BRPI0703989B1

BRPI0703989B1 - remote regulating device for balancing mechanical pump units

Info

Publication number: BRPI0703989B1
Application number: BRPI0703989A
Authority: BR
Inventors: De Oliveira Costa Rutácio
Original assignee: Petroleo Brasileiro S/A Petrobras
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2020-02-04
Also published as: BRPI0703989A2

Abstract

dispositivo regulador remoto do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio mecânico. a presente invenção se refere a um dispositivo que permite regular remotamente o balanceamento das manivelas de unidades de bombeio, sem a necessidade de uma parada de produção ou da desmontagem de qualquer elemento da unidade de bombeio. a regulagem pode ser realizada a qualquer momento, reduzindo assim os custos, e alcançando um aumento acentuado da segurança operacional e da qualidade, pois o equilíbrio dos torques atuantes sobre a manivela é realizado dinamicamente e de modo contínuo, com total liberdade de reposicionamento da posição dos centros de massa de cada contrapeso, entre os pontos máximo e mínimo de regulagem permitidos em projeto.remote regulating device for balancing cranks in mechanical pumping units. the present invention relates to a device that makes it possible to remotely adjust the balancing of the pumping unit cranks, without the need for a production stop or the disassembly of any element of the pumping unit. adjustment can be carried out at any time, thus reducing costs, and achieving a marked increase in operational safety and quality, since the balance of the torques acting on the crank is carried out dynamically and continuously, with total freedom to reposition the position of the centers of mass of each counterweight, between the maximum and minimum adjustment points allowed in the project.

Description

DISPOSITIVO REGULADOR REMOTO DO BALANCEAMENTO DE MANIVELAS DE UNIDADES DE BOMBEIO MECÂNICO CAMPO DA INVENÇÃOREMOTE REGULATORY DEVICE FOR THE BALANCING OF MECHANICAL PUMP UNITS HANDLES FIELD OF THE INVENTION

A presente invenção se refere a um dispositivo, que ao ser aplicado em unidades petrolíferas terrestres de bombeio (UB) possibilita um ajuste remoto e contínuo do posicionamento dos contrapesos, de modo a atingir o equilíbrio dos torques que atuam sobre o eixo de saída do redutor que aciona as manivelas, que por sua vez acionam as bielas, as quais são responsáveis pelo movimento oscilatório da viga principal de uma UB. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADAThe present invention relates to a device, which when applied to terrestrial pumping oil units (UB) allows for a remote and continuous adjustment of the counterweight positioning, in order to achieve the balance of the torques acting on the gearbox output shaft. which drives the cranks, which in turn drives the connecting rods, which are responsible for the oscillatory movement of the main beam of a UB. DESCRIPTION OF RELATED TECHNIQUE

Os campos de produção são constituídos de diversos poços de bombeamento, podendo chegar a milhares de unidades produtivas de bombeio em algumas regiões. Estes poços sob bombeamento, por sua vez, são providos com unidades de bombeio mecânicas (UB).The production fields are made up of several pumping wells, which can reach thousands of productive pumping units in some regions. These pumping wells, in turn, are provided with mechanical pumping units (UB).

As UB’s são constituídas pela associação de diversos elementos mecânicos tais como: conjunto motor (diesel ou elétrico), redutor de velocidade, manivelas, bielas, viga principal e tripé montados em série, e que por sua vez são fixados industrialmente em um chassi metálico (skid), o qual é instalado sobre uma estrutura de concreto, apoiada sobre um colchão de brita, próxima às bocas dos poços.The UB's are constituted by the association of several mechanical elements such as: motor assembly (diesel or electric), speed reducer, cranks, connecting rods, main beam and tripod assembled in series, which in turn are fixed industrially in a metallic chassis ( skid), which is installed on a concrete structure, supported on a gravel mattress, close to the mouths of the wells.

Essas UB's são dimensionadas especificamente para cada poço, conforme a vazão e profundidade do poço. Desse modo, é possível encontrar operando em campos de produção brasileiros UB’s de diversas capacidades de bombeio, inclusive as que satisfazem a classificação API1280 (API-Amerícan Petroleum Institute), que são as unidades de maior porte em operação no país.These UB's are sized specifically for each well, according to the flow and depth of the well. In this way, it is possible to find UB’s operating in Brazilian production fields of different pumping capacities, including those that satisfy the API1280 classification (API-Amerícan Petroleum Institute), which are the largest units operating in the country.

Tanto estes modelos de UB’s quanto qualquer outro modelo existente no mercado apresentam uma única forma de operação, que tem por finalidade transformar o movimento rotativo dos motores, em movimento alternativo transmitido às bombas de fundo de poço.Both these models of UB’s and any other model on the market have a single form of operation, whose purpose is to transform the rotating movement of the engines into an alternative movement transmitted to downhole pumps.

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O ajuste do conjunto motor e seus acessórios apresentam na prática algumas dificuldades operacionais, que podem ser mais bem entendidas a partir da compreensão detalhada, exposta a seguir.The adjustment of the motor assembly and its accessories presents in practice some operational difficulties, which can be better understood from the detailed understanding, exposed below.

Em uma UB o movimento rotativo do motor é transformado em movimentos sucessivos em sentido ascendente/descendente de uma viga principal em balanço.In a UB, the rotary movement of the motor is transformed into successive upward / downward movements of a cantilevered beam.

