RU2715120C1 - Скважинная штанговая насосная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройствам для подъёма жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти. Насосная установка содержит силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединённый с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещённые в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб. Реверсивный приводной орган оснащён передачей, включающей вращающуюся и подвижную части, преобразующей возвратно-поступательное движение реверсивного приводного органа в его вращение. Вращающаяся часть передачи жёстко соединена с реверсивным приводным органом или соединена неподвижным соединением, передающим крутящий момент. Подвижная часть передачи оснащена механизмом перемещения и закреплена на нём с возможностью ограниченного перемещения вдоль своей оси. Обеспечивается регулирование скорости откачки линий подъёма жидкости без остановки установки, повышается надёжность работы, исключаются аварии при работе. 5 ил.

Description

Изобретение относится к техническим средствам для подъёма жидкости из скважин и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для добычи нефти скважинными штанговыми насосами.

Известен станок-качалка (патент SU №682668, МПК F04B 47/02, опубл. 30.08.1979 в бюл. №32) для привода глубинных штанговых насосов в двухствольных скважинах, установленный на фундаменте, содержащий раму, стойку, балансир, головку балансира и канатную подвеску, причём с целью упрощения конструкции и повышения эффективности его в работе путём осуществления возможности работы насоса во второй, рядом расположенной скважине от холостого хода головки балансира, в нижней части головки балансира, с её тыльной стороны установлен роликовый узел для крепления канатной подвески, а рама снабжена стрелой, причём на фундаменте установлена дополнительная стойка, взаимодействующая со стрелой и имеющая ось, на которой установлен шкив.

Недостатками устройства являются необходимость строительства фундамента под стойку, отсутствие возможности индивидуального регулирования скорости откачки для каждой скважины, а также усложнение конструкции станка-качалки и повышенная металлоёмкость.

Известен станок-качалка (патент RU №2457361, МПК F04B 47/02, опубл. 27.07.2012 в бюл. №21), содержащий на выполненном из рамы и стойки каркасе электродвигатель, редуктор, кривошипно-шатунный механизм, балансир с противовесом, подвеску, связанную с колонной насосных штанг, причём подвеска выполнена в виде ленты, например, металлической, закреплённой одним концом на каркасе, а другим концом с колонной насосных штанг, причём лента охватывает два направляющих шкива, один из которых установлен на балансире, а другой - на кронштейне, размещенный на раме. Станок-качалка дополнительно может содержать направляющий шкив, установленный на раме и охватываемый лентой, закреплённой одним своим концом на балансире. Станок-качалка дополнительно может содержать подвеску, выполненную в виде ленты, например, из синтетического материала, закреплённой одним концом к каркасу, а другим концом со второй колонной насосных штанг, причём лента охватывает два дополнительных направляющих шкива, один из которых установлен на балансире, а другой - на кронштейне.

Недостатками устройства являются сложность обеспечения достаточной надёжности работы металлической ленты в течение всего срока службы станка-качалки, особенно на станках-качалках по вариантам II (станок-качалка с удлинением хода колонны штанг до 3-х крат) и III (станок-качалка для одновременного привода двух штанговых насосов в одной скважине с возможностью индивидуального регулирования отбора жидкости), в которых лента многократно перегибается, сложность уплотнения ленты в устьевой арматуре, сложность конструкции варианта III, необходимость изменения конструкции станка-качалки (головка балансира заменена на шкив), а также необходимость остановки установки на продолжительное время для изменения параметров (длины хода, частоты качания).

