RU2408797C1

RU2408797C1 - Oil jack pump

Info

Publication number: RU2408797C1
Application number: RU2009130518/06A
Authority: RU
Inventors: Абдулла Сиражутдинович Алиев (RU); Абдулла Сиражутдинович АЛИЕВ; Рахметуллах Абдулаевич Алиев (RU); Рахметуллах Абдулаевич Алиев; Алибек Басирович Алхасов (RU); Алибек Басирович Алхасов; Рамиз Газиметович Казимагомедов (RU); Рамиз Газиметович Казимагомедов; Габибулла Абдуллаевич Азизов (RU); Габибулла Абдуллаевич Азизов
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-01-10

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: oil jack pump consists of frame equipped with engine coupled with reducer and of motion converter connected with pump rod. The motion converter consists of kinematically tied shafts, of an overrunning clutch, of the first four gears, and also of a segment gear mounted of the engine shaft. The segment gear interacts in turn with the first and the second gears arranged on diametrically opposite sides on sleeves of the overrunning clutches alternately engaged. Hubs of the overrunning clutches together with the third and the fourth gears are motionlessly fixed on the shafts. Additionally, the jack pump is equipped with a multi-link pusher one end of which is hinged to and interacts with the rod. Another end of the pusher consisting of two telescopic links is hinged to and interacts with fingers secured on the hubs of the corresponding overrunning clutches. ^ EFFECT: simplified design of oil jack pump and expanded functionality at extracting oil from directional holes reduced expenditures for power. ^ 2 cl, 2 dwg

Description

Нефтяная качалка относится к машиностроению, а именно к области нефтедобывающей отрасли машиностроения.Oil pumping refers to mechanical engineering, namely to the field of the oil industry of mechanical engineering.

Известна нефтяная качалка, содержащая двигатель, кривошипно-шатунный преобразователь движения, балансир, противовес, трос, шток и насос, который может быть указан в качестве аналога предлагаемого технического решения [Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела, Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002].Known oil rocker, containing the engine, crank transducer, balancer, counterweight, cable, rod and pump, which can be specified as an analogue of the proposed technical solution [Korshak A.A., Shammazov A.M. Fundamentals of oil and gas business, Ufa: DesignPolygraphServis, 2002].

Недостаток аналога заключается в низком КПД, связанном с низким КПД кривошипно-шатунного преобразователя движения, а также в ограниченности применения его только в вертикальных нефтяных скважинах.The disadvantage of the analogue is the low efficiency associated with the low efficiency of the crank motion converter, as well as the limited use of it only in vertical oil wells.

Известна также нефтяная качалка, содержащая каркас, снабженный двигателем, связанным с редуктором, преобразователь движения и трос, связанный со штоком насоса [см. SU 985419 A (отдел конструирования, опробования и внедрения разработок ВНИИ нефтяной промышленности, 30.12.1982)].An oil pumping unit is also known, comprising a frame equipped with an engine connected to a gearbox, a motion transducer and a cable connected to a pump rod [see SU 985419 A (department for the design, testing and implementation of developments of the All-Russian Research Institute of the Oil Industry, 12/30/1982)].

Указанная нефтяная качалка является средством того же назначения, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения по первому пункту независимых признаков предлагаемого технического решения, и может быть принята за ближайший аналог (прототип).The specified oil pump is a tool of the same purpose, which is characterized by a combination of features that is closest to the set of essential features of the invention in the first paragraph of the independent features of the proposed technical solution, and can be taken as the closest analogue (prototype).

Недостатком прототипа является низкий КПД и ограниченность его применения только в вертикальных скважинах.The disadvantage of the prototype is the low efficiency and limited use of it only in vertical wells.

Техническая задача заключается в повышении КПД нефтедобывающей качалки и расширении функциональных возможностей при добыче нефти из наклонных скважин, а также в экономии энергетических затрат.The technical problem is to increase the efficiency of the oil pumping unit and expand the functionality when producing oil from deviated wells, as well as to save energy costs.