A uma das extremidades desta viga principal em balanço é provida uma cabeça com seu respectivo cabresto, que tem a função de transmitir o movimento ascendente/descendente às hastes polidas, que por sua vez acionam uma bomba no fundo do poço.A head with its respective halter is provided at one end of this cantilevered beam, which has the function of transmitting the upward / downward movement to the polished rods, which in turn trigger a pump at the bottom of the well.

À outra extremidade da viga principal em balanço é conectada uma biela com manivela, elementos responsáveis pela transformação do movimento rotativo do motor em movimentos sucessivos, em sentido ascendente/descendente da viga principal em balanço.A crank connecting rod is connected to the other end of the cantilever beam, elements responsible for transforming the rotary movement of the motor into successive movements, in an upward / downward direction of the cantilevered main beam.

Neste sistema de transformação de sentidos de movimentos, a manivela é o elemento principal, porém é o redutor que sofre os maiores esforços mecânicos, devido aos elevados valores de torque que nele se desenvolvem.In this system of transformation of directions of movement, the crank is the main element, however it is the reducer that undergoes the greatest mechanical efforts, due to the high torque values that develop in it.

A manivela de uma UB basicamente é constituída por uma viga reta, em que uma das extremidades é acoplada ao eixo de um redutor. Em uma porção intermediária entre as extremidades são providos furos, nos quais se pode acoplar por meio de um mancal propulsor, uma biela. Em cada manivela há um conjunto de contrapesos.The crank of a UB basically consists of a straight beam, where one end is coupled to the shaft of a reducer. In an intermediate portion between the ends, holes are provided, in which a connecting rod can be coupled by means of a thrust bearing. Each crank has a set of counterweights.

Conforme o eixo do redutor gira, a manivela acompanha o seu movimento rotativo, porém, a biela acoplada na porção intermediária da manivela apresenta um movimento sucessivo no sentido ascendente/ descendente que induz o balanço da viga principal.As the reducer axis rotates, the crank follows its rotational movement, however, the connecting rod on the intermediate portion of the crank presents a successive upward / downward movement that induces the balance of the main beam.

Assim, é fácil compreender que o curso do movimento de balanço da viga principal em balanço está diretamente associado ao curso ascendente/descendente da biela, que por sua vez, está relacionado aoThus, it is easy to understand that the swing movement of the main beam in balance is directly associated with the upward / downward stroke of the connecting rod, which in turn is related to the

3/13 ponto em que esta está acoplada à manivela: Quanto mais próximo do eixo redutor é provido o acoplamento da biela ã manivela, menor será seu curso ascendente/descendente. Quanto mais distante do eixo redutor este acoplamento é provido, maior será o curso da biela, conseqüentemente, maior será o balanço da viga principal em balanço, e portanto, maior será o curso da haste da bomba.3/13 point at which it is coupled to the crank: The closer the connecting rod is provided to the crank, the smaller its upward / downward stroke. The further away from the reduction shaft this coupling is provided, the greater the strut travel, consequently, the greater the balance of the main beam in balance, and therefore, the greater the stroke of the pump rod.

Durante o ciclo de funcionamento de uma UB, alguns parâmetros costumam variar em função das necessidades ou em conseqüência das condições da produção. Como exemplo pode-se destacar: a amplitude do curso da haste de bombeio, a freqüência de bombeio ou mesmo a carga na coluna de produção.During the operating cycle of a UB, some parameters tend to vary depending on the needs or as a result of the production conditions. As an example we can highlight: the amplitude of the stroke of the pumping rod, the frequency of pumping or even the load in the production column.

As duas primeiras são alteradas em função das necessidades de produção, a última pode se alterar em função do nível dinâmico de fluido no poço, do percentual de água e do tipo de hidrocarboneto bombeado em cada momento da vida útil de um poço.The first two are changed according to production needs, the last one can change depending on the dynamic level of fluid in the well, the percentage of water and the type of hydrocarbon pumped at each point in the life of a well.

Conforme a variação de cada um destes parâmetros há uma alteração das condições de operação das UB's, acarretando um desequilíbrio de forças. A concentração crítica da variação destes esforços é justamente na forma de torque sobre o eixo do redutor da UB, por esta razão é necessário um meio para aliviar esses esforços.Depending on the variation of each of these parameters, there is a change in the operating conditions of the UB's, causing an imbalance of forces. The critical concentration of the variation of these efforts is precisely in the form of torque on the axis of the UB reducer, for this reason a means is needed to relieve these efforts.

Atualmente as manivelas são providas de contrapesos, que podem ser regulados por meio de catracas ou fusos conforme as necessidades de cada momento, porém cada ajuste exige grande esforço por parte da equipe responsável, e invariavelmente a tarefa só pode ser feita com a UB parada.Currently, the cranks are provided with counterweights, which can be adjusted by means of ratchets or spindles according to the needs of each moment, but each adjustment requires great effort on the part of the responsible team, and invariably the task can only be done with the UB stopped.

Para balancear uma unidade de bombeio é necessário ajustar a posição dos contrapesos de modo a equilibrar os picos de torque no curso ascendente e descendente. Assim, deve-se igualar o torque máximo do curso ascendente ao torque máximo do curso descendente.To balance a pumping unit, it is necessary to adjust the position of the counterweights in order to balance the torque peaks in the up and down stroke. Thus, the maximum torque of the ascending stroke must be equaled to the maximum torque of the descending stroke.

