RU2626900C1 - Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено для использования в приводах скважинных штанговых насосов, в технике добычи нефти. Привод содержит устьевые штоки, гидроцилиндр с поплавком, снабженным тороидальной полостью в нижней части, управляющее устройство, связанное с концевыми выключателями в мертвых точках положений поплавка и управляемым вентилем. Силовой блок включает центробежный вентилятор с электродвигателем. Управляемый вентиль снабжен фланцами, одни из которых связаны с воздушными полостями гидроцилиндра под верхним днищем цилиндра и под перегородкой поплавка, образующими замкнутый контур, а другие с входом и выходом центробежного вентилятора. Объем замкнутой герметичной тороидальной полости поплавка достаточен для достижения выталкивающей силы, уравновешивающей массу колонн штанг скважины, поплавка и половины поднимаемой массы нефтяного столба. Обеспечивается высокий ресурс без трения поршней, жидких масел, вентилятор с малыми оборотами. Уменьшается масса привода. Упрощается конструкция. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение предназначено для использования в приводах скважинных штанговых насосов, например в технике добычи нефти и воды.

Известен привод скважинных штанговых насосов (патент РФ №2308614, МПК F04B 47/02, опубл. 20.10.2007), содержащий механизм возвратно-поступательного движения с вращающимся балансиром, приводимый в действие электродвигателем через редуктор - станок качалка. Привод обладает хорошим КПД, в самых опасных для прочности подвески штанг крайних положениях штангового насоса влияние инерционности вращающего балансира и массы штанг мало из-за синусоидального закона скоростей движения штанг насоса. Однако синусоидальный закон поршня штангового погружного насоса, повышает его трение и ухудшает заполнение нефтью объема погружного насоса. Привод загружает электродвигатель только на рабочем ходе, что переразмеривает, удорожает и снижает его КПД. Кроме того, на больших глубинах залежей сильно возрастает массивность противовесов станков-качалок. Работа привода на несколько скважин затруднена.

Известен безбалансирный привод скважинного штангового насоса (авт.св. №1513194, МПК F04B 47/02, опубл. 07.10.1989), содержащий линейный механизм возвратно-поступательного движения штока скважины, редуктор с дополнительными венцами зубчатых колес и электродвигатель. Привод компактен и обладает хорошим КПД. Недостатком являются высокая стоимость редуктора, малые передаваемые усилия из-за того, что скорости линейного механизма и устьевого штока одинаковы. Наличие утечек газа в сложной газовой системе разгрузки массы штанг из-за больших перепадов давления на разгрузочном поршне. Работа привода на несколько скважин невозможна.

Известен гидропривод глубинного штангового насоса, содержащий приводные цилиндры, содержащие на штоковые и бесштоковые полости, плунжер связан через шток с колонной штанг, а штоковая полость сообщена с гидравлической системой, имеющей силовые насосы и гидродвигатель, управляемые гидрораспределители, управляемые вентили, устройство компенсации утечек и пневмогидроемкости (патент РФ №120153, МПК F04B 47/04, опубл. 10.09.2012). К причинам, препятствующим достижению технического результата при использовании известного устройства, относится то, что гидравлическая система обеспечения почти синусоидального закона скоростей штангового насоса очень сложна, требует обслуживания бригадой завода изготовителя, напорность турбоагрегатов, намного превышающая полезный напор жидкости в рабочем гидроцилиндре уменьшает КПД привода. Большие утечки масла.

Известен компактный привод скважинных штанговых насосов, содержащий приводные цилиндры, содержащие штоковые и бесштоковые полости, плунжер связан через шток с колонной штанг, а штоковая полость сообщена с гидравлической системой, имеющей силовой насос, управляемый гидрораспределитель, управляемые вентили, устройство компенсации утечек и доуравнивающее устройство в виде пневмгидроаккумулятора, гидравлическая и газовая полости которого сообщены через управляющий гидроцилиндр с полостями приводного цилиндра (патент РФ №2196250, МПК F04B 47/04, опубл. 10.01.2003). К причинам, препятствующим достижению технического результата при использовании известного устройства, относится сложность изготовления приводного и управляющего цилиндра, технические проблемы в обеспечении герметичности насоса, приводного, управляющего цилиндров и обеспечении приемлемого уровня КПД привода. Большое число типа размеров гидравлических приводов обусловлено жесткой связью (равенством ходов) погружного насоса и поршня привода. Не используется то обстоятельство, что поршень привода имеет малую массу и не боится увеличения инерционных сил из-за роста скоростей его поршня. Привод загружает электродвигатель только на рабочем ходе, что ведет к снижению его КПД и переразмериванию электродвигателя. Сложная масляная система.

