двигатель, редуктор, помещенный в корпусе механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомые шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса и связанным через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса и гибкого звена находятся вблизи одной вертикальной плоскости, а верхний (ведомый) шкив установлен в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения непрерывного гибкого звена.

Недостатками привода являются: труднодоступность узла регулирования натяжения непрерывного гибкого звена в процессе эксплуатации, связанная с большой высотой его расположения, особенно при большой длине хода привода, а также низкая надежность и недолговечность работы привода из-за отсутствия системы, определяющей необходимость натяжения непрерывного гибкого звена.

Известен также привод скважинного штангового насоса (патент RU №2200876, F04B 47/02, опубл. 20.03.2003, бюл. №8), содержащий установленную на основании раму и размещенные на ней двигатель, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и криволинейный направляющий элемент с постоянным радиусом кривизны, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через гибкое звено с колонной штанг, при этом противовес выполнен сборным, состоящим из основного противовеса, нормализующего работу привода насоса, снабженного штангами минимального сечения и спущенного на минимальную глубину скважины, и дополнительных противовесов, выполненных с возможностью размещения их массы симметрично относительно оси симметрии плоскости непрерывного гибкого звена на основном противовесе, при этом суммарный центр тяжести расположен в непосредственной близости от этой плоскости, а гибкое звено, связывающее противовес с колонной штанг, размещено с образованием четного числа параллельных ветвей, узлы соединения ветвей гибкого звена с противовесом размещены попарно симметрично относительно оси симметрии гибкого звена за пределами его контура, при этом узлы соединения гибкого звена с противовесом и узлом подвески штанг выполнены с обеспечением одинакового натяжения всех ветвей гибкого звена, причем рама выполнена сборной и состоит из основной рамы, снабженной колесами и дополнительным приводом, установленной на основании, имеющем направляющие и упоры, с возможностью принудительного, ограниченного упорами перемещения в горизонтальной плоскости и по конусному углу относительно вертикальной оси и выполненной с возможностью фиксации относительно основания в любых положениях, при этом колеса установлены с возможностью взаимодействия с направляющими, и дополнительной рамы, соединенной с основной рамой с возможностью перемещения в направлении оси симметрии контура непрерывного гибкого звена, проходящей через ведущий и криволинейный направляющий элемент преобразующего механизма, причем соединение выполнено с возможностью фиксации дополнительной рамы относительно основной в любом положении, при этом гибкое звено, связывающее противовес с колонной штанг, выполнено замкнутым.

Недостатками привода являются низкая надежность и недолговечность работы привода из-за перекоса ведущего шкива относительно оси симметрии плоскости непрерывного гибкого звена, возникающего при фиксации дополнительной рамы относительно основной и приводящего к возникновению дополнительных динамических нагрузок на непрерывное гибкое звено и как результат к ускоренному износу и разрыву непрерывного гибкого звена. Кроме того, периодичность контроля не обеспечивает нормального натяжения непрерывного гибкого звена за весь период эксплуатации, продолжительное время привод работает с недопустимым значением натяжения непрерывного гибкого звена, что приводит к работе привода с ударами и дополнительными динамическими нагрузками на непрерывное гибкое звено, что, в свою очередь, оказывает отрицательное влияние на долговечность его работы. Общими недостатками, приведенных аналогов являются:

- труднодоступность узла регулирования натяжения непрерывного гибкого звена в процессе эксплуатации, вызванная высотой места его расположения, особенно при большой длине хода привода;

- низкая надежность и недолговечность работы привода из-за отсутствия системы контроля натяжения непрерывного гибкого звена;

- невозможность прекращения эксплуатации привода с недопустимо ослабленным натяжением непрерывного гибкого звена в период отсутствия контроля, проводящая к возникновению дополнительных динамических и ударных нагрузок на непрерывное гибкое звено, что в конечном счете приводит к снижению надежности и долговечности работы привода;

- высокая зависимость от человеческого фактора, так как некачественные работы по натяжению непрерывного гибкого звена приводят к быстрому выходу из строя установки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение долговечности и надежности работы привода за счет обеспечения постоянного натяжения непрерывного гибкого звена.