A curva de torque versus o ângulo da manivela é especificada naThe torque curve versus the crank angle is specified in

4/13 norma API SPEC 11E, em seu apêndice B. O procedimento para obter a curva de torque líquido em uma UB obedece a uma equação que considera parâmetros tais como: torque devido à carga nas hastes, o desbalanceio estrutural da unidade, o momento máximo dos contrapesos, entre outros parâmetros.4/13 API SPEC 11E standard, in its appendix B. The procedure to obtain the net torque curve in a UB obeys an equation that considers parameters such as: torque due to the load on the rods, the structural unbalance of the unit, the moment maximum counterweights, among other parameters.

A partir dela podem ser traçados gráficos como subsídios que demonstram um torque líquido na manivela, determinado pela atuação de forças variadas que produzem torque na manivela. Dentre alguns parâmetros principais que geram torque na manivela, tem-se: o torque devido a variações na amplitude do curso da haste de bombeio, em função da frequência de bombeio, ou mesmo em função da carga na coluna de produção, e em relação ao posicionamento dos contrapesos.From it, graphs can be drawn as subsidies that demonstrate a net torque on the crank, determined by the action of various forces that produce torque on the crank. Among some of the main parameters that generate torque in the crank, we have: the torque due to variations in the amplitude of the stroke of the pumping rod, as a function of the pumping frequency, or even as a function of the load in the production column, and in relation to the positioning of counterweights.

Pode ser observado, por meio destes gráficos as diferenças de torque no curso ascendente e no curso descendente, ou seja, um caso típico de necessidade de balanceamento. Assim, a operação de balanceamento consiste em alterar o torque líquido, variando o torque gerado pelos contrapesos, único parâmetro passível de alteração.It is possible to observe, through these graphs, the torque differences in the ascending and descending strokes, that is, a typical case of need for balance. Thus, the balancing operation consists of changing the net torque, varying the torque generated by the counterweights, the only parameter that can be changed.

A operação de balanceamento, portanto, é essencial para reduzir o esforço sobre o redutor, e, conseqüentemente, o risco de quebra que ocorre quando o pico de torque ultrapassa o limite admissível pelo redutor da UB, afetando pinhões e engrenagens, implicando em reparos custosos com a conseqüente parada de produção.The balancing operation, therefore, is essential to reduce the stress on the gearbox, and, consequently, the risk of breakage that occurs when the peak torque exceeds the allowable limit by the UB gearbox, affecting pinions and gears, resulting in costly repairs. with the consequent production stoppage.

Mas, qualquer que seja o resultado encontrado, ou o método utilizado para obtê-los, é necessário parar a UB para realizar a regulagem dos contrapesos.But, whatever the result found, or the method used to obtain them, it is necessary to stop the UB to carry out the adjustment of the counterweights.

A regulagem é feita por um técnico que tem que realizar a tarefa sobre os componentes da UB, e que por meio de catracas ou fusos altera a posição do contrapeso ao longo da manivela, orientando-se por uma escala provida sobre o corpo da manivela, e uma indicação do centro de massa marcada sobre o contrapeso.The adjustment is made by a technician who has to carry out the task on the components of the UB, and which by means of ratchets or spindles alters the position of the counterweight along the crank, guided by a scale provided on the crank body, and an indication of the center of mass marked on the counterweight.

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Após a regulagem, a UB é posta em operação para verificar se foi alcançado o equilíbrio dinâmico esperado, caso contrário inicia-se novo procedimento de regulagem do balanceamento, até alcançar o equilíbrio necessário.After the adjustment, the UB is put into operation to check if the expected dynamic balance has been reached, otherwise a new balancing adjustment procedure starts, until the necessary balance is reached.

Aparentemente, apesar de parecer uma operação relativamente rápida, é na verdade uma operação demorada, arriscada e dispendiosa.Apparently, although it looks like a relatively quick operation, it is actually a long, risky and expensive operation.

A parada da operação de bombeio, por si, só já representa custo. No entanto, uma parada pelo tempo atualmente necessário para esta regulagem, de aproximadamente 3 horas, acarreta prejuízo maior.Stopping the pumping operation alone is cost. However, a stop for the time currently required for this adjustment, of approximately 3 hours, causes greater damage.

Devida a dimensão dos elementos envolvidos é necessária uma equipe com técnicos preparados, que atua diretamente sobre os componentes, manipulando-os em campo. Além de despender grande esforço físico dos técnicos envolvidos na operação, expõe-nos a risco de acidentes.Due to the dimension of the elements involved, a team with prepared technicians is needed, which acts directly on the components, handling them in the field. In addition to expending a great deal of physical effort by the technicians involved in the operation, it exposes us to the risk of accidents.

A desvantagem principal da técnica atual de balanceamento reside na necessidade de parada de produção com uma incerteza quanto ao acerto do balanceamento em uma única intervenção, além de submeter o técnico que realiza a tarefa a risco de acidente. Estas dificuldades são multiplicadas pelas necessidades de um campo produtivo que pode chegar a ter quatro mil UB’s operando simultaneamente.The main disadvantage of the current balancing technique is the need to stop production with an uncertainty as to the correctness of the balancing in a single intervention, in addition to subjecting the technician who performs the task to risk of an accident. These difficulties are multiplied by the needs of a productive field that can reach four thousand UB's operating simultaneously.