Наиболее близким устройством, того же назначения к заявленному объекту, является привод скважинных штанговых насосов, содержащий гидроцилиндр с газоводом во внутренние полости и поплавком, управляющее устройство, концевые выключатели, предохранительные устройства, управляемые вентили, силовой блок с электродвигателем для вентилятора и ролики гибкой связи поплавка с скважинами. Данное устройство принято за прототип предлагаемого изобретения (патент РФ №2196923, МПК F04B 47/04, опубл. 28.01.2003). К преимуществам относятся:

Использование в гидроцилиндре поплавка вместо поршня или плунжера исключает применение высокоточного оборудования при изготовлении.

Использование выталкивающей силы, действующей на погруженный поплавок в рабочую жидкость в корпусе гидроцилиндра, позволяет по сравнению с гидравлическими приводами более просто уравновесить массы колонны штанг и поплавка.

Использование малооборотного центробежного вентилятора в качестве источника сжатого воздуха с малым уровнем избыточного давления, подводимого в воздушную полость гидроцилиндра, снижает стоимость энергетического оборудования, способствует уменьшению утечек воздуха из гидроцилиндра и ведет к увеличению ресурса.

К причинам, препятствующим достижению технического результата при использовании известного устройства, относится то, что имеются технические проблемы в обеспечении высокого КПД и перегрузок на концах отрезков рабочих ходов. Требуется большое количество типа - размеров данных приводов, так как не используется устройство для более гибкого приспособления одного гидроцилиндра для глубоких и не глубоких скважин. Не используется возможность объединения наиболее дорогой составляющей приводов, а именно энергетического оборудования.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в объединении и упрощении энергетических устройств, повышении усилий на штоке скважин.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение заключается в упрощения энергетических устройств приводов скважин, увеличения их ресурсов работы и улучшения эксплуатационных характеристик, также снижение себестоимости работ.

Технический результат достигается тем, что в турбовоздушном приводе скважинного штангового насоса, содержащем расположенные вертикально над устьем скважины устьевые штоки, гидроцилиндр с поплавком, снабженным торидальной полостью в нижней части, управляющее устройство, связанное с концевыми переключателями в мертвых точках положений поплавка и управляемым вентилем, силовой блок, включающий центробежный вентилятор с электродвигателем, корпус гидроцилиндра снабжен верхним днищем и нижним днищем, к которому присоединен газовод, перегородка поплавка соединена посредством гибкой связи с подвеской устьевого штока, для уплотнения гибкой связи в нижней части газовода размещен сальник, новым является то, что управляемый вентиль снабжен фланцами, одни из которых связаны с воздушными полостями гидроцилиндра под верхним днищем цилиндра и под перегородкой поплавка, образующими замкнутый контур, а другие с входом и выходом центробежного вентилятора, объем замкнутой герметичной тороидальной полости поплавка достаточен для достижения выталкивающей силы, уравновешивающей массу колонн штанг скважины, поплавка и половины поднимаемой массы нефтяного столба.

Поплавки гидроцилиндров взаимодействуют с упругими элементами центровки и амортизации ходов в мертвых точках через телескопическую трубу, закрепленную сверху на упругом элементе и снизу на верхнем днище поплавка.

Введен, по меньшей мере, один унифицированный гидроцилиндр, все гидроцилиндры снабжены верхними роликами, верхний ролик связан гибкой связью с нижним роликом и верхним днищем поплавка предыдущего гидроцилиндра, а нижний ролик последнего гидроцилиндра связан гибкой связью с перегородкой последнего и цепной передачей со сменными звездочками с концевым роликом, связанным тросовым роликом устьевого штока скважины, на каждый гидроцилиндр два управляемых вентиля, каждый с тремя фланцами, один для связи с образующими замкнутый контур воздушными полостями гидроцилиндра под верхним днищем гидроцилиндра или под перегородкой поплавка и два с входом и выходом объединенного вентилятора.