Известна глубинно-насосная штанговая установка (патент RU №2205979, МПК F04B 47/02, опубл. 10.06.2003 в бюл. №16), содержащая силовой привод, реверсивный приводной орган, уравновешиваемые линии подъёма жидкости, включающие канатные подвески, полированные штоки, штанговые колонны и плунжеры поршневых насосов, размещённые в изолированных друг от друга колоннах насосно-компрессорных труб, спущенных в скважину. Уравновешиваемые линии подъёма жидкости содержат, по меньшей мере, по одному поршневому насосу различных типоразмеров, а, по меньшей мере, одна пара полированных штоков уравновешиваемой линии посредством траверсы и канатной подвески подсоединена к реверсивному приводному органу, выполненному в виде двуплечего балансира с двумя балансирными головками или в виде ступенчатого блока-шкива, причём, по меньшей мере, две колонны насосно-компрессорных труб скреплены между собой хомутами с интервалом их расположения, равным не более длины волны продольного изгиба одиночной колонны насосно-компрессорных труб под действием напорного усилия плунжера. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на нижнем пласте, имеющем меньший дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом меньшего диаметра, а на верхнем пласте - поршневым насосом большего диаметра или двумя равновеликими по суммарной производительности поршневыми насосами меньшего диаметра, полированные штоки которых через траверсы и канатные подвески подсоединены к реверсивному приводному органу. Установка может быть оснащена двумя парами колонн насосно-компрессорных труб с поршневыми насосами одинакового или различных типоразмеров в каждой паре, причём полированные штоки каждой пары насосов через равноплечие или неравноплечие траверсы подсоединены канатными подвесками к разным плечам реверсивного приводного органа. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на нижнем пласте, имеющем больший или равный с верхним пластом дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, канатная подвеска этого насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска верхнего поршневого насоса меньшего диаметра - к блоку большего диаметра ступенчатого блока-шкива. При одновременно-раздельной эксплуатации двух продуктивных пластов на верхнем пласте, имеющем больший дебит, установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, канатная подвеска этого насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска нижнего поршневого насоса меньшего диаметра - к большему диаметру сдвоенного блока-шкива. При ступенчатом подъёме жидкости из скважины на верхнем горизонте установка может быть оснащена поршневым насосом большего диаметра, на нижнем горизонте - поршневым насосом меньшего диаметра, канатная подвеска верхнего насоса подсоединена к блоку меньшего диаметра ступенчатого блока-шкива, а канатная подвеска нижнего насоса - к блоку большего диаметра ступенчатого блока-шкива. Реверсивный приводной орган может быть выполнен в виде станка-качалки с двуплечим балансиром, у которого балансирная головка со стороны присоединения шатуна к балансиру оснащена гибким тяговым органом, соединенным со второй канатной подвеской, отклоняющими и направляющим роликами, закрепленными на станине станка-качалки. Реверсивный приводной орган может быть выполнен в виде ступенчатого блока-шкива с отклоняющими роликами, обеспечивающими взаимную ориентацию канатных подвесок и полированных штоков уравновешиваемых линий подъема нефти. Узел соединения канатной подвески, по меньшей мере, с двумя полированными штоками каждой уравновешиваемой линии может быть выполнен в виде траверсы, с которой скреплены полированные штоки, а канатная подвеска соединена с траверсой роликовым или шаровым шарниром, обеспечивающим возможность изменения соотношения плеч между шарниром и местами крепления полированных штоков.

Недостатками устройства являются:

во-первых, длина хода и частота хода всех скважинных штанговых насосов одинакова и равна длине хода и частоте качаний силового привода, поэтому согласование скоростей откачки линий подъёма жидкости со скоростями притока объектов (пластов) скважины индивидуально возможно только подбором насосов для каждой линии по отдельности, что при оптимизации работы объекта скважины приводит к необходимости замены насоса или насосов бригадой подземного ремонта скважин. Такой способ оптимизации не только затратный из-за необходимости продолжительной остановки скважины, привлечения сторонних организаций и др., но и не позволяет эффективно эксплуатировать пласты скважины из-за ограниченного количества размеров насосов по диаметру плунжера, которые можно спустить в скважину с двумя параллельными колоннами труб, что сужает возможности применения такой установки;

во-вторых, отказ одного насоса установки с двумя параллельными колоннами труб приводит к отказу всей установки, соответственно простою другого объекта скважины до устранения отказа;

в-третьих, колонны штанг подсоединены к реверсивному приводному органу с помощью канатных подвесок, что при определенных условиях может привести к проскальзыванию канатов, соответственно к их преждевременному износу;

в-четвертых, при использовании в качестве силового привода станка-качалки необходимо вмешательство в его конструкцию (усложнение), что нежелательно по причине того, что привод - это покупное изделие, продаваемое отдельно от установки, и изменение его конструкции требует согласования с изготовителем.