Diante deste quadro é fácil concluir que em um campo de produção de grande porte, mesmo que a empresa apresente um excelente quadro técnico, inevitavelmente apresentará muitos poços com UB’s desbalanceadas ou fora dos padrões ideais de bombeio, acarretando prejuízos na forma de maior consumo de energia e riscos de quebra de redutores, além de exposição dos operadores aos riscos durante as operações de balanceamento.Given this situation, it is easy to conclude that in a large production field, even if the company has an excellent technical staff, it will inevitably present many wells with UB's unbalanced or outside the ideal standards of pumping, causing losses in the form of greater energy consumption. and risks of breakage of reducers, in addition to the exposure of operators to risks during balancing operations.

Para superar estes problemas de parada da UB com a finalidade de intervir no balanceamento das manivelas, risco de acidentes com a manipulação de elementos mecânicos pesados, incapacidade deTo overcome these problems with UB stopping in order to intervene in the balancing of the cranks, risk of accidents with the handling of heavy mechanical elements, inability to

6/13 intervenção simultânea de um amplo número de UB’s num campo produtivo de grande porte, foi desenvolvido um dispositivo regulador remoto do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio.6/13 simultaneous intervention of a large number of UB’s in a large productive field, a remote regulating device for balancing pumping units was developed.

A invenção descrita a seguir decorre da contínua pesquisa neste segmento, cujo enfoque objetiva prioritariamente eliminar a necessidade de paradas das UB’s com o fim de ajustar a amplitude de curso das hastes da bomba de poço.The invention described below is the result of continuous research in this segment, whose focus is primarily to eliminate the need for UB's stops in order to adjust the stroke width of the well pump rods.

A presente invenção visa prover um dispositivo aplicável em qualquer equipamento de bombeio, de grande ou de pequeno porte, provido com qualquer configuração construtiva.The present invention aims to provide a device applicable to any pumping equipment, large or small, provided with any constructive configuration.

Outros objetivos que o dispositivo regulador remoto do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio, objeto da presente invenção, se propõe a alcançar são:Other objectives that the remote regulating device for balancing pumping units cranks, the object of the present invention, aims to achieve are:

a. eliminar a necessidade de parada da UB com a finalidade de intervir no balanceamento das manivelas;The. eliminate the need to stop the UB in order to intervene in balancing the cranks;

b. eliminar a necessidade de intervenção direta dos técnicos sobre os elementos da UB;B. eliminate the need for direct intervention by technicians on UB elements;

c. eliminar riscos de acidentes;ç. eliminate accident risks;

d. garantir uma variação contínua do posicionamento do contrapeso sobre a manivela, com a UB em pleno funcionamento;d. ensure a continuous variation in the positioning of the counterweight on the crank, with the UB in full operation;

e. garantir a regulagem do balanceamento das manivelas em diversas UB’s em um mesmo dia;and. ensure the adjustment of the balance of the cranks in several UB's in the same day;

f. aumentar o lucro dos campos produtivos, garantindo uma operação harmônica em um grande número de UB;f. increase the profit of the productive fields, guaranteeing a harmonic operation in a great number of UB;

g. satisfazer as condições individuais e específicas de balanceamento de cada poço com uma regulagem dinâmica do contrapeso;g. satisfy the individual and specific balancing conditions of each well with dynamic adjustment of the counterweight;

h. garantir a regulagem do balanceamento com valores individualizados independente das combinações de esforçosH. ensure balance regulation with individualized values regardless of the combinations of efforts

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k.k.

atuantes na manivela, e com a UB em plena operação; possibilidade de intervenção remota de várias UB’s a partir de uma central de controle;acting on the crank, and with the UB in full operation; possibility of remote intervention of several UB's from a control center;

eliminar a necessidade de uma equipe técnica a disposição apenas para regular o curso de bombas de poço;eliminate the need for a technical team available only to regulate the course of well pumps;

disponibilizar condições técnicas de automatizar a regulagem do balanceamento a partir de informações geradas por processamento eletrônico de dados;provide technical conditions to automate the regulation of balancing from information generated by electronic data processing;

aumentar a produtividade, beneficiando a segurança operacional, com extrema facilidade de intervenção.increase productivity, benefiting operational safety, with extreme ease of intervention.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

Refere-se a presente invenção a um dispositivo de regulagem remota da posição dos contrapesos de manivelas de unidades de bombeio, com o qual as diferenças de torque no redutor da UB podem ser ajustadas sem a necessidade de uma parada de produção ou da desmontagem de qualquer elemento da UB.The present invention refers to a device for remote adjustment of the position of the counterweights of pumping units cranks, with which the torque differences in the UB gearbox can be adjusted without the need for a production stop or the disassembly of any element of the UB.

Resumidamente o dispositivo de regulagem remota do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio pode ser descrito como uma manivela cujo corpo principal é constituído por uma viga reta central provida com um mancai motor e com duas gaiolas simetricamente dispostas, paralelamente e ao longo do seu sentido longitudinal, de formato retangular e com a mesma espessura da dita viga reta.Briefly, the remote adjustment device for balancing pumping units cranks can be described as a crank whose main body consists of a central straight beam provided with a motor bearing and with two symmetrically arranged cages, parallel and along its longitudinal direction , rectangular in shape and the same thickness as said straight beam.

As gaiolas se estendem desde a extremidade da viga reta provida com o mancai motor, até a extremidade oposta a este mancai. O topo de cada gaiola, voltado para a região do mancai motor, é provido com mancais longitudinais, seqüenciados por caixas de engrenagens, finalizados por motores elétricos.The cages extend from the end of the straight beam provided with the motor bearing, to the opposite end of this bearing. The top of each cage, facing the region of the motor bearing, is provided with longitudinal bearings, sequenced by gearboxes, completed by electric motors.