Тросовые ролики нескольких скважин установлены на стойках и связаны контактными роликами сверху с вращающимся наклонным диском примерно равномерно по его периферийной профилированной поверхности, два ортоганальных по фазе гидроцилиндра, взаимодействуют при помощи толкателей с четырьмя нижними и верхними контактными роликами, а гидроцилиндр разгрузки через поплавок закреплен с вращающимся узлом крепления и регулирования угла наклонного диска на неподвижной вертикальной оси, закрепленной на ферме стоек, наклонный диск центрируется сверху по передвижной втулки неподвижной оси, закрепленной на ферме, а снизу по отверстию круглой пластины крышки цилиндра разгрузки, закрепленной на поплавке цилиндра разгрузки.

Для нескольких скважин с линиями низкого и повышенного давления центробежного вентилятора соединены параллельно через управляемые вентили и дроссели рабочие полости всех гидроцилиндров, электронное управляющее устройство равномерности фаз включения в работу скважин связано с электротормозом верхних роликов каждого гидроцилиндра

На фиг. 1 приведена схема привода скважинного штангового насоса. Привод скважинного штангового насоса содержит гидроцилиндр 1, установленный рядом с устьем скважины. Гидроцилиндра снабжен верхним днищем 2 и нижним днищем 3, к которому присоединен газовод 4. Внутри гидроцилиндра установлен поплавок 5. Нижняя часть поплавка выполнена в виде тороидальной полости 6, у которого внутренняя поверхность 7 выполнена в виде конусов с двух сторон и цилиндрической поверхности. В верхней части поплавка под верхним днищем 7 расположена перегородка 8. Объем тороидальной полости может быть определен в первом приближении из условия достижения выталкивающей силы на поплавке, уравновешивающей совокупную массу - поплавка, массу колон штанг и поднимаемого нефтяного столба скважины. Внутрь гидроцилиндра залита жидкость 9 (антифриз, вода или другая с повышенным удельным весом). Ее объема достаточно для подъема поплавка на заданную длину хода устьевого штока 10 и подъема жидкости в зазоре. Для уплотнения гибкой связи, закрепленной на перегородке 8, в нижней части газохода 5 размещена уплотнительная втулка 11. На наружной оболочке гидроцилиндра установлены концевые переключатели 12 и 13, связанные с управляющим устройством 14. Привод скважинного штангового насоса снабжен также управляемым вентилем 15, силовым блоком центробежного вентилятора 16 с электродвигателем 17. Управляемый вентиль с четырьмя фланцами соединен с газоводом 4 и верхним днищем гидроцилиндра 1, оставшиеся две связи управляемого вентиля взаимодействуют с входом и выходом центробежного вентилятора 16. Рабочие полости поплавка и гидроцилиндра обозначим А и Б. Привод центрируется сверху упругим элементом (рессорой или пружиной) 23 и телескопической трубой 24, закрепленной сверху на упругом элементе и снизу на верхнем днище поплавка 7 или перегородке 8. Силовой блок 25, например, может быть расположен над скважиной 26 и является опорой одиночного гидроцилиндра 1, установленного на дне моря. Давление воздушной подушки полости В, равное давлению на дне моря, устанавливается автоматически с помощью дренажной трубки 31.

