RU2135832C1 - Pumping unit - Google Patents

Abstract

FIELD: oil producing equipment; mechanized oil recovery by means of sucker-rod oil-well pumps. SUBSTANCE: pumping unit is just twin unit with two rotor-type walking beams mounted on common base and interconnected by means of flexible rod; walking beams are loaded through flexible suspensions of wellhead rods by sucker-rod strings of similar mass in two identical oil-producing wells and set in alternating opposite swinging by means of one crank mechanism provided with counterweight for compensating for probable difference in wells. EFFECT: enhanced economical efficiency due to improved balancing of sucker rod strings; reduced usage of metal; reduced power requirements at simultaneous operation of two cluster wells. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтепромыслового оборудования и может быть использовано для механизированной добычи нефти. The invention relates to the field of oilfield equipment and can be used for mechanized oil production.

Известен ряд стандартных станков-качалок для механизированной добычи нефти штанговыми глубинными насосами, конструктивно выполненных с различным балансирным уравновешиванием колонны штанг в скважине противовесами, установленными на конце балансира или на кривошипах, и безбалансирным с помощью канатной связи с кривошипом через шкив (Чичеров Я.Г. Нефтепромысловые машины и механизмы. М.: Недра, 1983, с. 117 и 129). Известен также станок-качалка с роторным балансиром фирмы Лафкин, в которой роторный балансир представляет собой конструктивное совмещение головки от стандартного балансира с полушкивом от безбалансирного станка-качалки (Рекламный проспект фирмы Лафкин Индастриз ИНК. Техас, США, 1995). A number of standard rocking machines are known for mechanized oil production by sucker rod pumps, structurally designed with various balancing balancing of the rod string in the well by counterweights mounted at the end of the balancer or on cranks, and unbalanced by cable connection with the crank through the pulley (Chicherov Y.G. Oilfield Machines and Mechanisms), Moscow: Nedra, 1983, pp. 117 and 129). Also known is a rocking machine with a rotary balancer of the company Lafkin, in which the rotary balancer is a structural combination of the head from a standard balancer with a half-bar from an unbalanced rocking machine (Promotional brochure of the company Lafkin Industries INC. Texas, USA, 1995).

Недостатками балансирных станков-качалок являются неравномерность крутящих моментов на валах кривошипов, обусловленных ускорениями и инерционными силами качающейся в процессе работы колонны штанг. В безбалансирных станках-качалках достигнута несколько лучшая характеристика движения подвески штанг - она ближе к гармоническому колебанию, а следовательно, обеспечивает и меньшие инерционные нагрузки на валы кривошипов. Но в них также не достигается необходимого уравновешивания. Не достигается полного уравновешивания и в комбинированном станке-качалке с роторным балансиром. The disadvantages of balancing rocking machines are the unevenness of the torques on the shafts of the cranks, due to accelerations and inertial forces of the rod string swinging during operation. In unbalanced rocking machines, a slightly better characteristic of the suspension movement of the rods is achieved - it is closer to harmonic oscillation, and therefore provides less inertial loads on the crank shafts. But they also do not achieve the necessary balance. Complete balancing is not achieved in the combined rocking machine with a rotary balancer.

Наиболее близким прототипом является станок-качалка с дополнительной головкой на заднем плече балансира, гибким элементом и противовесом, размещенным в дополнительной (не нефтедобывающей) скважине (выполняющей функцию шурфа или шахты), в редукторе которого вместо кривошипов установлено два барабана с намотанными на них гибкими элементами, один из которых соединен с задним плечом балансира и является приводным, а второй (компенсирующий) соединен со вторым дополнительным противовесом, размещенным во второй дополнительной скважине-шурфе (авт.св. N 1372101, кл. F 04 B 47/02, 1988). The closest prototype is a rocking machine with an additional head on the rear shoulder of the balancer, a flexible element and a counterweight placed in an additional (non-oil producing) well (acting as a pit or shaft), in the gearbox of which instead of cranks there are two drums with flexible elements wound on them , one of which is connected to the rear shoulder of the balancer and is driven, and the second (compensating) is connected to the second additional counterweight, located in the second additional bore-hole (ed. St. N 1372101, class F 04 B 47/02, 1988).