Fusos são encaixados em mancais longitudinais, fixados às caixas de engrenagens, e acionados por motores elétricos.Spindles are fitted in longitudinal bearings, fixed to the gearboxes, and driven by electric motors.

Os ditos fusos se estendem paralelos ao eixo longitudinal da vigaSaid spindles extend parallel to the longitudinal axis of the beam

-ι-ι

8/13 reta, desde o conjunto engrenagem/motor, passando através dos respectivos mancais longitudinais, e ao longo de toda a extensão das ditas gaiolas, penetrando pelo centro dos respectivos contrapesos móveis até uma porção intermediária, na qual são conectados.8/13 straight, from the gear / motor assembly, passing through the respective longitudinal bearings, and along the entire length of said cages, penetrating through the center of the respective mobile counterweights to an intermediate portion, in which they are connected.

Os contrapesos móveis se encaixam em guias localizadas dentro das ditas gaiolas, podendo se movimentar paralelamente ao longo do eixo longitudinal da viga reta, dentro das respectivas gaiolas, acionados pelos seus fusos, permitindo um reposicionamento contínuo e independente do centro de massa de cada um dos contrapesos móveis.The mobile counterweights fit in guides located inside the said cages, being able to move parallel along the longitudinal axis of the straight beam, inside the respective cages, driven by their spindles, allowing a continuous and independent repositioning of the center of mass of each one. mobile counterweights.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

A invenção será descrita a seguir mais detalhadamente, em conjunto com os desenhos abaixo relacionados, os quais, meramente a título de exemplo, acompanham o presente relatório, do qual é parte integrante, e nos quais:The invention will be described in more detail below, together with the drawings listed below, which, purely by way of example, accompany this report, of which it is an integral part, and in which:

A Figura 1 retrata esquematicamente a vista de uma UB em que a manivela apresenta contrapeso padrão, conforme a ARTE ANTERIOR.Figure 1 schematically depicts the view of a UB in which the crank has a standard counterweight, according to the PREVIOUS ART.

A Figura 2 retrata esquematicamente a vista de uma manivela provida com o dispositivo de regulagem remota do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio.Figure 2 schematically depicts the view of a crank provided with the remote control device for balancing pumping units.

A Figura 3 retrata esquematicamente a vista de uma UB funcionando com o dispositivo de regulagem remota do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio.Figure 3 schematically depicts the view of a UB working with the remote adjustment device for balancing pumping units.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O dispositivo regulador remoto do balanceamento de manivelas de unidades de bombeio, objeto da presente invenção, foi desenvolvido a partir de pesquisas que visavam disponibilizar um meio de se alterar remotamente o balanceamento da manivela de uma UB, a qualquer momento, sem a dependência de uma parada na operação da unidade, reduzindo assim os custos, e alcançando um aumento acentuado da segurança operacional e da qualidade da regulagem.The remote regulating device for the balancing of pumping units cranks, the object of the present invention, was developed from research that aimed to provide a means to remotely change the balance of the crank of a UB, at any time, without the dependence of a downtime in the operation of the unit, thus reducing costs, and achieving a marked increase in operational safety and quality of regulation.

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Neste sentido as pesquisas foram voltadas para o desenvolvimento de um dispositivo que fosse capaz de ser aplicado às mais variadas configurações construtivas apresentadas pelas UB’s.In this sense, the research was focused on the development of a device that was capable of being applied to the most varied constructive configurations presented by the UB’s.

Por meio da Figura 1 é possível verificar e melhor entender como eram operadas as regulagens do balanceamento das manivelas de uma unidade de bombeio mecânica (200), conforme a TÉCNICA ANTERIOR.By means of Figure 1, it is possible to verify and better understand how the balancing adjustments of the cranks of a mechanical pumping unit (200) were operated, according to the PREVIOUS TECHNIQUE.

A viga principal em balanço (210) tem a amplitude de seu balanço comandada pelo movimento ascendente/descendente de uma biela (220), que por sua vez está conectada a um dos furos (231), (232) ou (233) de uma manivela (230). Como a manivela está fixada ao eixo (241) de um redutor (240), à medida que o eixo (241) gira, a manivela acompanha a sua rotação e transmite movimento à biela.The overhang beam (210) has the amplitude of its overhang controlled by the up / down movement of a connecting rod (220), which in turn is connected to one of the holes (231), (232) or (233) of a crank (230). As the crank is attached to the shaft (241) of a reducer (240), as the shaft (241) rotates, the crank follows its rotation and transmits movement to the connecting rod.

A outra extremidade da viga principal em balanço (210), oposta à biela (220), é provida com uma cabeça (250) e seu respectivo cabresto 15 (260), que têm a função de transmitir o movimento ascendente/ descendente às hastes polidas (aqui não representadas), que por sua vez acionam uma bomba no fundo do poço (também não representada naThe other end of the main swinging beam (210), opposite the connecting rod (220), is provided with a head (250) and its respective halter 15 (260), which have the function of transmitting the upward / downward movement to the polished rods (not shown here), which in turn trigger a pump at the bottom of the well (also not represented in the

Figura).Figure).