На фиг. 2 приведена схема подключения нескольких последовательно расположенных одинаковых гидроцилиндров привода скважинного штангового насоса к двум скважинам. Каждый гидроцилиндр 1а снабжен парой управляемых вентилей, верхним 18 и нижним 19 роликами, которые соединяют гибкими связями снизу на вверх поплавки смежных гидроцилиндров. Нижний ролик последнего гидроцилиндра 1а посредством цепной передачи связан с концевым роликом 20. На осях этих роликов установлены сменные звездочки 21 и 22, которые регулируют передаточные отношения. Концевые ролики при помощи троса соединены с роликами устьевых штоков скважин. Тороидальные части приводов скважин объединены в гидроцилиндр 1в, содержат сменные объемы для подстройки к конкретным скважинам и вынесены в отдельный гидроцилиндр, что может быть также использовано при продолжении работы одной скважины при ремонте на другой. В остановленном состоянии одной из скважин модульная тороидальный объем (плавучесть) корректируется в сторону увеличения, а к тросу остановленной скважины в удобном месте прикрепляется небольшой груз. Электродвигатель, центробежный вентилятор и вся автоматика обслуживания рабочих циклов гидроцилиндров 1а объединены.

На фиг. 3 приведена схема полу объединенного привода скважинных штанговых насосов. Линии низкого 27 и повышенного давления 28 центробежного вентилятора 16 взаимодействуют с полостями А, Б всех гидроцилиндров 1 через управляемые вентили 15. Для выравнивания времен рабочих циклов гидроцилиндров за управляющими клапанами установлены дросселя 29. Верхние ролики гидроцилиндров 1 могут быть снабжены электротормозами (не показаны на фиг. 1) для фиксации верхних положений поплавков гидроцилиндров и для организации равномерного смещения по фазам циклов работы гидроцилиндров относительно начала цикла первого гидроцилиндра.

На фиг. 4 приведена схема объединенного привода скважинных штанговых насосов, а на фиг. 5 приведен вид сверху на объединенный привод скважинных штанговых насосов. Штоки 30 четного n скважин через тросовые ролики 31, подвижные штоки n стоек 32 фермы, распределенных равномерно по окружности, взаимодействуют контактными роликами 33 с периферийной (иногда профилированной) поверхностью наклонного диска 34 с верхней его стороны. Двое из упомянутых штоков, расположенных перпендикулярно друг другу (или близко к этому), соединены с двумя гидроцилиндрами 1, взаимодействующими с наклонным диском 34 с отставанием по фазе на 90°, через толкатели 35 и контактные ролики 33 нижней и верхней поверхностями наклонного диска. Штоки нечетного n скважин через тросовые ролики 31, подвижные штоки стоик 32 n стоек фермы могут быть распределены возможно ближе к равномерному распределению по окружности с использованием имеющихся в наличие стоек. Наклонный диск закреплен 34 шарнирно на сферическом корпусе 36 подшипников 37, опирающимся на подвижную втулку 38 вертикальной неподвижной оси 39, которая в свою очередь крепится сверху к ферме 40 и снизу центрируется круглой пластиной 41 по крышке гидроцилиндра разгрузки 42, скрепленной снизу с поплавков гидроцилиндра разгрузки 43. Двойные тросовые ролики 44 трансформируют ход наклонного диска 34.

Привод скважинного штангового насоса, приведенный на фиг. 1, работает следующим образом. Перед запуском в работу гидроцилиндры заполняют рабочей жидкостью до определенного уровня, обеспечивая ход поплавка и достижение заданной выталкивающей силы на поплавке. Производят установку концевых переключателей 12 и 13 в положениях, соответствующих нахождению поплавка в верхней и нижней мертвых точках, расстояние между которыми соответствует заданной длине хода устьевого штока. При положении поплавка в нижней мертвой точке происходит срабатывание концевого переключателя 13 и через управляющее устройство 14 формируется сигнал на управляемый вентиль 15. Сжатый воздух, подводимый от центробежного вентилятора 16, приводимого электродвигателем 17 через управляемый вентиль, трубопроводы, газовод 4 поступает в полость А, образованную уровнем рабочей жидкости и перегородкой поплавка, вытесняет рабочую жидкость из поплавка в зазор на заданную высоту, обеспечивая его подъем и колонны штанг штангового насоса. При этом на номинальных оборотах центробежного вентилятора высота столба рабочей жидкости в зазоре равна напору (степени повышения давления центробежного вентилятора, определяемой постоянным усилием на устьевом штоке) и остается постоянной в течение всего хода поплавка. Переменное в небольших пределах давление в полости А приведет к появлению узкой рабочей зоны на характеристике центробежного вентилятора напор-расход на номинальных оборотах. До достижения мертвой точки отключают от питания электродвигатель и поплавок некоторое расстояние двигается по инерции. Затем вступает в работу упругий элемент и включается в работу электродвигатель. По достижению нулевой скорости поплавка срабатывает концевой выключатель 12, перекладываются управляемый вентиль 15 и поплавок разгоняется до номинальной скорости. Так как объем полости В на данном отрезке времени полуцикла небольшой, то к началу движения в обратном направлении происходит быстрое заполнение данного объема до давления