Наиболее близкой по технической сущности является скважинная штанговая насосная установка (патент RU №2614296, МПК F04B 47/02, опубл. 24.03.2017 в бюл. №9), содержащая силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединённый с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости разного веса, включающие соответствующие подвески, соединенные с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещенные в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину. Реверсивный приводной орган оснащён барабаном с гибкой тягой, выполненной с возможностью намотки на барабан при вращении реверсивного приводного органа, другой конец гибкой тяги закреплён на различном уровне в пределах высоты силового привода на механизме крепления, который выполнен с возможностью фиксации относительно устья скважины, причём барабан выполнен с возможностью намотки гибкой тяги с последовательным увеличением или уменьшением диаметра намотки для обеспечения соответственно увеличения или уменьшения хода линий подъёма жидкости относительно хода силового привода. Конец гибкой тяги может быть закреплён на механизме крепления ниже крайнего нижнего положения приводного органа для обеспечения большего хода более тяжёлой линии подъёма, выше крайнего нижнего положения приводного органа для обеспечения большего хода более лёгкой линии подъёма или между крайними верхним и нижним положениями приводного органа для обеспечения двойного подъёма и спуска хода линий подъёма во время одного рабочего цикла силового привода.

Необходимым условием работоспособности известного устройства является наличие движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, возникающей из-за разницы нагрузок в точках подвеса линий подъема жидкости. Отсюда следует требование, что одна из линий подъёма жидкости должна быть более тяжёлой чем другая в любой момент времени как при ходе вверх, так и при ходе вниз силового привода. При невыполнении этого требования, т.е. если, например, при ходе вверх линия подъёма была более тяжёлой чем другая линия, а при ходе вниз или на каком-то участке хода вниз становится более лёгкой, или нагрузки от линий подъёма выравниваются хотя бы на какой-то момент времени, что на практике имеет место, то устройство становится неработоспособным: происходит или провисание гибкой тяги или вращение приводного органа в обратную сторону, или т.п., приводящие к аварийным ситуациям (обрыву гибкой тяги, ударам и повреждению других узлов установки и др.), т.к. на гибкую тягу при работе установки действует сила натяжения, зависящая от разницы нагрузок в точках подвеса линий подъёма жидкости. Выполнение описанного требования существенно ограничивает потенциальный фонд скважин для применения устройства.

Другим недостатком является сложность регулирования скорости откачки линий подъёма жидкости известной установки из-за необходимости намотки или размотки гибкой тяги (каната) длиной порядка 30 м (расчётная длина тяги, определённая исходя из необходимости обеспечения требуемого диапазона регулирования) на барабан протаскиванием каждого витка (всего на барабане до 33 витков), занимающее на практике до 3 часов работы на высоте около 3 м, при этом установка простаивает. Аналогичная ситуация при обрыве или повреждении гибкой тяги. Описанное выше усложняет и удорожает обслуживание, небезопасно для обслуживающего персонала, как следствие, снижает эффективность известного устройства.

Техническими задачами изобретения являются расширение возможности применения скважинной штанговой насосной установки на большем количестве скважин за счёт исключения использования разницы весов линий подъема в качестве движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, возможность регулирования скорости откачки линий подъёма жидкости без остановки установки, повышение надёжности работы, исключение аварий при работе установки для одновременной раздельной добычи продукции двух объектов (пластов) скважины, а также повышение эффективности установки.

Поставленные технические задачи решаются скважинной штанговой насосной установкой, содержащей силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединённый с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости, включающие соответствующие подвески, соединённые с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещённые в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину.