Assim, se houver uma mudança no posicionamento da fixação da biela (220), de um furo (231) para outro sobre a manivela (230), ou houver uma alteração da freqüência de bombeio, dado pela alteração de rotação do redutor, ou ainda, se houver uma mudança da carga de bombeio, devida a uma alteração das propriedades físicas do hidrocarboneto produzido, necessariamente haverá desequilíbrio de torques sobre a manivela (230).Thus, if there is a change in the positioning of the connecting rod (220), from one hole (231) to another on the crank (230), or there is a change in the pumping frequency, given by the change in the speed of the reducer, or even , if there is a change in the pumping load, due to a change in the physical properties of the hydrocarbon produced, there will necessarily be an imbalance of torques on the crank (230).

Portanto, será necessário parar a UB (200), e alterar o posicionamento do contrapeso (270) sobre a manivela (230). Isto é feito manualmente pelo técnico, por meio de catraca ou fuso (não mostrado na Figura), utilizando ferramentas manuais. Lentamente o técnico mudará o 30 posicionamento do contrapeso (270) dentro do intervalo (A - B).Therefore, it will be necessary to stop the UB (200), and change the position of the counterweight (270) on the crank (230). This is done manually by the technician, using a ratchet or spindle (not shown in the Figure), using hand tools. The technician will slowly change the position of the counterweight (270) within the range (A - B).

(c(ç

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Assim, para regular o balanceamento da manivela, atualmente é necessário parar a UB para que o contrapeso (270) seja deslocado para trás ou pra frente sobre a manivela (230), conforme a necessidade operacional do momento. Acionar nova mente a UB para constatar o resultado de equilíbrio, e se não for o esperado, refazer todas as etapas relativas à tarefa de regulagem.Thus, to adjust the balance of the crank, it is currently necessary to stop the UB so that the counterweight (270) is moved backwards or forwards over the crank (230), according to the operational need of the moment. Activate the UB again to verify the equilibrium result, and if not expected, redo all the steps related to the adjustment task.

A Figura 2 apresenta vista de uma manivela provida com dois dispositivos reguladores remotos (100) aplicados na manivela de uma unidade de bombeio, objeto da invenção.Figure 2 shows a view of a crank provided with two remote regulating devices (100) applied to the crank of a pumping unit, object of the invention.

Como pode ser facilmente visualizado, a nova manivela (130) basicamente é composta por uma viga reta (130) provida com duas gaiolas (131 e 13Γ), onde são engatados dois contrapesos independentes e móveis (110 e 110’)Cada contrapeso móvel (110 e 110’) também está provido com um fuso (120 e 120’) paralelo ao eixo longitudinal da viga reta (130’). Cada fuso (120 e 120’), por sua vez, está conectado a uma caixa de engrenagens (140 e 140’), e é acionado por um motor elétrico (150 e 150’).As can be easily seen, the new crank (130) basically consists of a straight beam (130) provided with two cages (131 and 13Γ), where two independent and mobile counterweights (110 and 110 ') are engaged. Each mobile counterweight ( 110 and 110 ') is also provided with a spindle (120 and 120') parallel to the longitudinal axis of the straight beam (130 '). Each spindle (120 and 120 '), in turn, is connected to a gearbox (140 and 140'), and is driven by an electric motor (150 and 150 ').

É fácil perceber que a nova manivela (130) passa a apresentar uma configuração construtiva diferenciada, em relação à manivela (230) da técnica anterior constituída basicamente por uma viga reta.It is easy to see that the new crank (130) starts to present a different constructive configuration, in relation to the crank (230) of the previous technique basically constituted by a straight beam.

O corpo principal da nova manivela (130) apresenta uma viga reta (130’) central provida, paralelamente e ao longo do seu sentido longitudinal, com duas gaiolas (131 e 131’) simetricamente dispostas, de formato retangular e com a mesma espessura da viga reta (130’). As gaiolas (131 e 131’) se estendem desde a extremidade da viga reta (130’) provida com o mancai motor (132), até a extremidade oposta a este mancai.The main body of the new crank (130) has a central straight beam (130 ') provided, parallel and along its longitudinal direction, with two cages (131 and 131') symmetrically arranged, rectangular in shape and the same thickness as the straight beam (130 '). The cages (131 and 131 ') extend from the end of the straight beam (130') provided with the motor bearing (132), to the opposite end of this bearing.

Opcionalmente as extremidades das gaiolas (131 e 13Γ) opostas ao alinhamento do mancai motor (132) podem apresentar uma conformaçãoOptionally, the ends of the cages (131 and 13Γ) opposite the alignment of the motor bearing (132) can have a conformation

11/13 curva, de modo que, em conjunto com a extremidade da própria viga reta (130’), formam um segmento de arco.11/13 curved, so that, together with the end of the straight beam itself (130 '), they form an arc segment.

As gaiolas (131 e 13Γ) ainda são providas de guias (não visualizadas na figura) nas quais se encaixam cada contrapeso móvel (110 e 110’).The cages (131 and 13Γ) are still provided with guides (not shown in the figure) to which each mobile counterweight (110 and 110 ’) fits.

O topo de cada gaiola (131 e 13T), voltado para a zona do mancai motor (132), é provido com mancais longitudinais (121 e 12Γ), seqüenciados por caixas de engrenagens (140 e 140’), finalizados por motores elétricos (150 e 150’).The top of each cage (131 and 13T), facing the area of the motor bearing (132), is provided with longitudinal bearings (121 and 12Γ), sequenced by gearboxes (140 and 140 '), completed by electric motors ( 150 and 150 ').