Техническая задача достигается путем применения новой конструкции нефтяной качалки, которая содержит каркас, снабженный двигателем, связанным с редуктором, преобразователь движения, связанный со штоком насоса. При этом преобразователь движения содержит кинематически связанные валы, обгонные муфты, четыре шестерни, а также сегментную шестерню, установленную на валу двигателя. Сегментная шестерня взаимодействует по очереди с первой и второй шестернями, установленными с диаметрально противоположных сторон на обоймах обгонных муфт, входящих в сцепление по очереди. Ступицы обгонных муфт совместно с третьей и четвертой шестернями установлены неподвижно на валах. Кроме того, качалка содержит многозвенный толкатель, один конец которого шарнирно связан и взаимодействует со штоком, а другой конец, состоящий из двух раздвижных звеньев, шарнирно связан и взаимодействует с в пальцами, закрепленными на ступицах соответствующих обгонных муфт.The technical problem is achieved by applying the new design of the oil rocking chair, which contains a frame equipped with an engine connected to the gearbox, a motion transducer associated with the pump rod. In this case, the motion converter contains kinematically connected shafts, freewheels, four gears, as well as a segment gear mounted on the motor shaft. The segment gear interacts in turn with the first and second gears mounted from diametrically opposite sides on the clips of the overrunning clutches included in the clutch in turn. The hubs of the overrunning clutches together with the third and fourth gears are mounted motionless on the shafts. In addition, the rocking chair contains a multi-link pusher, one end of which is pivotally connected and interacts with the rod, and the other end, consisting of two sliding links, is pivotally connected and interacts with the fingers attached to the hubs of the corresponding overrunning couplings.

Кроме того нефтяная качалка дополнительно содержит трос, балансир с противовесом и сегментным наконечником. При этом конец многозвенного толкателя шарнирно связан и взаимодействует с балансиром, а трос перекинут через сегментный наконечник балансира и связан с верхним концом штока. Нижний конец штока связан с поршнем насоса. Корпус качалки установлен на каркасе с возможностью колебания относительно горизонтального вала двигателя с редуктором.In addition, the oil pump additionally contains a cable, a balancer with a counterweight and a segment tip. In this case, the end of the multi-link pusher is pivotally connected and interacts with the balancer, and the cable is thrown over the segment tip of the balancer and connected with the upper end of the rod. The lower end of the stem is connected to the pump piston. The rocking housing is mounted on the frame with the possibility of oscillation relative to the horizontal motor shaft with gear.

На фиг.1 представлен вид сбоку на качалку, где:Figure 1 presents a side view of a rocking chair, where:

1 - каркас (задняя стенка);1 - frame (back wall);

2 - балансир;2 - balancer;

3 - сегментный наконечник;3 - segment tip;

4 - ось колебания;4 - axis of oscillation;

5 - противовес;5 - counterweight;

6 - многозвенный толкатель;6 - multi-link pusher;

7, 8 - первый и второй пальцы;7, 8 - the first and second fingers;

9, 10 - первая и вторая обгонные муфты;9, 10 - the first and second overrunning clutches;

11, 12 - первая и вторая шестерни;11, 12 - the first and second gears;

13 - сегментная шестерня;13 - segment gear;

14, 15 - первый и второй валы;14, 15 - the first and second shafts;

16 - вал двигателя;16 - an engine shaft;

17 - трос;17 - a cable;

18 - шток.18 - stock.

На фиг.2 представлен вид А-А по фиг.1 на конструкцию нефтяной качалки, где позиции 1-16 те же, что на фиг.1;In Fig.2 presents a view aa of Fig.1 on the construction of an oil pump, where positions 1-16 are the same as in Fig.1;

19 - двигатель с редуктором;19 - engine with gear;

20 - каркас (передняя стенка);20 - frame (front wall);

21, 22 - задняя и передняя стенки корпуса;21, 22 - rear and front walls of the housing;

23 - боковые крепления корпуса;23 - side mounting of the housing;

24 - подшипники;24 - bearings;

25, 26 - третья и четвертая шестерни.25, 26 - the third and fourth gears.