В этом прототипе так же, как и в вышеупомянутых, уравновешивание колонны штанг обеспечивается с помощью многотонного противовеса, а снижение динамических нагрузок на электродвигатель предлагается осуществлять с помощью дополнительного (компенсирующего) противовеса. При этом повышение надежности работы и КПД электродвигателя достигается за счет соответствующего снижения таковых у многократно усложненного редуктора. К тому же, требуются дополнительные затраты на сооружение двух дополнительных скважин - шурфов, которые должны быть герметичными для грунтовых вод и атмосферных осадков. In this prototype, as in the aforementioned ones, the balancing of the rod string is ensured by a multi-ton counterweight, and it is proposed to reduce the dynamic loads on the electric motor using an additional (compensating) counterweight. At the same time, an increase in the reliability of operation and efficiency of the electric motor is achieved due to a corresponding decrease in those of a repeatedly complicated gearbox. In addition, additional costs are required for the construction of two additional wells - pits, which must be airtight for groundwater and precipitation.

Предлагаемое изобретение, устраняя недостатки прототипа, улучшает уравновешивание, уменьшает массы противовесов, снижает динамические нагрузки, повышает КПД и экономичность станка-качалки при одновременной эксплуатации двух кустовых нефтедобывающих скважин. The present invention, eliminating the disadvantages of the prototype, improves balancing, reduces the masses of counterweights, reduces dynamic loads, increases the efficiency and efficiency of the rocking machine while operating two well-producing oil wells.

Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции станка-качалки с роторным балансиром вместо массы противовесов, уравновешивающих колонну штанг в нефтедобывающей скважине, задействована идентичная колонна штанг соседней нефтедобывающей скважины через дополнительные гибкую подвеску и ведомый роторный балансир, соединенный с ведущим балансиром гибкой тягой, а на выходном валу редуктора на кривошипах установлены компенсирующие возможную неидентичность скважин небольшие противовесы. This is achieved by the fact that in the proposed design of the rocking machine with a rotary balancer, instead of the mass of counterweights balancing the rod string in the oil well, an identical rod string of the neighboring oil producing well is used through an additional flexible suspension and the driven rotary balancer connected to the leading balancer by a flexible rod, and on the crankshaft output shaft of the gearbox, small counterweights compensating for the possible non-identity of the wells are installed.

На чертеже показан общий вид станка-качалки, установленного на фундаменте между двумя кустовыми нефтедобывающими скважинами. The drawing shows a General view of the rocking machine installed on the foundation between two cluster oil wells.

Станок-качалка включает основание 1, на котором установлены условно основная 2 и дополнительная подвижная 17 стойки с механизмами перемещения 18 соответственно с ведущим 3 и дополнительным ведомым 16 роторными балансирами с помощью верхних опор 23 с канатными подвесками 4 и 15 и устьевыми штоками 5 и 13 соответственно в условно основной 6 и соседней 14 скважинах, траверсу 7 со спаренными шатунами 8, спаренные кривошипы 9 и компенсирующие противовесы 10, редуктор 11 с электродвигателем 12, гибкую тягу 19 с талрепом 20, прикрепленную своими концами к нижним опорам 21 и 22 обоих балансиров. The rocking machine includes a base 1, on which conditionally the main 2 and additional movable 17 stands with movement mechanisms 18, respectively, with a leading 3 and an additional driven 16 rotary balancers are installed using the upper supports 23 with cable suspensions 4 and 15 and wellhead rods 5 and 13, respectively in conditionally the main 6 and neighboring 14 wells, crosshead 7 with twin connecting rods 8, twin cranks 9 and compensating counterweights 10, gearbox 11 with electric motor 12, flexible rod 19 with turnbuckle 20 attached at its lower ends supports 21 and 22 of both balancers.

По сути предлагаемая конструкция является спаренным станком-качалкой с общим типовым приводом, преобразующим вращательное движение вала редуктора в возвратно-поступательное движение взаимно уравновешенных двух колонн штанг в двух кустовых нефтедобывающих скважинах. In fact, the proposed design is a paired rocking machine with a common type drive that converts the rotational movement of the gearbox shaft into the reciprocating motion of the mutually balanced two rod columns in two cluster oil wells.