Новым является то, что реверсивный приводной орган оснащён передачей, включающей вращающуюся и подвижную части, преобразующей возвратно-поступательное движение реверсивного приводного органа в его вращение, вращающаяся часть передачи жёстко соединена с реверсивным приводным органом или соединена неподвижным соединением, передающим крутящий момент, а подвижная часть передачи оснащена механизмом перемещения и закреплена на нём, при этом имеет возможность ограниченного перемещения вдоль своей оси за счёт механизма перемещения для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода.

На фиг. 1 схематично изображена установка скважинного штангового насоса, вид сбоку; на фиг. 2 - вид А, схематично изображён реверсивный приводной орган, вид спереди; на фиг. 3-5 - схематично изображена работа установки.

Скважинная штанговая насосная установка содержит силовой привод 1, например, станок-качалку (фиг. 1), цепной привод, гидравлический привод или др. (на фиг. не показаны) с тяговым органом 2, например, канатом, лентой или др., реверсивный приводной орган 3, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости 4 и 5, включающие соответствующие подвески 6 и 7, соединённые с реверсивным приводным органом 3 посредством гибкого элемента 8, устьевые штоки 9 и 10, штанговые колонны 11 и 12 и насосы 13 и 14, размещённые в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб 15 и 16, спущенных в скважину 17. Силовой привод 1 подбирается с учетом веса обеих линий подъёма жидкости 4 и 5.

Реверсивный приводной орган 3 может быть в виде блока, шкива, звёздочки и другого тела вращения, передающего движение гибкому элементу 8, например, канату, ленте, цепи и т.п. Реверсивный приводной орган 3 (фиг. 2) соединён с силовым приводом 1 с возможностью вращения в опорах 18, например, подшипниках качения, или подшипниках скольжения, или т.п. (на фиг. 2 показаны условно), и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом 2.

Реверсивный приводной орган 3 (фиг. 1) оснащён передачей 19, преобразующей возвратно-поступательное движение реверсивного приводного органа 3 в его вращение. В качестве передачи 19 может быть применена, например, реечная передача, передающая движение за счёт постоянного зацепления зубьев шестерни (вращающейся части 20) с зубчатой рейкой (подвижной частью 21) или фрикционная передача, передающая движение за счёт постоянного трения колеса (вращающейся части 20) со стойкой (подвижной частью 21), или др., причём одна часть передачи 19 - вращающаяся 20 - соединена с реверсивным приводным органом 3, а другая часть передачи 19 - подвижная 21 - оснащена механизмом перемещения 22 и имеет возможность ограниченного перемещения вдоль своей оси 23 за счёт механизма перемещения 22. Вращающаяся часть 20 (фиг. 2) передачи 19 может быть жестко закреплена к реверсивному преобразующему органу 3 или выполнена заодно с ним, или соединена неподвижным соединением, передающим крутящий момент. Подвижная часть 21 передачи 19 может быть закреплена на механизме перемещения 22, например, болтовым или муфтовым соединением, или другим разъёмным соединением для обеспечения удобства монтажа-демонтажа на скважине. Размеры передачи 19 определяются конструктивно в зависимости от производительности линий подъёма жидкости и свободного места на устье скважины.