(

- максимальная степень повышения давления центробежного вентилятора на номинальных оборотах, а Р_Б - давление в полости Б в конце данного полуцикла). В начале движения поплавка вниз на его перегородке (верхнем днище) устанавливается отрицательный перепад давления, уравновешивая часть тороидальной полости поплавка, соответствующей половине массы поднимаемого нефтяного столба скважины и потерям при движении штангового насоса с заданной скоростью. При этом освобождается некоторая масса колонн штанг, достаточная для движения вниз под действием сил гравитации. После срабатывания концевого выключателя 12 и последующего движения наверх напор центробежного вентилятора удваивается за счет вышеупомянутой части тороидальной полости.

Номинальная степень повышения давления центробежного вентилятора соответствует половине высоты поднимаемого нефтяного столба скважины плюс затраты энергии (гидравлические потери) на перемещение колон штанг с заданной скоростью (по большей части это потери на клапане плунжера). Конфигурация внутренней поверхности тороидальной части поплавка обеспечивает протекание жидкости при движениях поплавка вверх (вниз) практически без потерь давления. Влияние температуры окружающей среды регулируется автоматически: рабочая жидкость расширяется и немного изменяет высоту подъема жидкости в зазоре. При этом повышается давление воздуха в замкнутом контуре, уменьшая степень повышения давления вентилятора. Подборка поплавков для конкретной скважины может осуществляется дифференциальным грузом поплавка (например, в объеме его верхнего днища), объема тороидальной полости (изменением длины цилиндрической части полости 6) поплавка или изменением среднего давления замкнутого контура привода. По сравнению с механической качалкой характер работы вентилятора близкий к равномерному в течение полного цикла подъема и опускания колонн штанг. При выбранной максимальной величине напора вентилятора обеспечивается двойное повышение усилия на штоке скважины. Если на механической качалке повышение ходов штоков при больших усилиях на штоках скважин напрягают выходной вал редуктора, то в данном случае все одинаково, а движение без трения и дополнительной массы позволяет увеличивать скорость движения поплавка. Как показано дальше, при применении тросовых роликов дополнительное увеличение данного усилия в разы может быть достигнуто подборкой сменных звездочек цепной передачи (концевого и нижнего роликов) гидроцилиндра 1. Время торможения с упругим элементом 23 с работающим вентилятором соответствует выбранной величине перегрузки от инерционных сил, при этом время последующего разгона может уменьшиться до величины времени торможения. При приближении поплавком верхней мертвой точки происходит отключение электродвигателя от сети, затем электродвигатель опять включается одновременно с вступлением в работу упругого элемента. При нулевой скорости поплавка срабатывает концевой переключатель 13 (может включать в себя несколько датчиков и электронное устройство определения точки нулевой скорости) и через управляющее устройство формируется сигнал на управляемый вентиль 15 для подачи сжатого воздуха в полость Б, в результате чего, колонна штанг под действием неуравновешенной массы колонны штанг и поплавка перемешается вниз. По сравнению с прототипом КПД термодинамического цикла увеличивается за счет ликвидации дросселирования сжатого воздуха в атмосферу, кроме того предотвращается унос жидкости в атмосферу.

Устройство, приведенное на фиг. 2, работает на две скважины следующим образом. Дополнительные гидроцилиндры 1а работают аналогично последнему гидроцилиндру, обеспечивая кратное увеличение усилия на устьевом штоке скважины. Рабочие процессы в последнем цилиндре 1а описаны в работе привода, приведенного на фиг. 1. Центробежный вентилятор подает суммарный поток воздуха одновременно на управляемые управляющим устройством 14 управляемые вентили 15 всех гидроцилиндров 1а. Объем тороидальной части поплавка соответствует разности масс штанг скважин плюс половина разности нефтяных столбов скважин, а напор центробежного вентилятора соответствует массе осредненного нефтяного столба скважин, данные суммы делятся на число гидроцилиндров в приводе.

