Свердловинна штангова насосна установка

Свердловинна штангова насосна установка, що містить штанговий свердловинний насос, з'єднаний колоною насосних штанг з канатом, який перекинуто через блоки, змонтовані на СТІЙЦІ, ЩО розташована на поверхні землі, і зачаленим до тягового барабана, причому колона насосних штанг урівноважена противагою через тяговий барабан, яка відрізняється тим, що тяговий барабан має з одного боку електромеханічний привід, виконаний у вигляді двигуна-редуктора і керованої муфти, а з іншого боку гідравлічний привід виконаний у вигляді мотор-насоса, що сполучений з гідроакумулятором, а противага розташована в середині стійки, яка виконана у вигляді Т-подібної металоконструкції Пропонуємий винахід відноситься до класу робочих машин нафтопромислової галузі і може бути використаний для видобутку вуглеводневої сировини з великої глибини ВІДОМІ конструкції свердловинних штангових насосних установок (СШНУ), до складу котрих входять штангові насоси, які розміщені у свердловині, і електромеханічні приводи, які розташовані на поверхні землі Насос і електропривід з'єднані колоною насосних штанг Електромеханічний привід виконують у вигляді балансирного або безбалансирного верстата-качалки [1] Але ВІДОМІ конструкції СШНУ мають обмежену довжину хода поршневого штока насоса, що обумовлено механізмом перетворення обертового руху в поступальний з допомогою кривошипа Це суттєво погіршує ефективність роботи таких установок, тому що пружна деформація колони насосних штанг довжиною 3000м складає -30% довжини хода робочого органу Відома також конструкція СШНУ, яка має практично необмежену довжину хода робочого органа (гирлового штока) Привід такої установки електрогідравлічний і виконаний у вигляді тягового барабана, котрий з'єднаний з однієї сторони канатом з гирловим штоком, а з іншої сторони канатом з противагою [2] Але відома конструкція СШНУ, яка взята нами за прототип, має також суттєві недоліки - неможливість регулювати величину противаги в процесі роботи, - відсутність зворотного зв'язку між навантаженням на гирловий шток і параметрами руху ро бочого органа, - низький рівень автоматизації, - електродвигун працює як на робочому, так і на холостому ході колони насосних штанг, -трудність втілення програмного керування і т Д Це значно погіршує ефективність роботи такої установки Пропонуємо технічне рішення на СШНУ передбачає усунення перелічених суттєвих недоліків існуючої конструкції В основу пропонуємого винаходу поставлена задача - автоматично регулювати величину противаги в залежності від навантаження на гирловий шток, - здійснити зворотній зв'язок між навантаженням на гирловий шток і параметрами руху робочого органу, - зменшити витрати електричної енергії, - пристосувати механізми установки до втілення програмного керування, - зробити установку більш компактною Поставлена задача вирішується тим, що тяговий барабан має з однієї сторони електромеханічний привід, виконаний у вигляді двигуна-редуктора і керованої муфти, а з іншої сторони гідравлічний привід, виконаний у вигляді мотор-насоса, що сполучений з гідроакумулятором, а противага розташована в середині стійки, яка виконана у вигляді Т-подібноІ металоконструкції СПІЛЬНІ ознаки з прототипом До складу установки входить штанговий свердловинний насос з'єднаний колоною насосних штанг з канатом, кот ГО ^00 ю 59843 рий перекинуто через блоки, які змонтовані на СТІЙЦІ, що розташована на поверхні землі, і зачалений до тягового барабана, при чому, колона насосних штанг урівноважена противагою через тяговий барабан Суть пропонуємого винаходу представлена схематичними кресленнями фіг 1 - головний вид СШНУ, фіг 2 - вид за стрілкою А на фіг 1 (вид на тяговий барабан і привід) Привід свердловинної штангової установки 4 змонтований на рамі 1, котра розташована на поверхні землі, а штанговий насос 9 розміщений у свердловині 3 на останній ланці насоснокомпресорних труб 10 На рамі 1 встановлена Тподібна стійка 2, на якій змонтовані блоки 4 і 5 Через блоки перекинуто канат 6, зачалений до тягового барабана 7 3 однієї сторони канат 6 прикріплений до колони насосних штанг 8, які зв'язані зі штоком штангового насоса 9, а з іншої сторони до противаги 11, котра розташована в середині стійки 2 Таким чином колона насосних штанг 8 урівноважена противагою 11 Тяговий барабан 7 має з однієї сторони електромеханічний привід, складений із електродвигуна 12 і редуктора 13 і приєднаний до барабана 7 з допомогою керованої муфти 14 3 протилежної сторони тяговий барабан 7 має гідравлічний привід - мотор-насос 15, котрий приєднаний до барабана 7 з допомогою муфти 16 Мотор-насос 15 має всмоктувально-зливний трубопровід 17 і напірно-зливний трубопровід 18 Трубопровід 17 сполучений з гідравлічним баком 19 На ньому встановлений гідророзподілювач 20 Трубопровід 18 сполучений з гідроакумулятором 21 На ньому встановлений дросель 22 і зворотний клапан 23 Гідроакумулятор 21 має реле тиску 24, а керована муфта 14 - лічильник оборотів 25 Працює установка наступним чином При ході колони насосних штанг 8 вгору штанговий насос 9, розташований у свердловині 3, витісняє пластову рідину через насосно-компресорні труби 10 на поверхню землі, а при ході колони 8 вниз насос 9 всмоктує в свою порожнину пластову рідину Зворотно-поступальний рух колоні насосних штанг 8 повідомляє тяговий барабан 7 з допомогою зачаленого каната 6, перекинутого через блоки 4 При цьому колона 8 урівноважується противагою 11, котра розміщена в середині стійки 2 і прикріплена до каната 