Принципиальное отличие предлагаемого станка-качалки от прототипа заключается в том, что в нем за счет практически идеального взаимного уравновешивания достигается гармоническая характеристика колебательного движения точек подвеса обеих колонн штанг. В результате взаимного уравновешивания последних отпадает необходимость в массивных противовесах и в двух дополнительных скважинах-шурфах, за счет чего снижаются металлоемкость конструкции и непроизводительные энергозатраты. Многотонные противовесы заменены на небольшие грузы, компенсирующие лишь возможную разницу усилий на устьевых штоках, обусловленную не всегда одинаковой глубиной скважин, длиной штанг и сил их трения в скважинах. При этом мощности одного простого типового привода с неусложненным редуктором достаточно для одновременной эксплуатации двух нефтедобывающих скважин, что почти в 2 раза повышает экономичность станка-качалки по энергозатратам. The fundamental difference between the proposed rocking machine and the prototype is that in it, due to the almost perfect mutual balancing, a harmonic characteristic of the oscillatory movement of the suspension points of both rod columns is achieved. Mutual balancing of the latter eliminates the need for massive counterweights and two additional pit wells, which reduces the metal consumption of the structure and unproductive energy costs. Multi-ton counterweights are replaced by small weights that compensate only for the possible difference in the forces on the wellheads, which is not always due to the same depth of the wells, the length of the rods, and their friction forces in the wells. At the same time, the power of one simple standard drive with an uncomplicated gearbox is enough for the simultaneous operation of two oil wells, which almost doubles the cost-effectiveness of the pumping unit in terms of energy consumption.

Станок-качалка устанавливается и работает следующим образом. The rocking machine is installed and operates as follows.

При монтаже (см. чертеж) станок-качалку устанавливают основанием 1 на фундамент 24 между выбранными или заранее пробуренными на заданном расстоянии парой кустовых нефтедобывающих скважин 6 и 14, причем ведущий роторный балансир 3 со стойкой 2 располагают против условно основной скважины 6, в качестве которой выбирают скважину с возможно большей глубиной и весом колонны штанг. Последнюю через устьевой шток 5 и канатную подвеску 4 прикрепляют к верхней опоре 23 балансира 3. Затем с помощью механизма перемещения 18 дополнительные стойки 17 с ведомым роторным балансиром 16 устанавливаются против соседней скважины 14, а устьевой шток 13 с подвеской 15 закрепляются к верхней опоре 23 дополнительного ведомого балансира 16. Соединяющая балансиры 3 и 16 гибкая тяга 19 закреплена своими концами к нижним опорам 21 и 22. Необходимая регулировка длины этой тяги осуществляется талрепом 20. During installation (see drawing), the rocking machine is installed with base 1 on the foundation 24 between a pair of cluster oil production wells 6 and 14 previously selected or pre-drilled at a given distance, with the leading rotary balancer 3 with stand 2 being placed against the conditionally main well 6, which choose a well with the greatest possible depth and weight of the rod string. The latter through the wellhead rod 5 and the cable suspension 4 is attached to the upper support 23 of the balancer 3. Then, using the movement mechanism 18, additional racks 17 with the driven rotary balancer 16 are installed against the neighboring well 14, and the wellhead 13 with the suspension 15 are fixed to the upper support 23 of the additional driven balancer 16. Connecting the balancers 3 and 16, a flexible rod 19 is fixed with its ends to the lower supports 21 and 22. The necessary adjustment of the length of this rod is carried out by a turnbuckle 20.

Ведущий балансир 3 через траверсу 7 приводится в движение с помощью шатунов 8 и кривошипов 9, на которых закреплены компенсирующие противовесы 10. Кривошипы 9 в свою очередь приводятся во вращение типовым редуктором 11 с помощью электродвигателя 12. The leading balancer 3 through the beam 7 is driven by connecting rods 8 and cranks 9, on which compensating balances are fixed 10. The cranks 9 are in turn driven by a standard gearbox 11 using an electric motor 12.

