RU2778764C1

RU2778764C1 - Pumping unit for oil production

Info

Publication number: RU2778764C1
Application number: RU2022108724A
Authority: RU
Inventors: Эрнст Иванович Деникин
Original assignee: Эрнст Иванович Деникин
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-08-24

Abstract

FIELD: oil production.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of mechanized oil production, in particular to the design of technical means that ensure the implementation of this technology. The pumping unit for oil production includes a balancing beam 4, mounted by means of a hinge 5 on a support column and equipped with heads 6 at both ends, providing the possibility of servicing two sucker rod pumps, and connected with a drive containing an electric motor. The electric motor performs the function of a mechanism 10 for converting rotational motion into oscillatory, for which its stator 8 is made arc-shaped and connected to the support column. The rotor 9 is a permanent magnet 11 fixed on the beam 4. The center of the radius of curvature of the inner surface of the stator 8 is located on the geometric axis of the hinge 5. The magnet 11 is mounted on the rod 12 above the hinge 5 perpendicular to the beam 4.

EFFECT: invention is aimed at simplifying the design of the pumping unit drive, reducing the metal consumption of the equipment.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии механизированной добычи нефти, в частности, к конструкции технических средств, обеспечивающих реализацию этой технологии.The invention relates to the technology of mechanized oil production, in particular, to the design of technical means that ensure the implementation of this technology.

К настоящему времени наибольшее распространение в качестве установок привода штанговых глубинных насосов (ШГН) получили балансирные станки-качалки (С-К). Данный тип привода имеет значительные преимущества такие как высокие надежность и долговечность.To date, the most widely used as drive units for sucker rod pumps (SRP) are balancing pumping units (S-K). This type of drive has significant advantages such as high reliability and durability.

Типичная конструкция С-К содержит балансир с головкой, связанный с редуктором посредством кривошипов через шатуны с пальцами, и канатную подвеску полированного штока. Балансир установлен на основании с рамой. Правая часть балансира с противовесами, траверсой и шатунами, отсоединенными от кривошипов, всегда тяжелее левой части балансира с его головкой и канатной подвеской колонны штанг насоса. В связи с этим вращающий момент балансира направлен по часовой стрелке и компенсирует нагрузку со стороны левой части балансира [SU 1333838]. Типичными недостатками практически любого С-К являютсяA typical C-K design contains a balancer with a head connected to the gearbox by means of cranks through connecting rods with pins, and a polished rod rope suspension. The balancer is mounted on a base with a frame. The right side of the balancer with counterweights, traverse and connecting rods disconnected from the cranks is always heavier than the left side of the balancer with its head and rope suspension of the pump rod column. In this regard, the torque of the balancer is directed clockwise and compensates for the load from the left side of the balancer [SU 1333838]. Typical disadvantages of almost any S-K are

1. Высокая металлоемкость и относительно высокая стоимость транспортировки.1. High metal consumption and relatively high cost of transportation.

2. Необходимость подготовки бетонного основания или свайного поля перед монтажом станка-качалки;2. The need to prepare a concrete base or pile field before installing the pumping unit;

3. Высокая стоимость замены С-К или его узлов вследствие большой массы;3. The high cost of replacing S-K or its components due to the large mass;

4. Наличие большого числа открытых движущихся механизмов, снижающих безопасность обслуживания.4. The presence of a large number of open moving mechanisms that reduce the safety of service.

Следует отметить, что конструкция С-К продолжает совершенствоваться, избавляясь от части перечисленных выше недостатков. В частности, это достигается путем выполнения привода ШГН в виде подвижного контргруза, размещаемого на балансире с возможностью возвратно-поступательного перемещения по всей его длине, при этом контргруз снабжен автономным электроприводом. Примерами таких С-К являются конструкции, описанные в патенте на изобретение SU 1267045, а также в патенте на полезную модель CN 202117637, в первом из которых привод включает канатную систему перемещения контргруза, а во втором - привод выполнен в виде электрического линейного двигателя.It should be noted that the design of the S-K continues to improve, getting rid of some of the above drawbacks. In particular, this is achieved by making the SRP drive in the form of a movable counterweight placed on the balancer with the possibility of reciprocating movement along its entire length, while the counterweight is equipped with an autonomous electric drive. Examples of such S-K are the designs described in the patent for invention SU 1267045, as well as in the patent for utility model CN 202117637, in the first of which the drive includes a rope system for moving the counterweight, and in the second, the drive is made in the form of an electric linear motor.