Пример расчета параметров гидропривода на одну скважину.

Исходные данные:

Напор вентилятора H=1 м, Ход поплавка L=3 м, Отношение масс штанг и поднимаемого нефтяного столба - 1,5. Диаметр гидроцилиндра Ф=0,8 м. Удельный вес жидкости - 1 кГ/см³. Скорость поплавка с двумя параллельно включенными ступенями центробежного вентилятора - 1,2 м/с, обеспечивается одним из ряда центробежных вентиляторов, кратных по производительности исходному.

Результаты расчета.

Длина тороидальной части поплавка (L_т): к(H+1,5 H); где к - коэффициент, учитывающий конфигурацию тороидальной части поплавка. L_т=1,15(1 м+1,5 2 м)=4,5 м. Длина гидроцилиндра L=2L+H+L_т=2 3 м+1 м+4,5 м=11,5 м. Усилие одного гидроцилиндра F=2π(Ф/2)² 0,1 кГ/см²=2,5 т. Длина гидроцилиндров), приведенных на фиг. 2 L=8 м (без тороидальной части).

Усилия на устьевом штоке любой скважины, расположенные между указанными в таблице обеспечиваются снижением начального давления в замкнутом контуре АБ. Скорость устьевого штока (поплавка) может обеспечивается расходом центробежного вентилятора (из параметрического ряда центробежных вентиляторов), равным по величине сумме ступеней из таблицы. При замене рабочей жидкости (например, воды на антифриз с удельным весом 1,25 кГ/см³) усилия на штоке возрастут в 1,25 раза (до 28 т).

Таким образом, имея небольшое количество одинаковых и простых по конструкции приводов можно обеспечить работу двух или одной любой конкретной скважины. Центробежный вентилятор проще трех вального редуктора, не связан напрямую с поплавками и электрическому приводу не требуется увеличение крутящего момента (электродвигатели станков-качалок имеют максимальный крутящий момент, в значительно превышающий номинальное значение) и который загружается равномерно в течение всего периода поднятия и опускания устьевого штока.

Устройство, приведенное на фиг. 3 работает следующим образом. Параметры гидроцилиндров и центробежного вентилятора выбираются как было описано в работе скважин фиг. 1, 2. Воздух от центробежного вентилятора направляется в рабочие полости гидроцилиндров 1, при этом управляющее устройство при помощи электротормозов концевых роликов гидроцилиндров путем задержки поплавков в нижних мертвых точках устанавливает одинаковый сдвиг по фазе относительно друг друга циклов работы полостей всех гидроцилиндров относительно первого. По сравнению с одиночным приводом КПД центробежного компрессора повышается, так как его рабочая область находится в вблизи точки максимального КПД и вдали от точке нулевого расхода.. Подгонка конкретных напоров приводов путем обеспечения равенства времен двойных ходов поплавков гидроцилиндров производится дросселями, регулируемыми как и управляющих клапана электронным блоком 14. Возможность продолжения работы при остановки одной или двух скважин для ремонта достигается корректированием давлений в замкнутых контурах скважин или установкой нового передаточного отношения на концевые тросовые ролики.