Дополнительный балансир 16 является ведомым и приводится в движение ведущим 3 с помощью гибкой тяги 19. При одинаковых балансирах обеспечивается равенство крутящих моментов в точках подвеса штанг, обусловленных их весом. Возможная разница этих весов и неидентичность скважин (разная глубина, наклон ствола, различное трение штанг и т.п.) окончательно уравновешиваются компенсирующими противовесами 10. В результате в процессе работы уравновешенного станка-качалки основная мощность привода затрачивается на поочередный подъем столбов жидкости с помощью плунжеров штанговых скважинных насосов и одновременную закачку поднятой из скважин жидкости в магистральный трубопровод с заданным давлением. An additional balancer 16 is driven and driven by the leading 3 using a flexible rod 19. With the same balancers, equal torques are provided at the points of suspension of the rods, due to their weight. The possible difference of these weights and the non-identity of the wells (different depths, bore inclination, different friction of the rods, etc.) are finally balanced by compensating balances 10. As a result, during the operation of the balanced rocking machine, the main drive power is spent on lifting the fluid columns one by one using plungers sucker rod pumps and the simultaneous injection of liquid raised from the wells into the main pipeline with a given pressure.

Следует отметить, что при капитальном подземном ремонте одной, например, соседней скважины 14, у второй условно основной 6 балансир 3 освобождается в нижней опоре 22 от канатной тяги 19 и станок-качалка переводится в одиночный режим работы с обычным кривошипным уравновешиванием, для чего на кривошипы 9 вместо компенсирующих грузов временно устанавливаются резервные стандартные противовесы 10. Балансир 16 ремонтируемой скважины 14 с помощью механизма перемещения 18 отводится от ее устья. It should be noted that during the overhaul of one, for example, an adjacent well 14, for the second conditionally the main 6, the balancer 3 is released in the lower support 22 from the cable tie 19 and the rocking machine is switched to a single mode of operation with the usual crank balancing, for which the cranks 9 instead of compensating weights, standby standard counterweights are temporarily installed 10. The balancer 16 of the repaired well 14 is discharged from its mouth by means of the displacement mechanism 18.

При ремонте условно основной скважины 6 перед установкой стандартных противовесов 10 кривошипы с шатунами 8 и траверсой 7 демонтируются и симметрично переворачиваются в сторону соседней скважины 14 и задействуются с ее балансиром 16 с помощью траверсы 7. При этом балансир 16 освобождается от тяги 19 в опоре 21, а балансир 3 отводится механизмом перемещения 18. После ремонта скважины снова возвращаются в спаренный режим работы. When conditionally repairing the main well 6, before installing standard counterweights 10, the cranks with connecting rods 8 and the traverse 7 are dismantled and symmetrically turned to the side of the neighboring well 14 and are engaged with its balancer 16 using the traverse 7. In this case, the balancer 16 is released from the rod 19 in the support 21, and the balancer 3 is discharged by the displacement mechanism 18. After the repair, the wells again return to the paired mode of operation.

Наряду с хорошим уравновешиванием, меньшей металлоемкостью и высокой экономичностью другим достоинством предлагаемого спаренного станка-качалки по сравнению с одиночными, применяемыми при технологии кустовой разработки нефтяных месторождений является их компактность, позволяющая удвоить плотность скважин в кусте, что упрощает технологию бурения таких скважин, особенно в труднодоступной, гористой, болотистой и т.п. местности. Along with good balancing, lower metal consumption and high economy, another advantage of the proposed twin rocking machine compared to the single ones used in the technology of cluster development of oil fields is their compactness, which doubles the density of wells in the cluster, which simplifies the technology of drilling such wells, especially in hard-to-reach ones mountainous, marshy, etc. terrain.

Claims (2)

1. Станок-качалка, содержащий основание, стойку, роторный балансир с гибкой подвеской устьевого штока, противовесы и редуктор с электродвигателем и дополнительной скважиной, отличающийся тем, что в нем вместо массы противовесов, уравновешивающих колонну штанг в нефтедобывающей скважине, задействована идентичная колонна штанг соседней нефтедобывающей скважины через дополнительные гибкую подвеску и ведомый роторный балансир, соединенный с ведущим балансиром гибкой тягой. 1. A rocking machine containing a base, a stand, a rotary balancer with a flexible suspension of the wellhead rod, balances and a gearbox with an electric motor and an additional well, characterized in that instead of the mass of counterweights balancing the rod string in the oil producing well, an identical rod string of the adjacent oil wells through additional flexible suspension and driven rotary balancer connected to the leading balancer with flexible traction. 2. Станок-качалка по п. 1, отличающийся тем, что на выходном валу редуктора на кривошипах установлены компенсирующие противовесы. 2. The rocking machine according to claim 1, characterized in that compensating counterweights are installed on the output shaft of the gearbox on the cranks.