В качестве механизма перемещения 22 (фиг. 1) может быть использован линейный электродвигатель (предпочтительный вариант), как показано на фиг. 1, в сочетании со станцией управления (на фиг. не показана) для регулирования скорости электродвигателя. Также механизм перемещения может быть выполнен в виде отдельного индивидуального электропривода или гидропривода (на фиг. не показаны), или другого механизма, позволяющего перемещать подвижную часть 21 со скоростью, необходимой для регулирования скорости вращения реверсивного приводного органа 3, соответственно, производительностью линий подъема жидкости 4 и 5 установки. Механизм перемещения 22 может быть установлен на устьевой арматуре 24 или на силовом приводе 1, например, на стойке балансира станка-качалки, или на другом фиксированном относительно устья скважины 17 элементе наземного оборудования установки.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В скважину 17 (фиг. 1) спускают скважинное оборудование. Сначала спускают и подвешивают на устьевой арматуре 24 колонну труб 16 с пакером 25 для разобщения объектов эксплуатации (пластов) и оборудование линии подъёма жидкости 5: штанговый насос 14, например, вставной, колонну штанг 12 с устьевым штоком 10. Потом аналогично спускают колонну труб 15 и оборудование линии подъёма жидкости 4, включающее насос 13, колонну штанг 11 с устьевым штоком 9. Устьевые штоки 9 и 10 уплотняются в устьевых сальниках устьевой арматуры 24.

Возле устья скважины монтируется силовой привод 1, например, как на фиг. 1 станок-качалка, с подвешенным на тяговом органе 2 реверсивным приводным органом 3 с передачей 19, гибким элементом 8 и подвесками 6 и 7. Колонны штанг 11 и 12 после подгонки подвешиваются за устьевые штоки 9 и 10 на подвесках 6 и 7 соответственно. На фиг. 1 плунжеры насосов 13 и 14, соответственно подвески 6 и 7, а также реверсивный приводной орган 3 находятся в крайних нижних положениях. Возможны и другие варианты подгонки колонн штанг, например, плунжер насоса 13 располагают в верхней части цилиндра насоса 13, а плунжер насоса 14 - в нижней части цилиндра насоса 14 для работы в разных циклах работы линий подъёма (всасывание или нагнетание), или другие варианты расположения для решения других технологических задач. На устье скважины монтируют механизм перемещения 22 и закрепляют на нём подвижную часть 21 передачи 19 разъёмным соединением (предпочтительный вариант).

На фиг. 3-5 показана работа предлагаемого устройства при ходе вверх. Для упрощения описания рассматривается только наземная часть установки (фиг. 1), так как плунжеры насосов 13 и 14 будут двигаться примерно так же, как и подвески 6 и 7. Допустим в крайнем нижнем положении головки балансира станка-качалки (силового привода) 1 плунжеры насосов 13 и 14 (фиг. 1), соответственно подвески 6 и 7 (фиг. 3-5), а также реверсивный приводной орган 3 находятся в крайних нижних положениях. Более производительной (требуется большая длина хода) принята линия подъёма 5 (фиг. 1) с подвеской 7 (фиг. 3-5). В зависимости от регулировки механизма перемещения 22 может быть реализовано три варианта эксплуатации установки:

1. Механизм перемещения (линейный электродвигатель) 22 заблокирован (подвижная часть 21 неподвижна, т.е. его скорость

). После включения силового привода 1 (фиг. 3-5) тяговый орган 2 начинает двигаться вверх со скоростью

, увлекая за собой реверсивный приводной орган 3, при этом соединённая с ним жёстко или неподвижным соединением, или выполненная заодно вращающаяся часть 20 передачи 19 из-за непрерывного взаимодействия (зацепления или трения, или др.) с подвижной частью 21 вращается, приводя реверсивный приводной орган 3 (фиг. 2) во вращение на опорах 18, подвешенных на тяговом органе 2, в свою очередь реверсивный приводной орган 3 (фиг. 3-5) приводит через гибкий элемент 8 подвески 6 и 7.

За время хода силового привода 1, из-за вращения приводного органа 3, подвеска 7 дополнительно к пройденному расстоянию, равному ходу S силового привода 1, пройдёт расстояние ΔS, при этом подвеска 6 пройдёт расстояние на ΔS меньшее, чем ход S силового привода 1. В результате за время хода силового привода 1 подвеска 7 пройдет расстояние S+ΔS, а подвеска 6 - расстояние S-ΔS. Для сравнения на фиг. 4-5 прочерчена линия 26, показывающая ход S подвески и силового привода 1 при работе установки без вращения приводного органа 3.