Устройство, приведенное на фиг. 4, 5 работает следующим образом. В поплавковые балансиры заливается рабочая жидкость и появляется столб жидкости (Ншт в м), уравновешивающий веса всех штанг скважин в центре допустимого вертикального люфта на неподвижной оси. Во время работы гидроцилиндра рабочая жидкость может выдавливается в упомянутый зазор для обеспечения свободной подвески при небольшом ходе поплавка. Устанавливается ход штоков скважин поворотом наклонного диска 34 в вертикальной плоскости. Запускается центробежный вентилятор 16 включением электродвигателя 17, воздух (рабочий газ) начинает циркулировать по контуру перепуска воздуха на вход центробежного вентилятора, пока не установится номинальный перепад давления. Затем открываются краны двигателей и закрывается контур перепуска воздуха, поджатый центробежным вентилятором воздух подается в рабочие полости гидроцилиндров 1, которые с помощью наклонного диска 34 выходят на рабочий режим движения. Работа гидроцилиндров аналогична выше изложенным на фиг. 1. При этом наклонный диск 34 обеспечивает синхронное движение штоков всех скважин привода с равномерным или почти равномерным отставанием по фазе. После выбора конкретного центробежного вентилятора (расхода рабочего газа и постоянного напора центробежного вентилятора (например, Н=1 м) подгонка ходов штанг скважин (погружных насосов скважин) может производится грубо изменением передаточных отношений двойных тросовых роликов 44 и точно поворотом в вертикальной плоскости наклонного диска 34. Величина усилия грубо регулируется выбором расхода центробежного вентилятора (из параметрического ряда центробежных вентиляторов) и точно изменением среднего давления в контуре гидроцилиндра. Скорость каждого штока описывает синусоидальную кривую, причем легко получить варьируемое изменение скорости от нуля до максимума с помощью профилирования периферийной контактной поверхности (двойное превышение в максимуме ее осредненной скорости обеспечивается без профилирования). При этом расход центробежного вентилятора на два гидроцилиндра почти не будет изменяться при прокрутки наклонного диска, что сможет обеспечить работу центробежного вентилятора в узкой зоне работы в окрестности оптимальной точки его характеристики и обеспечит без стартерный запуск привода. Отличие в фазах работы поплавковых двигателей и всех штоков при нечетных значениях числа n обеспечивается массой наклонного диска (аналогия с двигателями внутреннего сгорания). Таким образом, решается основная проблема гидравлических поршневых приводов - сложное и не эффективное снижение скорости до нуля штоков одиночных скважин при проходе мертвых точек. При кратковременном ремонте одной из скважин регулируется сливом рабочей жидкости из гидроцилиндра разгрузки 43 величина новой высоты столба жидкости Ншт в м, а в гидроцилиндрах уменьшают расход рабочего газа перепуском его небольшой части на вход вентилятора. Если допустимый вертикальный люфт на неподвижной оси 39 при прокрутки вертикального диска на полный поворот больше 1 см, то для его уменьшения может быть установлено достаточное число пружинных шайб внутри втулки 38 с двух сторон на вертикальной оси 39.

Преимущества предлагаемого устройства заключаются в следующем:

- единая (компактная) поплавковая приводная система для группы скважин с простой подстройкой режимов эксплуатации (переход на другое число скважин) для больших усилий на штоках с большим ресурсом работы (без поверхностей трения и низкой стоимостью).

- двойное превышение скорости в центральном сечении погружного поршневого насоса ведет к повышению эффективности привода.

- мягкий запуск электродвигателя без перегрузок и его равномерная работа, так как он связан с приводным механизмом не напрямую. Равномерная загрузка электродвигателя не возможна у механической качалки (перекладка сторон поверхностей в зубчатом зацеплении и износ) при подъеме противовеса с массой штанг плюс половины нефтяного столба.

- полная и простая поплавковая безинерционная разгрузка массы штанг, которая обеспечивает работу любого числа скважин.

При больших ходах поплавков гидроцилиндров возможно нагружение поплавка большими силами (перепадами), тогда как при больших ходах штока (кривошипа редуктора станка-качалки) большие усилия напрягают выходной вал редуктора.

Улучшение эксплуатационных характеристик при использовании приводов скважинных насосов по заявляемой формуле изобретения (сокращение времени на обслуживание, повышение безопасности работ, уменьшение объема профилактических работ, сокращение времени на монтаж и демонтаж привода) главным образом зависит от следующих отличительных признаков и их совокупности.

1. Работа уплотнения в корпусе гидроцилиндра при малых перепадах давления.

2. Отсутствие жидких масел, емкостей масел и устройств компенсации утечек масел, загрязнения окружающей среды.

3. Применение в качестве источника сжатого воздуха центробежных вентилятора (с низким уровнем давления) для снижения его оборотов и увеличении ресурса.

4. Отсутствие узлов трения в цилиндрах привода.