Принцип работы нефтяной качалки, конструкция которой представлена на фиг.1 и фиг.2, заключается в следующем:The principle of operation of the oil pump, the design of which is presented in figure 1 and figure 2, is as follows:

Конструкция нефтяной качалки состоит из каркаса, состоящего из двух параллельных стенок 1, 20, соединенных между собой с помощью двух параллельных боковых креплений 23. Корпус двигателя с редуктором крепится неподвижно на задней стенке корпуса 1. Между двумя стенками каркаса шарнирно установлен качающий корпус, состоящий из задней 21 и передней 22 стенок. Между стенками корпуса шарнирно установлены первый 14 и второй 15 валы. На первом валу 14 неподвижно установлены ступица первой обгонной муфты 9 и третья шестерня 25.The design of the oil rocking chair consists of a frame, consisting of two parallel walls 1, 20, interconnected by two parallel side mounts 23. The motor housing with the gear is fixedly mounted on the rear wall of the housing 1. Between the two walls of the frame a swing housing is mounted pivotally, consisting of rear 21 and front 22 walls. Between the walls of the housing the first 14 and second 15 shafts are pivotally mounted. The hub of the first overrunning clutch 9 and the third gear 25 are fixedly mounted on the first shaft 14.

На втором валу 15 также неподвижно установлена ступица второй обгонной муфты 10 и четвертая шестерня 26. На обоймах первой 9 и второй 10 обгонных муфт неподвижно закреплены первая 11 и вторая 12 шестерни соответственно. Указанные шестерни по очереди взаимодействуют с сегментной шестерней 13, неподвижно установленной на валу первого двигателя с редуктором 19. У сегментной шестерни диаметр делительной окружности r в два раза меньше диаметра R делительной окружности первой 11 и второй 12 шестерен R=2r.The hub of the second overrunning clutch 10 and the fourth gear 26 are also fixedly mounted on the second shaft 15. The first 11 and second 12 gears, respectively, are fixedly attached to the clips of the first 9 and second 10 overrunning clutches. These gears in turn interact with a segment gear 13 fixedly mounted on the shaft of the first engine with gear 19. The segment gear has a pitch circle diameter r two times smaller than the pitch circle diameter R of the first 11 and second 12 gears R = 2r.

Кроме того, зубья сегментной шестерни занимают менее половины ее делительной окружности. При этом первая 9 и вторая 10 обгонные муфты установлены на соответствующих валах 14 и 15 так, чтобы они входили в сцепление по очереди. Это происходит в те моменты времени, когда сегментная шестерня 13 взаимодействует с первой 11 и второй 12 шестерней соответственно. Третья 25 и четвертая 26 шестерни, неподвижно установленные на первом 14 и втором 14 валах, постоянно находятся в сцеплении друг с другом. Данные шестерни меняют свое направление вращения после поворота на 90° в ту или другую сторону. На такой же угол поворачиваются в ту или другую сторону ступицы первой 9 и второй 10 обгонных муфт. Ступицы обгонных муфт 9 и 10 связаны с соответствующими пальцами 7 и 8. Пальцы шарнирно связаны с нижними концами многозвенного толкателя 6. Пальцы колеблются во взаимно противоположных направлениях в пределах 90°. Колебание пальцев навстречу друг другу приводит к удлинению многозвенного толкателя. Чем больше число пар рычагов многозвенного толкателя, тем больше стрелка выдвижения (длина) многозвенного толкателя 6. Верхний конец толкателя шарнирно связан с балансиром 2 качалки. Балансир имеет ось качания 4 и сегментарный наконечник 3. Центр кривизны сегментного наконечника совпадает с осью 4. На нижнем конце балансира неподвижно закреплен противовес 5. Противовес компенсирует моменты на оси 4, создаваемые сегментной головкой 3, тросом 17 и штоком 18.In addition, the teeth of the segment gear occupy less than half of its pitch circle. In this case, the first 9 and second 10 overrunning clutches are installed on the respective shafts 14 and 15 so that they enter the clutch in turn. This occurs at those times when the segment gear 13 interacts with the first 11 and second 12 gear, respectively. The third 25 and fourth 26 gears, fixedly mounted on the first 14 and second 14 shafts, are constantly in engagement with each other. These gears change their direction of rotation after turning 90 ° in one direction or another. At the same angle, the first 9 and second 10 overrunning clutches are turned in one direction or another. The hubs of the overrunning clutches 9 and 10 are connected to the corresponding fingers 7 and 8. The fingers are pivotally connected to the lower ends of the multi-link pusher 6. The fingers oscillate in mutually opposite directions within 90 °. Oscillation of the fingers towards each other leads to lengthening of the multi-link pusher. The larger the number of pairs of levers of the multi-link pusher, the greater the extension arrow (length) of the multi-link pusher 6. The upper end of the pusher is pivotally connected to the rocker balancer 2. The balancer has a swing axis 4 and a segmental tip 3. The center of curvature of the segment tip coincides with axis 4. A counterweight is fixedly fixed at the lower end of the balancer 5. The counterweight compensates for moments on the axis 4 created by the segment head 3, cable 17 and rod 18.