Дальнейший ход вверх головки балансира станка-качалки (силового привода) 1 (фиг. 5) приводит к пропорциональному увеличению длины хода подвески 7 и одновременному уменьшению длины хода подвески 6 относительно длины хода силового привода 1 до момента достижения крайнего верхнего положения (максимальное увеличение). При ходе вниз происходит работа в обратной последовательности (фиг. 5-3).

Дополнительное пройденное подвесками расстояние

, м, из-за вращения реверсивного приводного органа 3 можно определить по следующей формуле:

,

где

и

радиусы реверсивного приводного органа 3 и вращающейся части 20 передачи 19 соответственно, м;

время, за которое силовой привод 1 совершает ход вверх или вниз, с.

2. Подвижная часть 21 передачи 19 перемещается с помощью механизма перемещения 22 со скоростью

по направлению, совпадающему с направлением движения тягового органа 2, т.е. при ходе вверх тягового органа 2 подвижная часть 21 передачи 19 тоже перемещается вверх. В этом случае результирующая угловая скорость вращающейся части 20 будет меньше на отношение его скорости

к его радиусу

, чем при работе как в варианте эксплуатации 1.

Дополнительное пройденное подвесками расстояние

из-за вращения реверсивного приводного органа 3 выразится следующей формулой:

.

Как видно из приведённой формулы, меняя скорость подвижной части 21 передачи 19 от 0 и более можно регулировать дополнительно пройденное подвесками 6 и 7 расстояние

, причём при

можно добиться

для эксплуатации скважины с одинаковыми скоростями откачки линий подъёма жидкости 4 и 5, а при

получить большую скорость откачки линии 4 с подвеской 6, чем линии 5 с подвеской 7.

3. Подвижная часть 21 передачи 19 перемещается с помощью механизма перемещения 22 со скоростью

по направлению, противоположному направлению движения тягового органа 2, т.е. при ходе вверх тягового органа 2 подвижная часть 21 передачи 19 перемещается вниз. В этом случае результирующая угловая скорость вращающейся части 20 будет больше на отношение его скорости

к его радиусу

, чем при работе в варианте эксплуатации 1, что позволяет, при необходимости, кратно увеличивать дополнительное расстояние

.

Дополнительное пройденное подвесками расстояние

из-за вращения реверсивного приводного органа 3 выразится следующей формулой:

В отличие от наиболее близкого аналога из-за наличия передачи 19 исключается необходимость в движущей силе от разницы весов линий подъема 4 и 5, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе 3, - этот момент в предлагаемом устройстве создается передачей 19, что гарантирует работоспособность предлагаемого устройства при различных изменениях весов линий подъема 4 и 5 в любой момент времени и хода силового привода. Сняв ограничение по требованию, что одна из линий подъёма жидкости должна быть более тяжёлой в любой момент времени как при ходе вверх, так и при ходе вниз силового привода 1, существенно расширяется фонд скважин для применения предлагаемого устройства по сравнению с наиболее близким аналогом.

При расположении подвижной части 21 передачи 19 со стороны линии подъема 4, как на фиг. 1, увеличивается длина хода насоса 14 линии подъема 5 и уменьшается длина хода насоса 13 линии подъема 4 на ΔS. При расположении подвижной части 21 передачи 19 со стороны линии подъема 5 (на фиг. не показано) увеличивается длина хода насоса 13 линии подъема 4 и уменьшается длина хода насоса 14 линии подъема 5 на ΔS.

