RU26824U1 - DRIVE SCREW PUMP UNIT DRIVE - Google Patents

Abstract

1. Привод винтовой штанговой насосной установки, включающий опорный корпус, внутри которого на подшипниках качения установлен приводной вал, связанный через ременную или зубчатую передачу с приводным двигателем и через узел подвески с колонной вращающихся насосных штанг, и тормозное устройство, размещенное внутри корпуса между подшипниками вала, отличающееся тем, что тормозное устройство установлено с радиальным зазором относительно внутреннего диаметра корпуса и зафиксировано в нем посредством стопорных съемных элементов.2. Привод винтовой штанговой насосной установки по п.1, отличающийся тем, что нижний подшипник выполнен в виде роликового конического подшипника, а внутренний размер стопорных съемных элементов превышает наружный диаметр конического подшипника.1. The drive of a screw sucker rod pump installation, comprising a support housing, inside which a drive shaft is mounted on the rolling bearings, connected through a belt or gear transmission with a drive motor and through a suspension unit with a column of rotating pump rods, and a brake device located inside the housing between the shaft bearings characterized in that the brake device is installed with a radial clearance relative to the inner diameter of the housing and fixed in it by means of detachable detent elements. 2. The drive of a screw sucker rod pumping apparatus according to claim 1, characterized in that the lower bearing is made in the form of a tapered roller bearing, and the internal size of the detachable locking elements exceeds the outer diameter of the tapered bearing.

Description

Привод штанговой винтовой насосной установкиSucker rod pump unit drive

Изобретение относится к нефтяной технике, в частности к установкам винтовых насосов с наземным приводом через колонну насосных штанг, и может быть использовано при механизированной добыче нефти и других пластовых жидкостей.The invention relates to oil technology, in particular to installations of screw pumps with a ground drive through a string of pump rods, and can be used for mechanized production of oil and other formation fluids.

Привод штанговой винтовой насосной установки состоит из приводного двигателя (электрического или гидравлического), понижающей передачи (клиноременной или зубчатой), опорной части с приводным валом, полированного штока, сальника и устройств для крепления штока с колонной штанг и корпуса привода с колонной головкой скважины. Для предотвращения обратного вращения колонны насосных штанг после остановки приводного двигателя (вследствие освобождения энергии закручивания колонны и выравнивания уровней жидкости внутри колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и затрубном пространстве скважины) в состав привода также включается тормозное устройство обратного вращения.The drive of a rod screw pump installation consists of a drive motor (electric or hydraulic), a reduction gear (V-belt or gear), a supporting part with a drive shaft, a polished rod, an oil seal and devices for attaching a rod with a rod string and a drive housing with a well head. To prevent reverse rotation of the string of pump rods after stopping the drive motor (due to the release of the energy of twisting of the string and equalization of fluid levels inside the string of tubing and tubing) and the annulus of the well), the reverse rotation brake is also included in the drive.

Известно большое количество тормозных устройств обратного вращения штанг различного типа (механического или гидравлического), основанных на использовании центробежных сил или сил трения (для сцепления деталей с целью создания крутящего момента) или вспомогательного гидропривода (замедление за счет ограничения расхода жидкости в системе при обратном вращении). Недостатком известных тормозных устройств является то, что они выполняются как отдельный узел и требуют усложнения общей компоновки привода в связи с необходимостью введения дополнительных крепежных элементов и герметизирующих устройств.There are a large number of brake devices for reverse rotation of rods of various types (mechanical or hydraulic), based on the use of centrifugal or friction forces (for coupling parts to create torque) or auxiliary hydraulic drive (deceleration due to limitation of fluid flow in the system during reverse rotation) . A disadvantage of the known brake devices is that they are performed as a separate unit and require complication of the overall layout of the drive due to the need to introduce additional fasteners and sealing devices.

Из известных тормозных устройств наиболее близким к предлагаемому является ограничитель обратного вращения штанг механического типа системы «Роталифт фирмы Highland/Corod, устанавливаемый между опорной частью и зажимом полированного штока (см. Композит-каталог нефтегазового оборудования и услуг, 1997-99гг) . По принципу действия данный ограничитель представляет собой муфту сцепления, тормозные колодки которой прижимаются к стальному барабану, когда угловая скорость обратного вращения достигает заданной критической величины При снижении скорости ниже критической тормозные колодки отжимаются и выходят из сцепления с барабаном, при этом штангиOf the known braking devices, the closest to the proposed one is a mechanical reverse rod limiter of the Highland / Corod Rotalift system installed between the support part and the polished rod clamp (see Composite catalog of oil and gas equipment and services, 1997-99). According to the principle of operation, this limiter is a clutch, the brake pads of which are pressed against the steel drum when the angular velocity of the reverse rotation reaches a predetermined critical value. When the speed decreases below the critical value, the brake pads are wrung out and out of the clutch with the drum, while the rods

могут свободно вращаться в любом направлении.can rotate freely in any direction.