Верхний конец многозвенного толкателя 6 при вращении сегментной шестерни 13 совершает возвратное поступательное движение по вертикали. Этот конец может быть шарнирно соединен с концом штока 18.The upper end of the multi-link pusher 6 during rotation of the segment gear 13 performs a reciprocal vertical movement. This end may be pivotally connected to the end of the rod 18.

Для этого многозвенный толкатель устанавливается с нижней стороны обгонных муфт 9 и 10. Непосредственное соединение многозвенного толкателя 6 со штоком 18 позволяет откачивать нефть или геотермальную воду из наклонных скважин. Качалки с балансиром 2 и тросом 17 позволяют выкачивать нефть только из вертикальных скважин.For this, a multi-link pusher is installed on the lower side of the overrunning clutches 9 and 10. Direct connection of the multi-link pusher 6 with the rod 18 allows pumping oil or geothermal water from deviated wells. Rocking chairs with a balancer 2 and a cable 17 allow pumping oil only from vertical wells.

На фиг.1 конец многозвенного толкателя 6 шарнирно связан с балансиром 2, колеблющимся вокруг оси 4.In Fig.1, the end of the multi-link pusher 6 is pivotally connected to the balancer 2, oscillating around the axis 4.

Для обеспечения необходимого поворота многозвенного толкателя относительно оси вала 16 первого двигателя 19 используется шарнирное соединение корпуса, состоящего из стенок 21 и 22 относительно каркаса, состоящего из стенок 1 и 20. Шарнирное соединение корпуса относительно каркаса обеспечивается с помощью радиально-упорных подшипников 24. Каркас установлен неподвижно на земле. При вращении вала 10 двигателя по часовой стрелке сегментная шестерня 13 взаимодействует со второй шестерней 10. При этом вторая обгонная муфта входит в сцепление, что приводит к повороту второй 10 и четвертой 26 шестерен на 90° против часовой стрелки.To ensure the necessary rotation of the multi-link pusher relative to the axis of the shaft 16 of the first engine 19, a hinged connection of the housing consisting of walls 21 and 22 relative to the frame consisting of walls 1 and 20 is used. The hinged connection of the housing relative to the frame is provided using angular contact bearings 24. The frame is installed motionless on the ground. When the motor shaft 10 is rotated clockwise, the segment gear 13 interacts with the second gear 10. In this case, the second overrunning clutch engages, which causes the second 10 and fourth 26 gears to rotate 90 ° counterclockwise.

Третья шестерня 25, находящаяся в сцеплении с четвертой шестерней, вращается по часовой стрелке на 90°. На такой же угол по часовой стрелке вращается ступица первой обгонной муфты 9. Такой встречный поворот ступиц обгонных муфт и установленных на них пальцев 7 и 8 приводит к выдвижению многозвенного толкателя вверх. Это приводит к подъему балансира 2 и связанных с ним троса 17 и штока 18.The third gear 25, which is in engagement with the fourth gear, rotates clockwise by 90 °. The hub of the first overrunning clutch rotates clockwise at the same angle 9. This counter-rotation of the hubs of the overrunning clutches and the fingers 7 and 8 mounted on them leads to the extension of the multi-link pusher up. This leads to the rise of the balancer 2 and the associated cable 17 and the rod 18.