Согласование дебитов пластов, в частности скоростей притока пластовой жидкости, с производительностями, в частности скоростями откачки (произведений длины хода на частоту качаний плунжеров насосов) линий подъёма жидкости 4 (фиг. 1) и 5, производится следующим образом: по известным дебитам пластов компонуется скважинное оборудование: подбираются насосы 13 и 14, колонны штанг 11 и 12 и колонны труб 15 и 16 соответственно; рассчитываются нагрузки в точках подвеса штанг (на подвесках 6 и 7) и скорости откачки каждой линии подъёма жидкости 4 - n ₁ ⋅S ₁ и 5 - n ₂ ⋅S ₂ ; определяется средняя скорость откачки n⋅S; по полученным расчетным суммарным нагрузкам подбирается силовой привод 1; по подобранному силовому приводу 1 определяется длина хода S привода 1 (желательно выбрать максимально возможную длину хода) и рассчитывается частота качаний n привода 1 - с этой частотой качаний будет работать установка; подбирается электродвигатель и шкивы ременной передачи силового привода 1; рассчитывается необходимый дополнительный ход ΔS как разность между определёнными выше скоростями откачки одной из линии подъёма жидкости 4 или 5 и средней скоростью откачки, разделённая на полученную частоту качаний установки:

или

.

Подбирая различные сочетания диаметров вращающейся части 20 и реверсивного приводного органа 3 и меняя скорость и направление перемещения подвижной части 21 передачи 19 можно увеличить или уменьшить ход линий подъёма жидкости относительно хода силового привода в широких пределах. Предполагается подобранный диаметр вращающейся части 20 передачи 19 при эксплуатации не менять, а для обеспечения эксплуатации пластов скважины с требуемыми дебитами использовать регулировку механизма перемещения 22.

Например, на скважине линия подъема 5 (фиг. 1) эксплуатируется с длиной хода

3,5 м и частотой качаний

2,2 мин^-1 приводом СК8-3,5-4000, т.е. скорость откачки составляет

7,7 (более производительная линия подъёма жидкости), линия подъема 4 с длиной хода

2,1 м и частотой качаний

2,6 мин^-1 приводом СК6-2,1-2500 -

5,46 (менее производительная линия). Следовательно, учитывая нагрузки в точках подвеса штанг обеих линий, теоретически можно использовать только один привод со скоростью откачки

6,58, например, СК8-3,5-4000, с длиной хода

3,5 м и частотой качаний

1,88 мин^-1. С целью сохранения скоростей откачки для каждого объекта предлагаемое устройство должно дополнительно изменять длину хода линий на ΔS=0,6 м. При диаметре реверсивного приводного органа 3, например, звёздочки, 91 мм, и передаточном отношении передачи 19 при применении, например, зубчато-реечной передачи, равном 1, c диаметром вращающейся части 20, например, шестерни, 182 мм, требуемая скорость перемещения подвижной части 21 будет 0,14 м/с – обеспечивается механизмом перемещения (линейным электродвигателем) 22.

При необходимости изменения скорости откачки одной из линий подъёма жидкости 4 или 5, например, при изменении дебита одного из объектов (пластов), необходимо заново пересчитать по предложенному алгоритму требуемую скорость перемещения подвижной части 21 передачи 19. Для перехода на новый режим работы необходимо без остановки установки выставить на механизме перемещения 22 скорость перемещения подвижной части 21 согласно расчёту.

Аналогично настраивается режим работы установки при перемонтаже на других скважинах, при этом нет необходимости изготовления новой передачи 19 для новых скважин, достаточно выставить на механизме перемещения 22 скорость перемещения подвижной части 21 передачи 19, что позволяет, при необходимости, одним устройством эксплуатировать скважины с различными параметрами при соблюдении описанных выше условий.

Использование только одного силового привода позволит исключить необходимость закупки второго привода, строительно-монтажные работы по его монтажу (отсыпка, фундаментная плита и др.), снизить энергозатраты и работы по обслуживанию и ремонту при его эксплуатации, к тому же облегчить монтаж агрегата и мостков при подземном ремонте скважин.

Обычно под одновременную и раздельную добычу переводят скважины ранее эксплуатировавшиеся установкой скважинного штангового насоса с одной линией (лифтом) для добычи из одного, более продуктивного пласта, поэтому при переводе на одновременно-раздельную добычу с двумя линиями (лифтами) вообще исключаются работы по монтажу привода, так как возможно использование установленного при эксплуатации предыдущим способом привода и точка подвеса штанг привода совпадает с осью скважины.