Задачей изобретения является повышение надежности привода штанговой винтовой установки, а также упрощение его конструкции и монтажа.The objective of the invention is to increase the reliability of the drive rod screw installation, as well as simplifying its design and installation.

Поставленная задача решается тем, что тормоз обратного вращения размещается внутри опорного корпуса между подшипниками вала, причем для удобства монтажа и сообщения внутренних полостей корпуса, заполненных смазкой, тормозное устройство устанавливается с радиальным зазором относительно внутреннего диаметра корпуса и фиксируется в нем посредством стопорных съемных элементов.The problem is solved in that the reverse rotation brake is placed inside the bearing housing between the shaft bearings, and for ease of installation and communication of the internal cavities of the housing filled with lubricant, the brake device is installed with a radial clearance relative to the internal diameter of the housing and fixed in it by means of detachable locking elements.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и сопровождается чертежами, где на фиг. 1 представлена схема привода винтового штангового насоса с тормозным устройством, установленным внутри корпуса между подшипниками приводного вала, а на фиг. 2 показано поперечное сечение А - А опорного корпуса в месте размещения тормозного устройства.The invention is further explained in the description and is accompanied by drawings, where in FIG. 1 shows a drive circuit of a screw rod pump with a brake device installed inside the housing between the bearings of the drive shaft, and FIG. 2 shows a cross section A - A of the support housing at the location of the brake device.

Установка винтового штангового насоса состоит из скважинного насоса, поверхностного привода и колонны насосных штанг (диаметром 19-25 мм), состоящей из отдельных соединенных на резьбе стержней длиной 8м , и передающей вращение от привода к насосу.Installation of a screw rod pump consists of a borehole pump, a surface drive and a string of pump rods (19–25 mm in diameter), consisting of individual rods connected to a thread 8 m long and transmitting rotation from the drive to the pump.

Приводной вал и винт насоса расположены на значительном расстоянии друг от друга (500 - 2000 м), поэтому при пуске насоса на номинальный режим подачи происходит закручивание верхнего сечения колонны штанг на уголThe drive shaft and the pump screw are located at a considerable distance from each other (500 - 2000 m), therefore, when starting the pump to the nominal supply mode, the upper section of the rod string is twisted by an angle

где М - момент сил сопротивления на винте; / - длина колонны штанг; G - модуль сдвига материала штанг, J - полярный момент инерции сечения; k - коэффициент учитывающий невертикальность скважины и влияние сил трения колонны о стенки НКТ и в центраторах.where M is the moment of resistance forces on the screw; / is the length of the rod string; G is the shear modulus of the rod material; J is the polar moment of inertia of the section; k - coefficient taking into account the non-verticality of the well and the influence of the friction forces of the column on the tubing wall and in the centralizers.

Если пренебречь влиянием сил трения и принять, что скважина абсолютно вертикальная kv - 1.If we neglect the influence of friction forces and assume that the well is absolutely vertical kv - 1.

Момент сил сопротивления на винте (в нижнем сечении колонны штанг)The moment of resistance forces on the screw (in the lower section of the rod string)

q - -к , v GJ q - -k, v GJ

PV .PV.

Модуль сдвига для стали G 0,8-105 МПаShear modulus for steel G 0.8-105 MPa

При использовании колонны штанг диаметром d 22 мм и насоса диаметром 60 мм с рабочим объемом V - 0,08 л (что соответствует подаче Q 20 м3/сут при частоте вращения штанг п 200 об/мин) при глубине спуска насоса / 1000 м, давлении Р 10 МПа угол закручивания составитWhen using a string of rods with a diameter of d 22 mm and a pump with a diameter of 60 mm with a displacement of V - 0.08 l (which corresponds to a flow Q of 20 m3 / day at a speed of rotation of the rods p 200 rpm) at a depth of descent of the pump / 1000 m, pressure P 10 MPa twist angle will be

Таким образом, верхнее сечение колонны штанг закручиваются на 18 оборотов и при вращении колонна находится в упругодеформированном состоянии.Thus, the upper section of the rod string is twisted by 18 revolutions and during rotation the column is in an elastically deformed state.

В случае, если в состав поверхностного оборудования не входит элемент препятствующий обратному вращению штанг, после остановки приводного двигателя при освобождении энергии упругой деформации колонны штанг могут произойти осложнения и аварии, связанные с отвинчиванием резьб колонны.If the surface equipment does not include an element that prevents the reverse rotation of the rods, after stopping the drive motor when releasing the energy of elastic deformation of the rod string, complications and accidents associated with unscrewing the threads of the column can occur.