Os fusos (120 e 120’), encaixados respectivamente nos mancais longitudinais (121e121’)e fixados às caixas de engrenagens (140 e 140’), são respectivamente acionados pelos motores elétricos (150 e 150’). Os ditos fusos (120 e 120’) se estendem paralelos ao eixo longitudinal da viga reta (130’), desde o conjunto engrenagem/motor, passando através dos respectivos mancais longitudinais (121 e 121’), e ao longo de toda a extensão das ditas gaiolas (131 e 13Γ), penetrando pelo centro dos respectivos contrapesos móveis (110 e 110’) até uma porção intermediária, na qual são conectados.The spindles (120 and 120 '), fitted respectively to the longitudinal bearings (121e121') and fixed to the gearboxes (140 and 140 '), are respectively driven by the electric motors (150 and 150'). Said spindles (120 and 120 ') extend parallel to the longitudinal axis of the straight beam (130'), from the gear / motor assembly, passing through the respective longitudinal bearings (121 and 121 '), and along the entire length from said cages (131 and 13Γ), penetrating through the center of the respective mobile counterweights (110 and 110 ') to an intermediate portion, in which they are connected.

Os contrapesos móveis (110 e 110’) apresentam um perfil poligonal, com terminação equivalente ao da extremidade das respectivas gaiolas (131 e 131’), porém dimensionalmente menores, com um terço do comprimento das gaiolas que os contém, e suficientemente mais curtos para que possam se encaixar nas guias dentro das ditas gaiolas (131 e 131’). Deste modo os contrapesos móveis (110 e 110’) podem se movimentar paralelamente ao longo do eixo longitudinal da viga reta (130’), dentro das respectivas gaiolas (131 e 131’), acionados pelos seus respectivos fusos (120 e 120’).The mobile counterweights (110 and 110 ') have a polygonal profile, with a termination equivalent to the end of the respective cages (131 and 131'), but dimensionally smaller, with a third of the length of the cages that contain them, and short enough to that can fit on the guides inside said cages (131 and 131 '). In this way, the mobile counterweights (110 and 110 ') can move in parallel along the longitudinal axis of the straight beam (130'), within the respective cages (131 and 131 '), driven by their respective spindles (120 and 120') .

Os contrapesos móveis (110 e 110’) podem se deslocar por uma extensão equivalente a dois terços do comprimento total da viga reta (130’), permitindo um reposicionamento contínuo e independente doThe mobile counterweights (110 and 110 ’) can travel for an extension equivalent to two thirds of the total length of the straight beam (130’), allowing a continuous and independent repositioning of the

12/13 centro de massa de cada contrapeso móvel (110 e 110’).12/13 center of mass of each mobile counterweight (110 and 110 ’).

Por meio da Figura 3, que apresenta a manivela (130) provida com dois dispositivos de balanceamento remoto (100) montada em uma UB tradicional, fica mais fácil entender a praticidade de funcionamento do objeto da atual invenção.By means of Figure 3, which presents the crank (130) provided with two remote balancing devices (100) mounted on a traditional UB, it is easier to understand the practicality of operation of the object of the current invention.

A qualquer momento, mesmo com a UB em funcionamento, ao se acionar cada um dos motores elétricos (150 e 150’), independentemente ou simultaneamente, os fusos (120 e 120’) atuarão sobre os respectivos contrapesos móveis (110 e 110’) fazendo-os deslizar dentro das suas gaiolas (131 e 131’). Como cada UB é provida com duas manivelas que trabalham em paralelo, é importante que o acionamento comande simultaneamente os correspondentes motores das duas manivelas.At any time, even with the UB in operation, when each of the electric motors (150 and 150 ') are activated, independently or simultaneously, the spindles (120 and 120') will act on the respective mobile counterweights (110 and 110 ') making them slide into their cages (131 and 131 '). As each UB is provided with two cranks that work in parallel, it is important that the drive controls the corresponding motors of the two cranks simultaneously.

Alterando-se a posição dos contrapesos móveis (110 e 110’), conseqüentemente será alterado o torque deles sobre a viga reta (130’) em relação ao eixo do redutor (240). Portanto qualquer que seja a origem do desequilíbrio de torques sobre a viga reta (130’), o balanceamento pode ser remotamente alterado, com a UB (200) em pleno funcionamento.By changing the position of the mobile counterweights (110 and 110 ’), consequently their torque on the straight beam (130’) in relation to the reducer axis (240) will be changed. Therefore, whatever the origin of the torque imbalance on the straight beam (130 '), the balance can be changed remotely, with the UB (200) in full operation.

Assim, mesmo que a biela (220) seja ajustada para alterar a amplitude do deslocamento ascendente/descendente, ou a freqüência de rotação do redutor (240) aumentada ou reduzida conforme as necessidades de produção, ou mesmo que haja uma alteração das propriedades físicas do hidrocarboneto influenciando na carga da bomba, qualquer uma dessas modificações causará desequilíbrio de torque sobre a viga reta (130’), porém, o equilíbrio poderá ser prontamente restabelecido, sem interrupção da produção.Thus, even if the connecting rod (220) is adjusted to change the amplitude of the upward / downward displacement, or the frequency of rotation of the reducer (240) increased or reduced according to the production needs, or even if there is a change in the physical properties of the hydrocarbon influencing the pump load, any of these changes will cause torque imbalance on the straight beam (130 '), however, the balance can be readily restored, without interrupting production.