5. Применение схем замкнутых контуров для постоянства состава рабочего газа (воздуха) без их дозаправки рабочим газом во время работы.

Таким образом, возможно применение простого модуля (гидроцилиндра) для приводов скважных насосов с большим ресурсом работы (без длинных расточек, трения поршней и утечек через них жидких масел, ресурсный центробежный вентилятор с малыми оборотами). Практически не добавляется дополнительная масса балансиров, так как мала масса поплавка по сравнению с массой колонны штанг, что обеспечивает снижение сил инерции и уменьшение суммарной массы привода по сравнению со станком-качалкой. Объединенные и простые по конструкции центробежные компрессора и их электродвигатели вместо многих и сложных по конструкции редукторов и электродвигателей (удельный вес данных агрегатов в стоимости станком-качалок является преобладающим) определяет экономический эффект предложенного устройства.

Claims (5)

1. Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса, содержащий расположенные вертикально над устьем скважины устьевые штоки, гидроцилиндр с поплавком, снабженным торидальной полостью в нижней части, управляющее устройство, связанное с концевыми переключателями в мертвых точках положений поплавка и управляемым вентилем, силовой блок, включающий центробежный вентилятор с электродвигателем, корпус гидроцилиндра снабжен верхним днищем и нижним днищем, к которому присоединен газовод, перегородка поплавка соединена посредством гибкой связи с подвеской устьевого штока, для уплотнения гибкой связи в нижней части газовода размещен сальник, отличающийся тем, что управляемый вентиль снабжен фланцами, одни из которых связаны с воздушными полостями гидроцилиндра под верхним днищем цилиндра и под перегородкой поплавка, образующими замкнутый контур, а другие с входом и выходом центробежного вентилятора, объем замкнутой герметичной тороидальной полости поплавка достаточен для достижения выталкивающей силы, уравновешивающей массу колонн штанг скважины, поплавка и половины поднимаемой массы нефтяного столба.

2. Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса по п. 1, отличающийся тем, что поплавки гидроцилиндров взаимодействуют с упругими элементами центровки и амортизации ходов в мертвых точках через телескопическую трубу, закрепленную сверху на упругом элементе и снизу на верхнем днище поплавка.

3. Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса по п. 1, отличающийся тем, что введен, по меньшей мере, один унифицированный гидроцилиндр, все гидроцилиндры снабжены верхними роликами, верхний ролик связан гибкой связью с нижним роликом и верхним днищем поплавка предыдущего гидроцилиндра, а нижний ролик последнего гидроцилиндра связан гибкой связью с перегородкой последнего и цепной передачей со сменными звездочками с концевым роликом, связанным тросовым роликом устьевого штока скважины, на каждый гидроцилиндр два управляемых вентиля, каждый с тремя фланцами, один для связи с образующими замкнутый контур воздушными полостями гидроцилиндра под верхним днищем гидроцилиндра или под перегородкой поплавка и два с входом и выходом объединенного вентилятора.

4. Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса по п. 3, отличающийся тем, что тросовые ролики нескольких скважин установлены на стойках и связаны контактными роликами сверху с вращающимся наклонным диском примерно равномерно по его периферийной профилированной поверхности, два ортоганальных по фазе гидроцилиндра взаимодействуют при помощи толкателей с четырьмя нижними и верхними контактными роликами, а гидроцилиндр разгрузки через поплавок закреплен с вращающимся узлом крепления и регулирования угла наклонного диска на неподвижной вертикальной оси, закрепленной на ферме стоек, наклонный диск центрируется сверху по передвижной втулки неподвижной оси, закрепленной на ферме, а снизу по отверстию круглой пластины крышки цилиндра разгрузки, закрепленной на поплавке цилиндра разгрузки.

5. Турбовоздушный привод скважинного штангового насоса по п. 4, отличающийся тем, что для нескольких скважин с линиями низкого и повышенного давления центробежного вентилятора соединены параллельно через управляемые вентили и дроссели рабочие полости всех гидроцилиндров, электронное управляющее устройство равномерности фаз включения в работу скважин связано с электротормозом верхних роликов каждого гидроцилиндра.

Images