Указанная техническая задача решается приводом скважинного штангового насоса, содержащим установленную на основании раму и размещенные на ней двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и криволинейный направляющий элемент, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, который установлен в направляющих и связан через гибкое звено с колонной штанг, при этом рама привода выполнена сборной, состоящей из основной и дополнительной рам, причем основная рама с колесами и дополнительным приводом установлена на основании, имеющем направляющие и упоры, с возможностью принудительного ограниченного упорами перемещения в горизонтальной плоскости и по конусному углу относительно вертикальной оси, также основная рама выполнена с возможностью фиксации относительно основания в любых положениях, а дополнительная рама соединена с основной рамой привода соединением, выполненным с возможностью перемещения в направлении оси симметрии контура непрерывного гибкого звена, проходящей через ведущий и криволинейный направляющий элемент преобразующего механизма, причем соединение выполнено с возможностью фиксации дополнительной рамы относительно основной в любом положении.

Новым является то, что основная и дополнительная рамы подпружинены относительно друг друга, а соединение основной и дополнительной рам выполнено в виде направляющей, размещенной под центром тяжести дополнительной рамы, и установленных по углам дополнительной рамы фиксаторов, причем направляющая выполнена в виде телескопически вставленных друг в друга цилиндров, основание одного из которых соединено с основной рамой, а другого - с дополнительной, причем внутренний цилиндр оснащен продольными выборками в средней части, заполненными шариками, и кожухом, охватывающим направляющую снаружи, при этом каждый фиксатор выполнен в виде замкового механизма и гребенки, соединенных соответственно с основной и дополнительной рамами, причем замковый механизм выполнен в виде корпуса и установленного в нем подпружиненного внутрь одного или нескольких фиксирующих элементов с одним или несколькими зубцами, а гребенка выполнена с возможностью входа и ступенчатой фиксации в замковом механизме.

Новым является то, что каждый фиксирующий элемент оснащен механическим домкратом, опирающимся на корпус и выполненным с возможностью перемещения фиксирующего элемента и сжатия пружины для освобождения гребенки.

На фиг.1 изображен вид сбоку привода скважинного штангового насоса. На фиг.2 - вид сзади привода скважинного штангового насоса. На фиг.3 изображен разрез А-А. На фиг.4 - разрез Б-Б.

Привод скважинного штангового насоса, содержащий установленные на основной раме 1 (фиг.1) корпус 2 с дополнительной рамой 3, на которой установлены двигатель 4, редуктор 5, помещенный в корпус 2 механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное и включающий ведущий шкив 6 и криволинейный направляющий элемент с постоянным радиусом кривизны, то есть ведомый шкив 7, охваченные непрерывным гибким звеном 8 (фиг.2), связанным с кареткой 9, соединенной с противовесом 10. Противовес 10 установлен в направляющих 11 корпуса 2 (фиг.1) с размещением непрерывного гибкого звена 8 (фиг.2) и связан через гибкое звено 12 (фиг.1) с узлом подвески штанг 13. По бокам противовеса 10 (фиг.2) размещены для снижения трения колеса 14, установленные с возможностью взаимодействия с направляющими 11. На основной раме 1 (фиг.1) предусмотрены колеса 15 для перемещения привода. Дополнительная рама 3 с установленными на ней электродвигателем 4, редуктором 5 и ведущим шкивом 6 установлена на направляющие 16 (фиг.2) и фиксаторы 17. Цилиндр 18 (фиг.3) направляющей 16 закреплен на дополнительной раме 3, заполнен шариками 19 и закрыт кожухом 20, цилиндр 21 закреплен на основной раме 1, шарики 19 обеспечивают трение качения между цилиндрами и перемещение дополнительной рамы 3 без заеданий и перекосов. Направляющая 16 может работать и в перевернутом состоянии (на фиг.3 не показано), при этом цилиндр 18 устанавливается на основной раме 1, а цилиндр 21 закрепляется на дополнительной раме 3. На дополнительной раме 3 (фиг.4) установлены гребенки 22, которые при перемещении дополнительной рамы 3 закрепляются в фиксирующих элементах 23, выбирая ослабление натяжения непрерывного гибкого звена. Пружина 24, выполняющая роль демпфера при ходе противовеса 10 (фиг.2) вверх, защищена кожухом 25, при этом пружина 24 может быть установлена в любом месте между основной рамой 1 и дополнительной рамой 3 (не показано). Пружина 26 обеспечивает горизонтальное перемещение фиксирующих элементов 23 в корпусе 27, закрепленном на основной раме 1, а для возвращения фиксирующих элементов в исходное положение предназначен домкрат 28. Фиксатор 17 может работать и в перевернутом состоянии (не показано), при этом гребенка 22 устанавливается на основной раме 1, а фиксирующие элементы 23 в корпусе 27 - на дополнительной раме 3.