Opcionalmente, adotando-se o dispositivo de balanceamento remoto (100) proposto, é possível instalar sensores sobre a viga reta (130’) de modo a captar distorções do equilíbrio de torques atuantes sobre a dita viga, e com essas informações alimentar um processador numérico que atue automaticamente sobre o comando do dispositivo de balanceamentoOptionally, adopting the proposed remote balancing device (100), it is possible to install sensors on the straight beam (130 ') in order to capture distortions of the balance of torques acting on said beam, and with this information feed a numerical processor that acts automatically on the control of the balancing device

13/13 remoto (100).Remote 13/13 (100).

Díferentemente da técnica anterior, a alteração de posicionamento dos contrapesos móveis (110 e 110’) é feita sem a necessidade de parada da UB, e podendo ainda realizar o balanceamento de modo dinâmico, 5 precisando a harmonização das vibrações instantaneamente.Differently from the prior art, the change in positioning of the mobile counterweights (110 and 110 ’) is done without the need to stop the UB, and can also perform the balancing in a dynamic way, 5 precisely harmonizing the vibrations instantly.

Outra vantagem inquestionável de se adotar o dispositivo proposto, é que a regulagem do balanceamento das manivelas pode ser feito por meio de um comando localizado na própria UB, como também se pode transferir este comando para uma central remota que agrupe o comando 10 de um grupo de UB’s, a qualquer momento, sem a dependência de uma parada na operação da unidade, reduzindo assim os custos, e alcançando um aumento acentuado da segurança operacional e da qualidade da regulagem.Another unquestionable advantage of adopting the proposed device, is that the adjustment of the balancing of the cranks can be done through a command located in the UB itself, as well as this command can also be transferred to a remote central that groups the command 10 of a group. of UB's, at any time, without the dependence of a stop in the operation of the unit, thus reducing costs, and achieving a sharp increase in operational safety and quality of regulation.

A invenção foi aqui descrita com referência sendo feita à suas 15 concretizações preferidas. Deve, entretanto, ficar claro, que a invenção não está limitada a essas concretizações, e aqueles com habilidades na técnica irão imediatamente perceber que alterações e substituições podem ser feitas dentro deste conceito inventivo aqui descrito.The invention has been described herein with reference to its preferred embodiments. It should, however, be clear, that the invention is not limited to these embodiments, and those skilled in the art will immediately realize that changes and substitutions can be made within this inventive concept described here.

Claims

1 - REMOTE REGULATORY DEVICE FOR MECHANICAL PUMP UNIT HANDLING BALANCING, which comprises a counterweighted crank characterized by the main body of the new crank (130) having a central beam (130 ') provided with a motor bearing (132 ), in parallel and along its longitudinal direction, and with two cages (131 and 131 ') symmetrically arranged in a rectangular shape and with the same thickness as the straight beam (130'); the cages (131 and 131 ') extend from the end of the straight beam (130') provided with the motor bearing (132), to the opposite end of this bearing; said cages (131 and 13Γ) being further provided with guides in which mobile counterweights (110 and 110 ’) fit; the top of each cage (131 and 131 '), facing the motor bearing region (132), be provided with longitudinal bearings (121 and 12T), sequenced by gearboxes (140 and 140'), completed by electric motors (150 and 150 '); spindles (120 and 120 ') are fitted to the respective longitudinal bearings (121 and 121') and fixed to gearboxes (140 and 140 '), driven by electric motors (150 and 150'); said spindles (120 and 120 ') extend parallel to the longitudinal axis of the straight beam (130'), from the gear / motor assembly, passing through the respective longitudinal bearings (121 and 121 '), and along the entire length from said cages (131 and 13Γ), penetrating through the center of the respective mobile counterweights (110 and 110 ') to an intermediate portion, in which they are connected; said mobile counterweights have a polygonal profile, with a termination equivalent to that of the end of the respective cages (131 and 13Γ), but of smaller dimensions, with a third of the length of the cages, and sufficiently shorter so that they can fit in the guides located inside said cages (131 and 13Γ), being able to move in parallel along the longitudinal axis of the straight beam (130 '), inside the respective cages (131 and 131'), driven by their

2/2 spindles (120 and 120 ’).

2 - REMOTE REGULATING DEVICE FOR MECHANICAL PUMP UNIT HANDLING BALANCING, according to claim 1, characterized in that optionally the ends of the cages (131 and 131 ') opposite the alignment of the motor bearing (132) can present a curved conformation, so that, together with the end of the straight beam (130 ') they form an arc segment.

3 - REMOTE REGULATING DEVICE FOR MECHANICAL PUMP UNIT HANDLING BALANCING, according to claim 1, characterized in that the mobile counterweights (110 and 110 ') can travel for an extension equivalent to two thirds of the total length of the straight beam ( 130 ').

4 - REMOTE REGULATORY DEVICE FOR MECHANICAL PUMP UNIT HANDLING BALANCING, according to claim 1, characterized in that the mobile counterweights (110 and 110 ') can move controlled by the control provided in the pumping unit itself, or in a central remote control that groups the command of a group of pumping units.

5 - REMOTE REGULATORY DEVICE FOR MECHANICAL PUMP UNIT HANDLING BALANCING, according to claim 1, characterized in that it is optionally possible to install sensors on the straight beam (130 ') that capture distortions in the balance of torques acting on said beam, and with this information feed a numerical processor that automatically acts on the remote balancing devices (100).