На части скважин с одновременной раздельной добычей, например, включающих объекты, дающие высоковязкую нефть, объекты, на которых происходят резкие изменениях пластового давления, при освоении объектов после капитального ремонта и при других случаях по технологии разработки необходимо часто менять скорость откачки линии подъема жидкости в несколько раз, от режима с дебитом скважины от 0,5 м³/сут до 10 м³/сут и более. В таких случаях часто эксплуатируют только один объект скважины при остановленном другом и при накоплении необходимого объема нефти в остановленном объекте включают обе линии подъёма жидкости, что приводит к потерям в добыче нефти. Для таких скважин применение предлагаемого устройства является единственным условием работы объектов скважины в оптимальном режиме (при постоянных динамических уровнях).

Используя механизм перемещения 22 (фиг. 1), можно добиться регулирования скорости откачки линий подъёма жидкости 4 и 5 (длины хода и числа ходов насосов 13 и 14) установки в широком диапазоне дополнительно к регулированию параметров силового привода 1 и к возможности смены диаметра насосов 13 и 14, что позволит максимально точно согласовать скорости откачки отдельно каждой линии подъёма со скоростью притока пласта. В результате скважина будет эксплуатироваться в близком к оптимальному режиму работы (с постоянными динамическими уровнями), что приведет к повышению коэффициента полезного действия установки и снижению потребляемой электроэнергии, что, в свою очередь, позволит снизить себестоимость добычи нефти.

Предлагаемая установка скомпонована из широко применяемых и отработанных узлов без изменения конструкции покупных изделий, проста в изготовлении, поэтому её ресурс предполагается не ниже, чем у обычной установки скважинного штангового насоса с одной линией подъема.

Возможна работа одной линии подъёма жидкости при отказе другой во время ожидания приезда бригады подземного ремонта скважин, что исключает простои исправного насоса при отказе одного из насосов. Для этого на устье скважины останавливается и фиксируется отказавшая линия подъема жидкости. В результате исправная линия подъёма будет работать с общей длиной хода, равной 2⋅S. Кроме того, это качество предлагаемого устройства позволяет применять его для увеличения длины хода на обычных скважинах, оборудованных скважинными штанговыми насосными установками, с одной линией подъёма жидкости, с соответствующим уменьшением частоты качаний, что позволит снизить количество отказов колонны штанг, повысить коэффициент наполнения насоса и др.

Благодаря использованию предлагаемого устройства расширяются возможности применения скважинной штанговой насосной установки на большем количестве скважин за счёт исключения использования разницы весов линий подъема в качестве движущей силы, создающей вращающий момент на реверсивном приводном органе для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода, обеспечивается регулирование скорости откачки линий подъёма жидкости без остановки установки, повышается надёжность работы, исключаются аварии при работе установки для одновременной раздельной добычи продукции двух объектов (пластов) скважины, а также улучшается эффективность установки.

Claims (1)

1. Скважинная штанговая насосная установка, содержащая силовой привод с тяговым органом, реверсивный приводной орган, соединённый с силовым приводом с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения совместно с тяговым органом, две уравновешиваемые линии подъёма жидкости, включающие соответствующие подвески, соединённые с реверсивным приводным органом посредством гибкого элемента, полированные штоки, штанговые колонны и насосы, размещённые в соответствующих изолированных друг от друга колоннах труб, спущенных в скважину, отличающаяся тем, что реверсивный приводной орган оснащён передачей, включающей вращающуюся и подвижную части, преобразующей возвратно-поступательное движение реверсивного приводного органа в его вращение, вращающаяся часть передачи жёстко соединена с реверсивным приводным органом или соединена неподвижным соединением, передающим крутящий момент, а подвижная часть передачи оснащена механизмом перемещения и закреплена на нём, при этом имеет возможность ограниченного перемещения вдоль своей оси за счёт механизма перемещения для увеличения или уменьшения хода линий подъема жидкости относительно хода силового привода.

Images