6, перекинутого через блок 5 За стрілкою РХ тяговий барабан 7 здійснює робочий хід і тягне колону 8 вгору, а за стрілкою XX - холостий хід, при якому колона 8, опускаючись вниз, крутить барабан 7 Робочий хід барабан 7 одержує від електродвигуна 12 через редуктор 13 і керовану муфту 14 При цьому лічильник 25 рахує оберти тягового барабана 7, тобто величину робочого ходу колони насосних штанг 8 По завершенні робочого ходу лічильник 25 подає сигнал в систему керування установкою на розмикання керованої муфти 14 і відключення електродвигуна 12 При виконанні робочого ходу гідравлічний привід 15 приєднаний до тягового барабана 7 через муфту 16 працює як мотор Стиснута рідина із гідроакумулятора 21 через трубопровід 18 і зворотний клапан 23 поступає на ротор приводу 15, котрий, провертаючись, допомагає електромеханічному приводу здійснювати робочий хід Після цього відпрацьована рідина по трубопроводу 17 через гідророзподілювач 20 зливається в пдробак 19 Холостий хід тягового барабана 7 здійснює колона насосних штанг 8, коли вона під дією власної ваги опускається вниз При цьому штанговий насос 9 всмоктує в свою порожнину пластову рідину, електромеханічний привід 12-13 не працює, а сам тяговий барабан 7 приводиться в обертовий рух з допомогою каната 6, прикріпленого до колони 8 Барабан 7, провертаючи ротор гідравлічного привода 15, заставляє мотор 15 працювати в режимі насоса Насос 15 всмоктує робочу рідину з пдробака 19 через розподілювач 20 і трубопровід 17 і подає її по трубопроводу 18 в гідроакумулятор 21 через дросель 22, котрий стабілізує швидкість опускання колони насосних штанг 8 вниз Таким чином насос 15 перетворює надлишкову енергію колони насосних штанг 8, що рухаються під власною вагою вниз, в енергію робочої рідини, котра стискається в гідроакумуляторі 21, і забезпечує при цьому, шляхом дроселювання, рівномірну і необхідну швидкість опускання колони 8, тобто швидкість холостого ходу поршня штангового насоса 9 Після завершення холостого ходу починається робочий хід штангового насоса 9 і цикл повторюється так, як описано вище Реле тиску 24, яке встановлено на гідроакумуляторі 21, дає можливість вимірювати величину надлишкової енергії колони насосних штанг 8, тобто величину холостого навантаження 3 урахуванням маси противаги і величини струму для живлення електродвигуна 12 це дозволяє системі керування вимірювати і величину робочого навантаження Якщо брати до уваги і лічильник 25, котрий вимірює величину хода колони насосних штанг 8, а також наявність регулюємого дроселя 22 для стабілізації швидкості колони 8, то все це дає можливість здійснювати програмне керування установкою і змінювати параметри руху робочого органа в залежності від навантаження при ПОСТІЙНІЙ потужності джерела механічного руху Гідророзподілювач 20 має дві позиції, одна із яких використовується для фіксування ротора гідравлічного привода 15, тобто для фіксування кутового положення тягового барабана 7 і як наслідок положення колони насосних штанг 8 Відомо, ЩО ТОЧНО встановити величину противаги 11 для конкретної насосної установки по видобутку вуглеводневої сировини практично неможливо Електропдромеханічний привід тягового барабана 7 дає можливість автоматично регулювати величину противаги за рахунок накопичення надлишкової енергії холостого ходу в гідроакумуляторі 21 Використання тягового барабана із електропдромеханічним приводом дозволяє також значно збільшити величину хода колони насосних штанг, що, сумісно з можливістю автоматичного регулювання величини противаги, суттєво розширює технологічні можливості установки 59843 До того ж наявність простих і надійних датчиків первісної інформації про положення тягового барабана і величину противаги дає можливість контролювати технологічні параметри - параметри руху робочого органу при ПОСТІЙНІЙ потужності електродвигуна і впровадити систему програмного керування насосною установкою Електромеханічний привід працює тільки при робочому ході штангового насоса, що дає можливість економити електричну енергію До того ж зупинки колони насосних штанг в КІНЦІ робочого і холостого ходів на декілька десятих секунди практично не впливають на продуктивність установки, але значно зменшують динамічні навантаження на всі вузли За рахунок розташування противаги в середині Т-подібної стійки установка є досить компактною Достатньо велика величина ходу робочого органу (практично не обмежується) дає можливість суттєво зменшити негативний вплив пружної деформації на реальний робочий хід штока штангового насоса Установка має високу ступінь уніфікації, тому, що складається, в основному (за виключенням металоконструкції), із серійно виготовляємих машинобудівною промисловістю вузлів Це дає можливість швидко налагодити виробництво подібних установок і оперативно впровадити їх в експлуатацію На основі пропонуємого технічного рішення можна легко побудувати гамму СШНУ з різними зусиллями на робочому органі і з різними величинами робочого хода колони насосних штанг Установка проста в експлуатації і технічному обслуговуванні Викладене засвідчує про те, що пропонуєма конструкція свердловинної штангової насосної установки є технічно більш досконалою і економічно більш вигідною, ніж існуючі технічні рішення Використана література 1 Нефтепромысловое оборудование Справочник/под ред ЕЙ Бухаленко - М Недра, 1990 559с (рис 21) 2 Молчанов А Г , Чичеров В Л Нефтепромысловые машины и механизмы - М Недра, 1983 308с (рис 1 37) Вид А нарис 1 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна