RU2578011C1

RU2578011C1 - Well bottom-hole pump drive

Info

Publication number: RU2578011C1
Application number: RU2015105019/06A
Authority: RU
Inventors: Азат Атласович Саитов; Илгизяр Гаптнурович Шамсутдинов; Наталья Викторовна Федосеенко; Владимир Михайлович Валовский; Владимир Борисович Оснос
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-03-20

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to technical means for fluid lifting from wells and can be used in oil industry for extraction of oil with the help of oil-well pumps. Drive includes the following components, mounted on the base body frame: engine, reduction gear, a mechanism converting rotational motion into reciprocal. It comprises drive and driven pulleys wrapped by continuous flexible link engaged with carriage connected with counterweight fitted in the housing guides and coupled via flexible link with suspension of rods. Axles of said converting mechanism, counterweight and flexible link are located nearby one vertical plane. Top pulley is installed in housing and ensures a possibility of rotation and restricted movement along the axis of the converting mechanism for adjustment of continuous flexible link with the help of a tensioning mechanism consisting of a movable housing with a pulley axle mounted on longitudinal slides of the drive housing and connected with the pusher. Pusher of the tensioning mechanism is made in the shape of a hydraulic pair of a cylinder and piston, the movable part of which supports the top pulley case. Tensioning mechanism is made in the shape of a hydraulic plunger- or piston pump interconnected through the pressure valve with the pusher cylinder. Movable part of the pump is equipped with load, selected with a view to a possibility of own movement and movement of a movable part of the pusher in case of relief of tensioning of the continuous flexible link below the selected tension value.

EFFECT: periodic maintenance of the tightening mechanism is excluded and constant tension force is ensured.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам для подъема жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами.The invention relates to technical means for lifting liquid from wells and can be used in the oil industry for oil production by sucker rod pumps.

Известен привод скважинного штангового насоса (патент RU №2200876, МПК F04B 47/02, опубл. 20.03.2003, бюл. №8), содержащий установленную на основании раму и размещенные на ней двигатель, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и криволинейный направляющий элемент с постоянным радиусом кривизны, охваченный гибким непрерывным звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через гибкое звено с колонной штанг, при этом противовес выполнен сборным, состоящим из основного противовеса, нормализующего работу привода насоса, снабженного штангами минимального сечения и спущенного на минимальную глубину скважины, и дополнительных противовесов, выполненных с возможностью размещения их массы симметрично относительно оси симметрии плоскости гибкого непрерывного звена на основном противовесе, при этом суммарный центр тяжести расположен в непосредственной близости от этой плоскости, а гибкое звено, связывающее противовес с колонной штанг, размещено с образованием четного числа параллельных ветвей, узлы соединения ветвей гибкого звена с противовесом размещены попарно симметрично относительно оси симметрии гибкого звена за пределами его контура, при этом узлы соединения гибкого звена с противовесом и узлом подвески штанг выполнены с обеспечением одинакового натяжения всех ветвей гибкого звена, а рама снабжена колесами и дополнительным приводом и выполнена с возможностью фиксации относительно основания в любых положениях, а колеса установлены с возможностью взаимодействия с направляющими, и дополнительную раму, соединенную с основной рамой с возможностью перемещения в направлении оси симметрии контура гибкого непрерывного звена, проходящей через ведущий и криволинейный направляющий элемент преобразующего механизма, причем соединение выполнено с возможностью фиксации дополнительной рамы относительно основной в любом положении, при этом гибкое звено, связывающее противовес с колонной штанг, выполнено замкнутым.A well-known drive of a sucker-rod pump (patent RU No. 2200876, IPC F04B 47/02, publ. March 20, 2003, bull. No. 8), comprising a motor mounted on the base and placed on it, a mechanism for converting rotational motion into reciprocating, including a drive pulley and a curved guide element with a constant radius of curvature, covered by a flexible continuous link connected to a carriage connected to a counterweight installed in the guides and connected through a flexible link with a rod string, while the counterweight is made one, consisting of the main counterweight, normalizing the operation of the pump drive, equipped with rods of the minimum cross section and lowered to the minimum depth of the well, and additional counterweights made with the possibility of placing their mass symmetrically with respect to the axis of symmetry of the plane of the continuous continuous link on the main counterweight, with the total center of gravity located in close proximity to this plane, and the flexible link connecting the counterweight to the rod string is placed with the formation of an even number of steam of the branch branches, the nodes of the connection of the branches of the flexible link with the counterweight are placed pairwise symmetrically with respect to the axis of symmetry of the flexible link outside its contour, while the nodes of the connection of the flexible link with the counterweight and the suspension node of the rods are made to ensure the same tension of all branches of the flexible link, and the frame is equipped with wheels and an additional drive and is made with the possibility of fixing relative to the base in any positions, and the wheels are installed with the possibility of interaction with the guides, and an additional frame, United with the main frame with the ability to move in the direction of the axis of symmetry of the contour of a flexible continuous link passing through the leading and curved guide element of the transforming mechanism, the connection being made with the possibility of fixing the additional frame relative to the main frame in any position, while the flexible link connecting the counterweight to the rod string is closed.

Известен привод скважинного штангового насоса (патент US №4916959, Int. Cl. 4 B66B 5/26, опубл. 17.04.1990), содержащий установленные на основании на единой раме с корпусом двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомые шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса и связанным через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса и гибкого звена находятся вблизи одной вертикальной плоскости, а верхний (ведомый) шкив установлен в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения непрерывного гибкого звена.A well-known drive of a sucker-rod pump (US patent No. 4916959, Int. Cl. 4 B66B 5/26, publ. 04/17/1990), containing installed on the basis of a single frame with the body of the engine, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including drive and driven pulleys covered by a continuous flexible link connected to a carriage connected to a counterweight installed in the guides of the housing and connected through a flexible link to the rod suspension unit, the axes of the conversion mechanism, the counterweight and the flexible link being close to one second vertical plane, and the top (driven) pulley mounted in the housing rotatably and axially limited movement converting mechanism for adjusting the tension of a continuous flexible member.

Однако известные устройства имеют следующие недостатки:However, known devices have the following disadvantages:

во-первых, натяжение непрерывного гибкого звена регулируется периодически с участием обслуживающего персонала, что приводит к образованию провиса (ослабления) гибкого звена между регулировками, из-за чего возникают динамические нагрузки в преобразующем механизме, сокращающие срок службы гибкого звена и всей установки или приводящие к более частому регулированию натяжения, что существенно повышает затраты на обслуживание; firstly, the tension of a continuous flexible link is regulated periodically with the participation of service personnel, which leads to the formation of a sag (weakening) of the flexible link between the adjustments, which causes dynamic loads in the conversion mechanism, reducing the service life of the flexible link and the entire installation or leading to more frequent tension control, which significantly increases maintenance costs;

во-вторых, для оптимального натяжения гибкого звена обслуживающему персоналу необходимо определить величину натяжения с использованием специальных устройств и приборов, что приводит к дополнительным вложениям; secondly, for optimal tension of the flexible link for maintenance personnel, it is necessary to determine the magnitude of the tension using special devices and devices, which leads to additional investments;

в-третьих, для регулирования натяжения гибкого звена обслуживающим персоналом необходимо остановить привод, что приводит к потерям добываемой продукции, а также затратам рабочего времени обслуживающего персонала; thirdly, to regulate the tension of the flexible link by maintenance personnel, it is necessary to stop the drive, which leads to losses in the produced products, as well as the cost of working time of maintenance personnel;

в-четвертых, регулирование обслуживающим персоналом натяжения гибкого звена происходит при расположении противовеса на технологических упорах с возможностью последующего подъема противовеса для снятия с упоров, что приводит к чрезмерному натяжению одного участка гибкого звена при недостаточном натяжении другого и является причиной его преждевременного выхода из строя. fourthly, the control staff adjusts the tension of the flexible link when the counterweight is located on the technological stops with the possibility of subsequent lifting of the counterweight for removal from the stops, which leads to excessive tension of one section of the flexible link with insufficient tension of the other and is the reason for its premature failure.

Наиболее близким по технической сущности является привод скважинного штангового насоса (патент RU №2522729, МПК F04B 47/02, опубл. 20.07.2014, бюл. №20), содержащий установленные на основании на раме с корпусом двигатель, редуктор, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомый шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса и связанным через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса и гибкого звена находятся вблизи одной вертикальной плоскости, а верхний (ведомый) шкив установлен в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения непрерывного гибкого звена при помощи натяжного механизма, состоящего из подвижного корпуса с осью шкива, установленного на продольных салазках корпуса и соединенного с толкателем, выполненным в виде винтовой пары, гайка которого жестко соединена с корпусом, и противоотворотного механизма, причем противоотворотный механизм выполнен в виде автоматического механизма, а винт винтовой пары снабжен барабаном с намотанным гибким звеном, конец которого через блок соединен с грузом, выполненным с возможностью вращения барабана для натяжения непрерывного гибкого звена винтовой парой при ослаблении и перемещении каретки с противовесом вниз.The closest in technical essence is the drive of a borehole sucker rod pump (patent RU No. 2522729, IPC F04B 47/02, publ. 07/20/2014, bull. No. 20), containing mounted on the base frame with the body of the motor, gearbox, rotary converting mechanism reciprocating movement, including driving and driven pulleys, covered by a continuous flexible link connected to a carriage connected to a counterweight mounted in the guides of the housing and connected through a flexible link to the rod suspension unit, and the axis of the converting mechanism , the counterweight and the flexible link are close to one vertical plane, and the upper (driven) pulley is mounted in the housing with the possibility of rotation and limited movement along the axis of the converting mechanism for adjusting the tension of the continuous flexible link using a tensioning mechanism consisting of a movable housing with the axis of the pulley mounted on the longitudinal slides of the housing and connected to the pusher, made in the form of a screw pair, the nut of which is rigidly connected to the housing, and an anti-reversal mechanism, moreover tivootvorotny mechanism is in the form of an automatic mechanism, and the screw is provided with a pair of helical drum wound with a flexible link, through which the end block is connected to the load, arranged to rotate the drum for a pair of helical tension continuous flexible link when loosening and moving down the carriage with a counterweight.

Недостатками известного решения являются:The disadvantages of the known solutions are:

во-первых, необходимость периодической смазки обслуживающим персоналом винтовой пары, влияющей на работоспособность натяжного механизма, или применения смазочного устройства, исключающего обслуживание персоналом, что усложняет конструкцию натяжного механизма; firstly, the need for periodic lubrication by maintenance personnel of a screw pair, which affects the performance of the tension mechanism, or the use of a lubrication device that excludes maintenance by personnel, which complicates the design of the tension mechanism;

во-вторых, необходимость принятия мер для преодоления момента страгивания в винтовой паре в начале вращения винта, т.е. веса груза, подобранного для автоматической работы натяжного механизма, при определенных обстоятельствах, например при застывании смазки из-за перепада температур, контакта смазки с внешней средой (пылью, механическими примесями и др.) или из-за продолжительного простоя привода и др., может не хватить для поворота винта в начальный момент его движения, что приведет к неудовлетворительной работе натяжного механизма. secondly, the need to take measures to overcome the moment of breaking in the screw pair at the beginning of rotation of the screw, i.e. the weight of the load selected for the automatic operation of the tensioning mechanism, under certain circumstances, for example, when the lubricant solidifies due to temperature differences, contact of the lubricant with the external environment (dust, mechanical impurities, etc.) or due to prolonged shutdown of the drive, etc., may not enough to turn the screw at the initial moment of its movement, which will lead to unsatisfactory operation of the tensioning mechanism.

Техническими задачами изобретения являются исключение необходимости периодического обслуживания натяжного механизма и обеспечение постоянного усилия натяжения.The technical objectives of the invention are the elimination of the need for periodic maintenance of the tensioning mechanism and providing a constant tension force.

Поставленные технические задачи решаются приводом скважинного штангового насоса, содержащим установленные на основании на раме с корпусом двигатель, редуктор, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомый шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих корпуса и связанным через гибкое звено с узлом подвески штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса и гибкого звена находятся вблизи одной вертикальной плоскости, а верхний (ведомый) шкив установлен в корпусе с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси преобразующего механизма для регулирования натяжения непрерывного гибкого звена при помощи натяжного механизма, состоящего из подвижного корпуса с осью шкива, установленного на продольных салазках корпуса привода и соединенного с толкателем.The stated technical problems are solved by a borehole sucker-rod pump drive, comprising an engine, a gearbox, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including a driving and driven pulleys covered by a continuous flexible link associated with a carriage connected to a counterweight, mounted on a base on a frame with a housing, installed in the guides of the housing and connected through a flexible link with the node suspension rods, and the axis of the converting mechanism, the counterweight and the flexible link are close to one the vertical plane, and the upper (driven) pulley is mounted in the housing with the possibility of rotation and limited movement along the axis of the converting mechanism for adjusting the tension of a continuous flexible link using a tensioning mechanism consisting of a movable housing with a pulley axis mounted on the longitudinal slides of the drive housing and connected to pusher.

Новым является то, что толкатель натяжного механизма выполнен в виде гидравлической пары цилиндр-поршень, подвижная часть которого подпирает корпус верхнего шкива, натяжной механизм выполнен в виде гидравлического плунжерного или поршневого насоса, сообщенного через нагнетательный клапан с цилиндром толкателя, причем подвижная часть насоса снабжена грузом, подобранным с возможностью ее перемещения вниз и соответствующего перемещения вверх подвижной части толкателя при ослаблении натяжения непрерывного гибкого звена ниже выбранной величины усилия натяжения.New is that the pusher of the tensioning mechanism is made in the form of a hydraulic cylinder-piston pair, the movable part of which supports the upper pulley housing, the tensioning mechanism is made in the form of a hydraulic plunger or piston pump communicated through the discharge valve with the pusher cylinder, and the movable part of the pump is equipped with a load , selected with the possibility of its movement down and corresponding upward movement of the movable part of the pusher when the tension of the continuous flexible link below the selected magnitude of the tension force.

На фиг. 1 схематично изображен привод скважинного штангового насоса, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид А по фиг. 1; на фиг. 3 - схема натяжного механизма привода.In FIG. 1 schematically shows a drive of a borehole sucker rod pump, side view; in FIG. 2 is the same, view A of FIG. one; in FIG. 3 is a diagram of a drive tension mechanism.

Привод скважинного штангового насоса, содержащий установленные на основании 1 (фиг. 1) на раме 2 с корпусом 3 двигатель 4, редуктор 5, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий 6 (фиг. 2) и ведомый 7 шкивы, например звездочки или зубчатые шкивы, или т.п., охваченные непрерывным гибким звеном 8, например цепью или зубчатым ремнем, или т.п., связанным с кареткой 9, соединенной с противовесом 10, установленным в направляющих 11 корпуса 3 (фиг. 1) и связанным через гибкое звено 12, например транспортерную ленту или канат, или т.п. с узлом подвески штанг 13, причем оси 14 преобразующего механизма, 15 противовеса 10 и 16 гибкого звена 12 находятся вблизи одной вертикальной плоскости 17, а верхний (ведомый) шкив 7 (фиг. 2) установлен в корпусе 3 (фиг. 1) с возможностью вращения и ограниченного перемещения вдоль оси 14 преобразующего механизма для регулирования натяжения непрерывного гибкого звена 8 (фиг. 3) при помощи натяжного механизма, состоящего из подвижного корпуса 18 с осью 19 шкива 7, установленного на продольных салазках 20 (фиг. 1) корпуса 3 привода и соединенного с толкателем 21 (фиг. 3). Толкатель 21 натяжного механизма выполнен в виде гидравлической пары цилиндр 22-поршень 23, подвижная часть которой подпирает корпус 18 верхнего шкива 7. Подвижной частью толкателя 21 может быть или поршень 23, или цилиндр 22 (не показано). Натяжной механизм выполнен в виде гидравлического плунжерного или поршневого насоса 24, сообщенного через нагнетательный клапан 25 с полостью 26 цилиндра 22 толкателя 21, причем подвижная часть, цилиндр 27 (не показано) или плунжер (поршень) 28 насоса 24 снабжена грузом 29, подобранным с возможностью ее перемещения вниз и соответствующего перемещения вверх подвижной части толкателя 21 при ослаблении натяжения непрерывного гибкого звена 8 ниже выбранной величины усилия натяжения.A downhole sucker-rod pump drive, comprising an engine 4, a gearbox 5, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including a leading 6 (Fig. 2) and driven 7 pulleys, mounted on the base 1 (Fig. 1) on the frame 2 with the casing 3, for example, sprockets or toothed pulleys, or the like, covered by a continuous flexible link 8, such as a chain or toothed belt, or the like, associated with a carriage 9 connected to a counterweight 10 mounted in the guides 11 of the housing 3 (Fig. 1 ) and connected through a flexible link 12, for example a conveyor belt or rope, or the like with the suspension unit of the rods 13, and the axis 14 of the converting mechanism, 15 of the counterweight 10 and 16 of the flexible link 12 are close to one vertical plane 17, and the upper (driven) pulley 7 (Fig. 2) is installed in the housing 3 (Fig. 1) with the possibility rotation and limited movement along the axis 14 of the conversion mechanism for adjusting the tension of the continuous flexible link 8 (Fig. 3) using a tensioning mechanism consisting of a movable housing 18 with an axis 19 of the pulley 7 mounted on the longitudinal slides 20 (Fig. 1) of the drive housing 3 and connected to the pusher 21 (f of 3). The pusher 21 of the tensioning mechanism is made in the form of a hydraulic pair of a cylinder 22-piston 23, the movable part of which supports the housing 18 of the upper pulley 7. The movable part of the pusher 21 can be either a piston 23 or a cylinder 22 (not shown). The tensioning mechanism is made in the form of a hydraulic plunger or piston pump 24, communicated through the discharge valve 25 with a cavity 26 of the cylinder 22 of the pusher 21, and the movable part, cylinder 27 (not shown) or plunger (piston) 28 of the pump 24 is equipped with a load 29, which is selected with the possibility its downward movement and corresponding upward movement of the movable part of the pusher 21 when the tension of the continuous flexible link 8 is weakened below the selected value of the tension force.

Все элементы натяжного механизма могут быть скомпонованы по отдельности, как изображено на фиг. 3, или в одном корпусе, или другим образом (не показаны).All elements of the tensioning mechanism can be arranged separately, as shown in FIG. 3, or in one housing, or in another manner (not shown).

Насос 24 может быть расположен вертикально, как на фиг. 3, или под углом не более 45° от вертикали (не показано).Pump 24 may be located vertically, as in FIG. 3, or at an angle of not more than 45 ° from the vertical (not shown).

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Возле устья скважины устанавливается основание 1 (фиг. 1) привода. Основание 1 может быть выполнено в виде фундаментной плиты в случае стационарного размещения привода или саней (не показаны) - в случае передвижного (мобильного) варианта привода. На основании 1 монтируется привод в сборе. Колонна штанг установки скважинного штангового насоса (на фигурах не показана) подвешивается на узел подвески штанг 13 привода.Near the wellhead is installed base 1 (Fig. 1) of the drive. The base 1 can be made in the form of a foundation plate in the case of stationary placement of the drive or sled (not shown) - in the case of a mobile (mobile) version of the drive. On the basis of 1 mounted drive assembly. The column of the rods of the installation of the downhole sucker rod pump (not shown in the figures) is suspended on the suspension unit of the rods 13 of the drive.

После включения двигателя 4 (фиг. 1) вращение через редуктор 5 и ведущий шкив 6 (фиг. 2) преобразующего механизма передается на непрерывное замкнутое гибкое звено 8. Допустим, гибкое звено 8 двигается против часовой стрелки. Связанная с гибким звеном 8 каретка 9, соединенная с противовесом 10, оснащенным колесами 30, движется вниз по направляющим 11 корпуса 3 (фиг. 1), а связанный с противовесом 10 (фиг. 2) через гибкое звено 12 (фиг. 1) узел подвески штанг 13 поднимается вверх, соответственно поднимая колонну штанг с плунжером скважинного штангового насоса (не показаны). При достижении кареткой 9 (фиг. 2) преобразующего механизма крайнего нижнего положения происходит переход с хода вниз противовеса 10 на ход вверх за счет перехода каретки 9, оснащенной колесами 31, по направляющим 32 с одной ветви гибкого звена 8 на другую - происходит преобразование вращательного движения ведущего шкива 6 в возвратно-поступательное противовеса 10. Соответственно при этом происходит изменение направления движения узла подвески штанг 13 (фиг. 1) с хода вверх на ход вниз. То же самое происходит при переходе каретки 9 (фиг. 2) через крайнее верхнее положение - только с хода вниз на ход вверх узла подвески штанг 13 (фиг. 1).After turning on the motor 4 (Fig. 1), the rotation through the gear 5 and the drive pulley 6 (Fig. 2) of the converting mechanism is transmitted to a continuously closed flexible link 8. Suppose the flexible link 8 moves counterclockwise. The carriage 9 connected to the flexible link 8, connected to the counterweight 10 equipped with wheels 30, moves down the guides 11 of the housing 3 (Fig. 1), and connected to the counterweight 10 (Fig. 2) through the flexible link 12 (Fig. 1) node the suspension of the rods 13 rises up, respectively raising the column of rods with a plunger of a downhole sucker rod pump (not shown). When the carriage 9 (Fig. 2) reaches the transforming mechanism to its lowest position, the counterweight 10 moves downward to move upward due to the transition of the carriage 9, equipped with wheels 31, along the guides 32 from one branch of the flexible link 8 to another - the rotation movement is converted the driving pulley 6 in the reciprocating counterweight 10. Accordingly, when this happens, the direction of movement of the suspension unit of the rods 13 (Fig. 1) changes from up to down. The same thing happens when the carriage 9 (Fig. 2) passes through the extreme upper position - only from downward to upward travel of the rod suspension unit 13 (Fig. 1).

Для снижения нагрузок на элементы преобразующего механизма, в частности на гибкое звено 8 (фиг. 2), оси 14 (фиг. 1) преобразующего механизма, 15 противовеса 10 и 16 гибкого звена 12 расположены вблизи одной вертикальной плоскости 17.To reduce the loads on the elements of the converting mechanism, in particular on the flexible link 8 (Fig. 2), the axis 14 (Fig. 1) of the converting mechanism, 15 counterweights 10 and 16 of the flexible link 12 are located near one vertical plane 17.

Рама 2 (фиг. 1) может быть жестко присоединена к корпусу 3 или может регулироваться (не показано) относительно корпуса 3 в зависимости от требований технологичности сборки привода.The frame 2 (Fig. 1) can be rigidly attached to the housing 3 or can be adjusted (not shown) relative to the housing 3 depending on the manufacturability requirements of the drive assembly.

Во время эксплуатации привода гибкое звено 8 (фиг. 2) под действием циклической нагрузки и вследствие износа будет удлиняться, поэтому в конструкции привода для исключения влияния человеческого фактора и поддержания постоянного натяжения гибкого звена 8 предусмотрен механизм автоматического натяжения гибкого звена 8 путем перемещения верхнего (ведомого) шкива 7 вдоль оси 14 (фиг. 1) преобразующего механизма с помощью натяжного механизма по мере ослабления гибкого звена 8 (фиг. 2) на величину ослабления.During operation of the drive, the flexible link 8 (Fig. 2) will be lengthened by cyclic loading and due to wear, therefore, in the drive design, to automatically eliminate the influence of the human factor and maintain constant tension of the flexible link 8, a mechanism for automatically tensioning the flexible link 8 by moving the upper (driven ) pulley 7 along axis 14 (Fig. 1) of the converting mechanism using the tensioning mechanism as the flexible link 8 (Fig. 2) is weakened by the amount of attenuation.

Принцип работы натяжного механизма заключается в следующем. Когда каретка 9 (фиг. 2) переходит через крайнее нижнее положение, происходит натяжение всего гибкого звена 8, т.е. гибкое звено 8 полностью равномерно нагружается тяговым усилием от нижнего (ведущего) шкива 6. По мере хода каретки 9 с противовесом 10 вверх нагруженный участок гибкого звена 8 уменьшается от максимальной полной длины замкнутого гибкого звена 8, после перехода каретки 9 через крайнее нижнее положение до минимальной длины при подходе каретки 9 к крайнему нижнему положению после хода вниз, следующем за ходом вверх каретки 9 с противовесом 10. Ненагруженный участок гибкого звена 8 расслаблен. Во время нахождения каретки 9 с противовесом 10 на прямолинейном участке хода вниз происходит ослабление большего участка гибкого звена 8. Натяжение в этом участке будет более эффективным, чем в остальных положениях каретки 9 с противовесом 10, так как на верхний шкив 7 действует разная нагрузка при ходе вверх и ходе вниз противовеса 10, отличающаяся величиной силы, действующей от веса противовеса 10, т.е. при ходе вниз на узел верхнего шкива 7 нагрузка от веса противовеса 10 не действует. Для примера, на приводе скважинного штангового насоса ПЦ 60-3-0,5/2,5 производства Бугульминского механического завода при ходе вверх противовеса привода нагрузка на натяжной механизм будет порядка 76500 Н, а при ходе вниз - 3950 Н. Натяжной механизм работает именно в этом участке хода вниз противовеса 10. При срабатывании в других положениях противовеса 10 потребовалось бы существенно большее усилие на толкателе 21 натяжного механизма, что привело бы к чрезмерному натяжению гибкого звена 8 на прямолинейном участке хода вниз противовеса 10.The principle of operation of the tensioning mechanism is as follows. When the carriage 9 (Fig. 2) passes through the lowest position, the entire flexible link 8 is tensioned, i.e. the flexible link 8 is fully uniformly loaded by pulling force from the lower (leading) pulley 6. As the carriage 9 moves with the counterweight 10 upward, the loaded portion of the flexible link 8 decreases from the maximum full length of the closed flexible link 8, after the carriage 9 passes through the lowest position to the minimum length when approaching the carriage 9 to the lowest position after the downward movement following the upward movement of the carriage 9 with the counterweight 10. The unloaded portion of the flexible link 8 is relaxed. While the carriage 9 with the counterweight 10 is in the straight section of the downward stroke, the larger portion of the flexible link 8 is weakened. The tension in this section will be more effective than in the other positions of the carriage 9 with the counterweight 10, since the different pulley 7 acts on the upper pulley up and down travel of the counterweight 10, characterized by the magnitude of the force acting on the weight of the counterweight 10, i.e. when moving down on the upper pulley assembly 7, the load from the weight of the counterweight 10 does not work. For example, on the drive of the borehole sucker rod pump ПЦ 60-3-0,5 / 2,5 produced by the Bugulma Mechanical Plant, the load on the tension mechanism will be about 76500 N when the counterweight is up, and 3950 N when the down stroke is on. in this section of the counterweight 10 downward stroke, if the counterweight 10 were operated in other positions, a much greater force would be required on the follower 21 of the tensioning mechanism, which would lead to an excessive tension of the flexible link 8 in the straight section of the counterweight 10 downward stroke.

Исходя из изложенного, вес груза 29 (фиг. 3) подбирается таким, чтобы усилия на подвижной части толкателя 21 было достаточно для поднятия суммарного веса узла верхнего шкива 7, расслабленной части гибкого звена 8 и натяжного механизма, а также для преодоления потерь на трение в узлах натяжного механизма и в салазках 20 (фиг. 1). Для приведенного в качестве примера привода ПЦ 60-3-0,5/2,5 суммарный вес составляет порядка 3950 Н без учета потерь в натяжном механизме. При настройке натяжного механизма предварительно на подвижную часть насоса 24 подвешивается груз 29 весом, равным теоретически подсчитанному (без учета веса столба жидкости в цилиндре 27 и веса подвижной части насоса 24), который составляет 196,2 Н (массой 20 кг) для натяжного механизма с гидравлическим передаточным числом, принятым равным 20. Далее усилие натяжения толкателя 21 корректируется с целью максимального приближения к выбранной величине усилия натяжения гибкого звена 8.Based on the foregoing, the weight of the load 29 (Fig. 3) is selected so that the force on the movable part of the pusher 21 is sufficient to raise the total weight of the node of the upper pulley 7, the relaxed part of the flexible link 8 and the tension mechanism, as well as to overcome friction losses in nodes of the tension mechanism and in the slide 20 (Fig. 1). For the PC-drive 60-3-0.5 / 2.5 given as an example, the total weight is about 3950 N, without taking into account losses in the tensioning mechanism. When adjusting the tensioning mechanism, the load 29 is previously suspended on the moving part of the pump 24 with a weight equal to theoretically calculated (excluding the weight of the liquid column in the cylinder 27 and the weight of the moving part of the pump 24), which is 196.2 N (weighing 20 kg) for the tensioning mechanism with hydraulic gear ratio, taken equal to 20. Further, the tension force of the pusher 21 is adjusted in order to maximize approximation to the selected value of the tension force of the flexible link 8.

Возможны несколько равнозначных методик определения усилия натяжения гибкого звена 8 (фиг. 2), например, проверкой величины провиса гибкого звена 8 при остановленном приводе в положении каретки 9 с противовесом 10 на прямолинейном участке хода вниз или по показаниям съемного или стационарного манометра 33 (фиг. 3), сообщающегося с полостью цилиндра 22 толкателя 21, на работающем приводе или другими методами. В качестве примера представим методику корректировки с помощью манометра 33. После начала работы привода с натяжным механизмом показания манометра 33 должны меняться в диапазоне 0,5-9,7 МПа при диаметре поршня толкателя равном 100 мм. При корректировке принципиально нижнее значение манометра 33. Если нижнее значение показания манометра 33 будет ниже значения 0,5 МПа, то веса груза 29 недостаточно и гибкое звено - цепь - не натянуто, если больше, то вес груза 29 больше требуемого - цепь перетянута. Усилие натяжения корректируется изменением веса груза 29. Вес груза 29 не зависит от величины перемещения верхнего шкива 7. При нахождении каретки 9 (фиг. 2) с противовесом 10 в остальных участках гибкое звено 8 натягиваться не будет - веса груза 29 (фиг. 3) недостаточно.Several equivalent methods are possible for determining the tension force of the flexible link 8 (Fig. 2), for example, by checking the sag of the flexible link 8 when the drive is stopped in the position of the carriage 9 with the counterweight 10 in a straight section of the downward stroke or according to the indications of a removable or stationary pressure gauge 33 (Fig. 2). 3), communicating with the cavity of the cylinder 22 of the pusher 21, on a working drive or other methods. As an example, we will present a correction technique using a manometer 33. After the drive with the tensioning mechanism begins to operate, the manometer 33’s indications should vary in the range of 0.5–9.7 MPa with the piston diameter of the pusher equal to 100 mm. When adjusting, the fundamentally lower value of the gauge 33. If the lower value of the gauge 33 is lower than 0.5 MPa, the weight of the load 29 is not enough and the flexible link - the chain - is not stretched, if it is more, the weight of the load 29 is more than the required one - the chain is overtightened. The tension force is adjusted by changing the weight of the load 29. The weight of the load 29 does not depend on the amount of movement of the upper pulley 7. When the carriage 9 (Fig. 2) with the counterweight 10 is in the remaining sections, the flexible link 8 will not be stretched - the weight of the load 29 (Fig. 3) not enough.

Натяжной механизм работает только на натяжение гибкого звена 8 (фиг. 2). При ходе вверх противовеса 10 нагрузка на натяжной механизм, как было сказано выше, существенно возрастает, соответственно возрастает давление в полости 26 (фиг. 3) толкателя 21, поэтому для исключения обратного хода подвижной части толкателя 21 под действием веса противовеса 10 (фиг. 2), как следствие, ослабления гибкого звена 8, возможного при вибрациях в приводе, в конструкции натяжного механизма предусмотрен обратный клапан 25 (фиг. 3), причем толкатель 21 и обратный клапан 25 рассчитаны на дополнительное давление от веса противовеса 10 (фиг. 2).The tensioning mechanism only works on the tension of the flexible link 8 (Fig. 2). As the counterweight 10 moves upward, the load on the tensioning mechanism, as mentioned above, increases significantly, respectively, the pressure in the cavity 26 (Fig. 3) of the pusher 21 increases, therefore, to exclude the reverse movement of the movable part of the pusher 21 under the action of the weight of the counterweight 10 (Fig. 2 ), as a result, the weakening of the flexible link 8, which is possible with vibrations in the drive, a check valve 25 is provided in the design of the tension mechanism (Fig. 3), the pusher 21 and the check valve 25 are designed for additional pressure from the weight of the counterweight 10 (Fig. 2) .

Салазки 20 (фиг. 1) позволяют корпусу 18 (фиг. 3) натяжного механизма перемещаться только вдоль оси 14 (фиг. 1) преобразующего механизма.The slide 20 (Fig. 1) allows the housing 18 (Fig. 3) of the tensioning mechanism to move only along the axis 14 (Fig. 1) of the conversion mechanism.

Ход подвижного корпуса 18 (фиг. 3) ограничен и выбирается исходя из необходимого и достаточного диапазона регулирования натяжения гибкого звена 8 (фиг. 2), определяемого на основании условий и опыта эксплуатации примененного в приводе гибкого звена 8. Предлагаемый натяжной механизм позволяет настроить ход подвижного корпуса 18 как на весь срок службы гибкого звена 8, так и на меньший срок, например, до очередного технического обслуживания привода или очередного обхода, или до другого срока. Например, в случае применения в качестве гибкого звена 8 цепи предел удлинения соответственно и срок службы цепи равен двум шагам, т.е. для приведенного в качестве примера привода ПЦ 60-3-0,5/2,5 с цепью 2ПР-50,8-453,6 предел удлинения соответствует значению 101,6 мм, после исчерпания которого необходимо произвести ремонт или замену цепи. Такому удлинению цепи соответствует ход подвижного корпуса 18 (фиг. 3) вдоль оси 14 (фиг. 1) преобразующего механизма 50,8 мм при длине хода привода 3 м и делительном диаметре звездочек 6 и 7 (фиг. 2), равном 244,33 мм. В связи с этим при настройке натяжного механизма на весь срок службы цепи ход подвижной части насоса 24 (фиг. 3) составит 1016 мм. Такая настройка предназначена для приводов при невозможности частого осмотра привода из-за их расположения в отдаленных или труднодоступных местах.The stroke of the movable housing 18 (Fig. 3) is limited and is selected based on the necessary and sufficient range of tension control of the flexible link 8 (Fig. 2), determined on the basis of operating conditions and operating experience of the flexible link 8 used in the drive. The proposed tension mechanism allows you to adjust the move of the movable link housing 18 for the entire life of the flexible link 8, and for a shorter period, for example, until the next maintenance of the drive or the next bypass, or until another time. For example, if a chain is used as a flexible link 8, the elongation limit, respectively, and the service life of the chain are two steps, i.e. for an example of a PC 60-3-0.5 / 2.5 drive with a 2PR-50.8-453.6 chain, the elongation limit corresponds to a value of 101.6 mm, after which it is necessary to repair or replace the chain. This extension of the chain corresponds to the stroke of the movable housing 18 (Fig. 3) along the axis 14 (Fig. 1) of the 50.8 mm converting mechanism with a drive stroke of 3 m and a pitch diameter of sprockets 6 and 7 (Fig. 2) equal to 244.33 mm In this regard, when adjusting the tension mechanism for the entire service life of the chain, the stroke of the movable part of the pump 24 (Fig. 3) will be 1016 mm. This setting is designed for drives when it is impossible to frequently inspect the drive due to their location in remote or inaccessible places.

Натяжной механизм также можно настроить на меньший ход подвижного корпуса 18, тогда при необходимом ходе, например, 20 мм, с сохранением остальных параметров натяжного механизма получаем ход подвижной части насоса 24 равным 400 мм. Такой вариант целесообразно применять с целью уменьшения габаритов натяжного механизма при ограниченном пространстве в месте его установки, встраивания в существующие конструкции приводов и при возможности организации постоянного контроля за работой привода.The tensioning mechanism can also be adjusted to a smaller stroke of the movable housing 18, then with the necessary stroke, for example, 20 mm, while maintaining the remaining parameters of the tensioning mechanism, we obtain the stroke of the movable part of the pump 24 equal to 400 mm. It is advisable to use this option in order to reduce the dimensions of the tensioning mechanism with limited space in the place of its installation, to integrate it into existing drive designs and, if possible, organize constant monitoring of the drive operation.

После исчерпания хода подвижного корпуса 18 соответственно и подвижной части толкателя 21 груз 29 опускается в крайнее нижнее положение - натяжной механизм прекращает работу. В связи с этим после ремонта или замены цепи привода или во время технического обслуживания привода, или, при необходимости, во время ежедневного осмотра оператором скважины груз 29 вручную поднимается в крайнее верхнее положение, соответственно подвижная часть насоса 24, перемещаясь, всасывает жидкость через запорное устройство или обратный клапан 34 из питательной емкости, емкости обслуживающей машины или других емкостей (на фиг. не показаны), которые присоединяются к натяжному механизму при необходимости заполнения полости 35 цилиндра 27 насоса 24 жидкостью, и натяжной механизм опять начинает автоматически работать до исчерпания заданного диапазона регулирования.After exhausting the stroke of the movable housing 18, respectively, and the movable part of the pusher 21, the load 29 is lowered to its lowest position - the tensioning mechanism stops working. In this regard, after repair or replacement of the drive circuit or during maintenance of the drive, or, if necessary, during a daily inspection by the operator of the well, the load 29 manually rises to its highest position, respectively, the movable part of the pump 24, moving, sucks the fluid through the shut-off device or a check valve 34 from the feed tank, the tank of the serving machine or other containers (not shown in FIG.), which are connected to the tensioning mechanism if it is necessary to fill the cavity 35 of the cylinder 27 pump 24 with liquid, and the tensioning mechanism again starts to work automatically until the specified control range has been exhausted.

Предложенное техническое решение позволяет автоматически, без участия обслуживающего персонала и остановки привода, поддерживать непрерывное гибкое звено 8 преобразующего механизма привода в оптимальном состоянии - без провисания и перетяжки, поэтому сократятся трудоемкость и затраты на обслуживание привода.The proposed technical solution allows you, automatically, without the participation of maintenance personnel and stopping the drive, to maintain a continuous flexible link 8 of the transforming drive mechanism in optimal condition - without sagging and hauling, so the labor and maintenance costs of the drive will be reduced.

Если гибкое звено 8 растянуто (в приводе без натяжного механизма), то в момент перехода каретки 9 через крайнее нижнее положение (ведущий шкив 6 вращается с постоянной скоростью) происходит натяжение расслабленного ненагруженного участка замкнутого гибкого звена 8 за счет вращения ведомого шкива 7 с осью 19 в корпусе 18, сопровождаемое замедлением каретки 9, двигающейся по инерции, и последующим ударом, приводящим к дополнительным ударным нагрузкам в работе привода и установки скважинного штангового насоса в целом, в разы превосходящим расчетные динамические нагрузки. Величина удара зависит от провиса гибкого звена 8 - чем больше провис, тем сильнее удар. Автоматическое поддержание постоянного натяжения гибкого звена 8 в предлагаемой конструкции позволит избежать лишних нагрузок, что увеличит срок службы гибкого звена 8 и привода в целом, а также уменьшит ударные нагрузки на скважинное оборудование установки скважинного штангового насоса.If the flexible link 8 is stretched (in the drive without a tensioning mechanism), then at the moment the carriage 9 passes through the lowest position (the drive pulley 6 rotates at a constant speed), the relaxed unloaded portion of the closed flexible link 8 is tensioned due to the rotation of the driven pulley 7 with the axis 19 in the housing 18, accompanied by a slowdown of the carriage 9, moving by inertia, and subsequent impact, leading to additional shock loads in the operation of the drive and installation of the borehole sucker rod pump as a whole, many times greater than the calculation ny dynamic loads. The magnitude of the impact depends on the sag of the flexible link 8 - the more the sag, the stronger the impact. Automatic maintenance of constant tension of the flexible link 8 in the proposed design will avoid unnecessary loads, which will increase the service life of the flexible link 8 and the drive as a whole, as well as reduce shock loads on the downhole equipment of the borehole sucker pump installation.

Для снятия гибкого звена 8 со шкивов 6 и 7, например, с целью его замены или для замены шкивов 6 и/или 7, или для других целей, необходимо отключить натяжной механизм. Для этого натяжной механизм привода может быть оснащен запорным устройством 36, например задвижкой или краном или другим запорным устройством, при открытии которого жидкость из полости 26 цилиндра 22 толкателя 21 перетечет в полость 35 цилиндра 27 насоса 24. При этом подвижная часть толкателя 21, соответственно и подвижный корпус 18 привода с осью 19 и шкивом 7, опустятся вниз, ослабив гибкое звено 8.To remove the flexible link 8 from the pulleys 6 and 7, for example, to replace it or to replace the pulleys 6 and / or 7, or for other purposes, it is necessary to disconnect the tension mechanism. For this, the drive tensioning mechanism may be equipped with a locking device 36, for example, a valve or a valve or other locking device, upon opening which liquid from the cavity 26 of the cylinder 22 of the pusher 21 will flow into the cavity 35 of the cylinder 27 of the pump 24. In this case, the movable part of the pusher 21, respectively, and the movable housing 18 of the drive with the axis 19 and the pulley 7, fall down, loosening the flexible link 8.

Предлагаемое устройство аналогично работает при расположении натяжного механизма над верхним (ведомым) шкивом 7 (фиг. 2).The proposed device similarly works when the tension mechanism is located above the upper (driven) pulley 7 (Fig. 2).

Благодаря использованию предлагаемого устройства исключается периодическое обслуживание натяжного механизма и обеспечивается постоянство усилия натяжения.Thanks to the use of the proposed device, periodic maintenance of the tensioning mechanism is excluded and a constant tension is ensured.

Claims

A borehole sucker-rod pump drive, comprising an engine, a gearbox, a mechanism that converts rotational motion into a reciprocating drive, mounted on a base with a frame, and includes a driving and driven pulleys covered by a continuous flexible link associated with a carriage connected to a counterweight mounted in the guides of the housing and connected through a flexible link with the node suspension rods, and the axis of the converting mechanism, the counterweight and the flexible link are close to one vertical plane, and the upper driven shk in installed in the housing with the possibility of rotation and limited movement along the axis of the converting mechanism for adjusting the tension of the continuous flexible link using a tensioning mechanism consisting of a movable housing with a pulley axis mounted on the longitudinal slides of the drive housing and connected to the pusher, characterized in that the tensioner pusher the mechanism is made in the form of a hydraulic cylinder-piston pair, the movable part of which supports the upper pulley case, the tension mechanism is made in the form of a hydraulic th plunger or piston pump, through a delivery valve communicated with a cylinder follower, the movable part of the pump is provided with a load, matched with the possibility of moving downwards and the corresponding upward movement of the movable portion of the pusher when loosening the tension of a continuous flexible link below the selected value of the tensile force.