Во втором полупериоде вращения вала 16 двигателя с редуктором 19 происходит взаимодействие сегментной шестерни 13 с первой шестерней 11. При этом в сцепление входит первая обгонная муфта 9. Это приводит к повороту ступицы первой обгонной муфты, первого вала и третьей шестерни 25 на 90° против часовой стрелки. Взаимодействие третьей шестерни с четвертой шестерней 26 приводит к повороту последней связанной с ней ступицы второй обгонной муфты на 90° по часовой стрелке. Поворот ступиц обгонных муфт 9 и 10, а также связанных с ними пальцев 7 и 8 во взаимно противоположных направлениях приводит к укорачиванию (свертыванию) многозвенного толкателя 6. Это приводит к опусканию балансира и связанных с ним троса 17 и штока 18 вниз.In the second half-cycle of rotation of the motor shaft 16 with the gearbox 19, the segment gear 13 interacts with the first gear 11. In this case, the first overrunning clutch 9 enters the clutch. This causes the hub of the first overrunning clutch, the first shaft and third gear 25 to rotate 90 ° counterclockwise arrows. The interaction of the third gear with the fourth gear 26 leads to the rotation of the last connected hub of the second overrunning clutch 90 ° clockwise. The rotation of the hubs of the overrunning clutches 9 and 10, as well as the fingers 7 and 8 connected with them in mutually opposite directions, leads to the shortening (folding) of the multi-link pusher 6. This leads to the lowering of the balancer and the associated cable 17 and rod 18 down.

По сравнению с прототипом, где используется кривошипно-шатунный преобразователь вращательного движения вала двигателя в колебательное движение балансира, КПД предлагаемой качалки повышается. Это связано с тем, что первая и вторая шестерня и соответствующие пальцы колеблются в пределах ±45° от положения, где момент на валах 14 и 15 максимален. Средний момент равен 0,9 RP. В прототипе средний момент равен М=0,3 RP. Таким образом, момент на валу возрастает в три раза. При непосредственном соединении многозвенного толкателя 6 со штоком 18 отпадает необходимость в применении балансира с наконечником 3 и противовесом, а также в колеблющемся корпусе (стенок 21, 22 и креплений 23). Таким образом, шток совершает возвратно-поступательное движение. Конец штока связан с поршнем. Опускание поршня приводит к всасыванию нефти или геотермальных вод в цилиндр. При подъеме поршня всасывающий клапан закрывается и нефть (или горячая вода) поднимается вверх (см. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела. Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002).Compared with the prototype, which uses a crank transducer of the rotational motion of the motor shaft to the oscillatory motion of the balancer, the efficiency of the proposed rocking increases. This is due to the fact that the first and second gear and corresponding fingers oscillate within ± 45 ° from the position where the moment on the shafts 14 and 15 is maximum. The average moment is 0.9 RP. In the prototype, the average moment is M = 0.3 RP. Thus, the moment on the shaft increases three times. With the direct connection of the multi-link pusher 6 with the rod 18, there is no need to use a balancer with a tip 3 and a counterweight, as well as in an oscillating body (walls 21, 22 and fastenings 23). Thus, the rod makes a reciprocating motion. The end of the stem is connected to the piston. Lowering the piston leads to the absorption of oil or geothermal water into the cylinder. When the piston rises, the suction valve closes and oil (or hot water) rises (see Korshak A.A., Shammazov A.M. Fundamentals of oil and gas business. Ufa: DesignPolygraphService, 2002).

Нефтяная качалка позволяет экономить электрическую энергию в два раза и позволяет выкачивать нефть или геотермальную воду как из вертикальных, так и из наклонных скважин.Oil pumping allows you to save electrical energy in half and allows you to pump oil or geothermal water from both vertical and deviated wells.

Claims

1. An oil rocker containing a frame and equipped with an engine connected to the gearbox, a motion transducer associated with a pump rod, characterized in that the motion transducer comprises kinematically connected shafts, overrunning clutches, four gears, and also a segment gear mounted on the motor shaft, wherein the segment gear interacts in turn with the first and second gears mounted from diametrically opposite sides on the clips of overrunning clutches included in the clutch in turn, the hubs of which are compatible Naturally, the third and fourth gears are fixedly mounted on the shafts, in addition, the rocking chair contains a multi-link pusher, one end of which is pivotally connected and interacts with the rod, and the other end, consisting of two sliding links, is pivotally connected and interacts with the fingers fixed on the hubs of the corresponding overrunning clutches.

2. The oil pump according to claim 1, characterized in that it further comprises a cable, a balancer with a counterweight and a segment tip, while the end of the multi-link pusher is pivotally connected and interacts with the balancer, and the cable is thrown over the segment tip of the balancer and connected to the upper end of the rod, the lower end of which is connected with the piston of the pump, in addition, the rocker housing is mounted on the frame with the possibility of oscillation relative to the horizontal shaft of the engine with the gearbox.