Привод скважинного штангового насоса работает следующим образом. Предварительно подготавливают площадку перед скважиной (не показано) для установки привода скважинного штангового насоса, то есть выравнивают и приближают к горизонтальной плоскости. Затем привод скважинного штангового насоса в сборе (фиг.1 и фиг.2) доставляют к скважине и устанавливают таким образом, чтобы ось основания совпадала с осью скважины (не показано). После чего при помощи колес 15 (фиг.1), установленных на основании 1, перемещают привод в горизонтальной плоскости до совпадения оси узла подвески штанг 13 с осью скважины и соединяют узел подвеса штанг с колонной штанг (на фиг. не показана). После завершения установки и регулировки запускают двигатель 4 (фиг.1), передающий вращательное движение через редуктор 5 к ведущему шкиву 6 и через гибкое звено 8 (фиг.2) к ведомому шкиву 7 (фиг.1). К непрерывному гибкому звену 8 (фиг.2) присоединена каретка 9, передающая свое возвратно-поступательное движение противовесу 10, по бокам которого размещены колеса 14, которые взаимодействуют с направляющими 11 корпуса 2 (фиг.1). Противовес через гибкое звено 12 и узел подвески штанг 13 связан с колонной штанг (не показана). Рама 3 с двигателем 4 и редуктором 5, на тихоходном валу которого установлен ведущий шкив 6, установлена на направляющих 16 (фиг.3) и фиксаторах 17. По мере растяжения непрерывного гибкого звена рама 3 свободно перемещается под действием собственного веса вдоль оси симметрии вниз, телескопически вставленные друг в друга цилиндр 18, заполненный шариками 19 и защищенный кожухом 20, и цилиндр 21 обеспечивают перемещение рамы 3 без заеданий и перекосов. Гребенка 22 (фиг.4) закреплена на раме 3 и закрыта кожухом 25. При перемещении рамы 3 гребенка 22 входит в зацепление с фиксирующими элементами 23, установленными в корпусе 27, обеспечивая фиксирование рамы 3 в новом положении и предотвращая ее обратное перемещение при ходе противовеса вверх. Во время ремонтных работ и монтажа непрерывного гибкого звена при помощи домкрата 28 сжимают пружину 26 и выводят гребенку 22 из зацепления с фиксирующими элементами 23. Подъемным механизмом приподнимают раму 3, обеспечивая тем самым необходимое монтажное расстояние.

При натяжении гибкого звена, т.е. при движении рамы 3 вниз пружины 24, установленные между рамами, выполняют роль демпфера, компенсируя нагрузку на гибкое звено перемещающейся с установленными на ней механизмами рамы 3. При этом суммарное максимальное усилие сжатия пружин 24 не должно превышать веса рамы 3 с установленными на ней механизмами.

Таким образом, предлагаемая конструкция привода скважинного штангового насоса позволяет повысить надежность и долговечность работы привода за счет исключения недопустимого значения ослабления натяжения непрерывного гибкого звена при эксплуатации, обеспечивая автоматическое, по мере появления провисания непрерывного гибкого звена, гарантированное его натяжение, и исключая влияние человеческого фактора.