Этот процесс усиливается еще и тем, что после остановки насоса происходит также выравнивание уровней жидкости внутри колонны НКТ и в затрубном пространстве скважины, которое сопровождается переходом насоса в двигательный режим с вращением винта против часовой стрелки (глядя с поверхности).This process is further enhanced by the fact that after the pump stops, the liquid levels in the tubing string and in the annulus of the well become equalized, which is accompanied by the transition of the pump into motor mode with the screw rotating counterclockwise (looking from the surface).

В этой связи большинство штанговых винтовых насосных установок оснащаются специальными устройствами, препятствующими или замедляющими обратное вращение штанг. Во всех известных конструкциях установок такие тормозные устройства (механического или гидравлического типа) выполняются в виде отдельного узла и устанавливаются либо на конце приводного вала (преимущественно между корпусом и зажимом полированного штока), либо на валу приводного двигателя. Такое техническое решение усложняет компоновку привода (в связи с необходимостью обеспечения дополнительного крепления) и повышает требования к монтажу элементов привода.In this regard, most sucker rod pumping units are equipped with special devices that prevent or slow down the reverse rotation of the rods. In all known plant designs, such braking devices (mechanical or hydraulic type) are made as a separate unit and are installed either at the end of the drive shaft (mainly between the body and the polished rod clamp) or on the drive motor shaft. Such a technical solution complicates the layout of the drive (due to the need for additional mounting) and increases the requirements for mounting drive elements.

В предлагаемой заявке тормозное устройство 4 (фиг. 1) не является отдельным узлом, а входит в общую сборку опорного корпуса 1 привода и размещается внутри корпуса между коническим радиально-упорным 2 и шариковым радиальным 3 подшипниками.In the proposed application, the brake device 4 (Fig. 1) is not a separate unit, but is included in the general assembly of the drive support housing 1 and is placed inside the housing between the conical angular contact 2 and the ball radial 3 bearings.

Тормозное устройство содержит ступицу 1 (фиг. 2), закрепленную на приводном валу; наружную обойму 2, которая зафиксирована от вращения относительно опорного корпуса с помощью стопорных съемных элементов 3; клиновые сухари 4, расположенные в пазах направляющих элементов 5 и поджатые к ступице пластинчатыми пружина. nd4The brake device comprises a hub 1 (Fig. 2), mounted on a drive shaft; an outer casing 2, which is fixed from rotation relative to the support body using detachable detachable elements 3; wedge crackers 4 located in the grooves of the guide elements 5 and pressed against the hub by a leaf spring. nd4

р 6607°.p 6607 °.

С целью предотвращения осевого перемещения наружной обоймы с сухарями и направляющими, а также от попадания продуктов износа в нижнюю полость подшипникового узла опорного корпуса, тормозное устройство снабжено стопорными шайбами.In order to prevent axial movement of the outer cage with rusks and guides, as well as from the ingress of wear products into the lower cavity of the bearing assembly of the bearing housing, the brake device is equipped with lock washers.

Для уменьшения радиального габарита опорного корпуса и сообщения в нем внутренних полостей внутренний размер стопорных съемных элементов выполнен больше наружного диаметра нижнего роликового конического подшипника, что вносит свою специфику в общую сборку привода. В начале устанавливается наружное кольцо роликового конического подшипника. Затем на корпусе закрепляются стопорные элементы. Приводной вал в сборе (с шариковым подшипником, тормозным устройством и внутренним кольцом с роликами конического подшипника) устанавливается в опорный корпус.To reduce the radial dimension of the support housing and the internal cavities in it, the internal size of the detachable detachable elements is made larger than the outer diameter of the lower roller conical bearing, which makes its specificity in the general assembly of the drive. At the beginning, the outer ring of the tapered roller bearing is installed. Then, locking elements are fixed to the housing. The drive shaft assembly (with ball bearing, brake device and inner ring with tapered roller bearings) is installed in the bearing housing.

Привод винтового штангового насоса со встроенным в опорный корпус тормозным устройством и заполненный жидкой смазкой работает следующим образом.The drive screw pump with a built-in brake support device and filled with liquid lubricant operates as follows.

При пуске двигателя (приводной вал вращается по часовой стрелке глядя с верху) за счет сил трения клиновые сухари увлекаются ступицей отжимая пластинчатые пружины. При этом между сухарями и направляющими возникает зазор, что уменьшает силу трения и происходит скольжение ступицы по сухарям.When starting the engine (the drive shaft rotates clockwise looking from the top) due to the frictional forces, the wedge crackers are carried away by the hub by pressing the leaf springs. In this case, a gap arises between the crackers and the guides, which reduces the friction force and the hub glides over the crackers.

При установившемся режиме работы за счет специальных угловых фасок на передних торцах сухарей образуется гидравлический «клин и последние отодвигаются от ступицы, образуя зазор. Таким образом, устраняется «сухое трение, что приводит к уменьшению механических потерь и скорости износа деталей тормоза.Under steady-state operation, due to special angular chamfers, a hydraulic wedge forms on the front ends of the crackers and the latter wedge away from the hub, forming a gap. Thus, “dry friction” is eliminated, which leads to a decrease in mechanical losses and the wear rate of brake parts.

При остановке двигателя приводной вал начинает вращаться в обратном направлении (вследствие причин описанных выше). Пластинчатые пружины досылают сухари в клиновой паз, создавая, тем самым, момент сопротивления на приводном валу. Сила трения между сухарями и ступицей зависит как от площади контакта, так и от скорости обратного вращения - чем больше скорость, тем больше тормозная сила возникающая между сухарями и ступицей. Путем подбора размеров пар трения можно добиться автоматического притормаживания приводного вала (при значительном крутящем моменте на колонне насосных штанг), либо его полной остановки.When the engine stops, the drive shaft begins to rotate in the opposite direction (due to the reasons described above). Leaf springs send crackers into the wedge groove, thereby creating a moment of resistance on the drive shaft. The friction force between the crackers and the hub depends both on the contact area and on the speed of the reverse rotation - the higher the speed, the greater the braking force arising between the crackers and the hub. By selecting the sizes of friction pairs, it is possible to achieve automatic braking of the drive shaft (with significant torque on the string of pump rods), or its complete stop.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает высокую надежность работы привода глубинно-насосной установки и колонны штанг во всех его режимах и циклах.Thus, the proposed technical solution provides high reliability of the drive of the pumping unit and rod string in all its modes and cycles.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM

1.Привод винтового штангового насоса, включающий опорный корпус, внутри которого на подшипниках качения установлен приводной вал, связанный через ременную или зубчатую передачу с приводным двигателем и через подвешивающее устройство (хомут) с колонной вращающихся насосных штанг, и тормозное (замедляющее обратное вращение штанг после остановки двигателя) устройство, отличающееся тем, что с целью повышения надежности привода устройство размещено внутри корпуса между подшипниками вала, причем для удобства монтажа и сообщения внутренних полостей корпуса, заполненных смазкой, тормозное устройство установлено с радиальным зазором относительно внутреннего диаметра корпуса и зафиксировано в нем посредством стопорных съемных элементов.1. The drive of a screw rod pump, including a support housing, inside which a drive shaft is mounted on the rolling bearings, connected through a belt or gear transmission with a drive motor and through a suspension device (clamp) with a column of rotating pump rods, and brake (slowing down the reverse rotation of the rods after engine shutdown) device, characterized in that in order to increase the reliability of the drive, the device is placed inside the housing between the shaft bearings, and for ease of installation and communication of internal olostey housing filled with grease, the braking device is mounted with radial clearance relative to the inner diameter of the housing and is fixed therein by removable locking elements.

2.Привод винтового штангового насоса по п. 1, отличающийся тем, что нижний подшипник выполнен в виде роликового конического подшипника, а внутренний размер стопорных съемных элементов превышает наружный диаметр наружного кольца конического подшипника.2. The drive of a screw rod pump according to claim 1, characterized in that the lower bearing is made in the form of a tapered roller bearing, and the internal size of the detachable retaining elements exceeds the outer diameter of the outer ring of the tapered bearing.

Claims (2)

1. Привод винтовой штанговой насосной установки, включающий опорный корпус, внутри которого на подшипниках качения установлен приводной вал, связанный через ременную или зубчатую передачу с приводным двигателем и через узел подвески с колонной вращающихся насосных штанг, и тормозное устройство, размещенное внутри корпуса между подшипниками вала, отличающееся тем, что тормозное устройство установлено с радиальным зазором относительно внутреннего диаметра корпуса и зафиксировано в нем посредством стопорных съемных элементов.1. The drive of a screw sucker rod pump installation, comprising a support housing, inside which a drive shaft is mounted on the rolling bearings, connected through a belt or gear transmission with a drive motor and through a suspension unit with a column of rotating pump rods, and a brake device located inside the housing between the shaft bearings characterized in that the brake device is installed with a radial clearance relative to the inner diameter of the housing and fixed in it by means of detachable locking elements. 2. Привод винтовой штанговой насосной установки по п.1, отличающийся тем, что нижний подшипник выполнен в виде роликового конического подшипника, а внутренний размер стопорных съемных элементов превышает наружный диаметр конического подшипника.

2. The screw pump sucker rod drive according to claim 1, characterized in that the lower bearing is made in the form of a tapered roller bearing, and the internal size of the detachable detachable elements exceeds the outer diameter of the tapered bearing.