Наряду с балансирными С-К, последние 25 лет интенсивно развивается новое направление, определяемое как безбалансирные привода ШГН, значительным конструктивным разнообразием. Однако, технология добычи нефти с применением ШГН и оборудование для этого в виде станков-качалок являются в настоящее время наиболее востребованными. Так, в мировой практике в добыче жидких углеводородов станки-качалки составляют 90% парка имеющегося оборудования аналогичного назначения.Along with balancing S-K, over the past 25 years, a new direction has been intensively developing, defined as unbalanced SRP drives, with a significant design variety. However, the technology of oil production using SRP and equipment for this in the form of pumping units are currently the most in demand. Thus, in the world practice in the production of liquid hydrocarbons, pumping units account for 90% of the fleet of available equipment for a similar purpose.

Стремление к снижению различного рода затрат на оборудование по добыче нефти привели к созданию конструкции С-К, который обслуживает две, рядом расположенные, скважины.The desire to reduce various kinds of costs for oil production equipment led to the creation of the S-K design, which serves two adjacent wells.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрана конструкция С-К, описанная в RU 2191924. Станок-качалка с двумя балансирами содержит раму, электродвигатель, редуктор и механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Балансир выполнен с возможностью взаимодействия с двумя штангами насосных установок при помощи двух откидных головок, устанавливаемых на концах продольной балки. Устройство снабжено вторым балансиром, связанным с механизмом преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Одна из откидных головок первого балансира выполнена с возможностью взаимодействия с головкой второго балансира при помощи двух тросов, каждый из которых жестко закреплен одним концом на головке второго балансира, а вторым концом - на головке первого балансира, но на противоположных сторонах головок.As a prototype of the proposed invention, the S-K design described in RU 2191924 was selected. The balancer is made with the possibility of interacting with two rods of pumping units using two folding heads installed at the ends of the longitudinal beam. The device is equipped with a second balancer associated with a mechanism for converting rotational motion into reciprocating. One of the folding heads of the first balancer is made with the possibility of interaction with the head of the second balancer by means of two cables, each of which is rigidly fixed with one end on the head of the second balancer, and with the other end - on the head of the first balancer, but on opposite sides of the heads.

Прототип имеет значительный недостаток - сложность конструкции. Суть в том, что в качестве механизма преобразования использовано схематическое решение традиционного С-К, т.е. механизм преобразования есть ни что иное, как собственно станок-качалка, содержащий все присущие ему, без изъятия, родовые признаки, в частности, фундамент, стойка для балансира, собственно балансир с головкой, электродвигатель, редуктор и, наконец, шатунно-кривошипный механизм, шарнирно связанный с балансиром. Как следствие, конструкция С-К прототипа обладает высокой металлоемкостью, сложностью монтажно-технических, эксплуатационных и ремонтных работ,The prototype has a significant drawback - the complexity of the design. The bottom line is that a schematic solution of the traditional C-C is used as a conversion mechanism, i.e. the transformation mechanism is nothing more than the actual rocking machine, containing all its inherent, without exception, generic features, in particular, the foundation, the stand for the balancer, the balancer itself with the head, the electric motor, the gearbox, and, finally, the connecting rod-crank mechanism, hinged to the balancer. As a result, the design of the S-K prototype has a high metal consumption, the complexity of installation and technical, maintenance and repair work,

Таким образом, задачей изобретения является упрощение конструкции С-К.Thus, the objective of the invention is to simplify the design of the S-K.

Поставленная задача решается за счет того, что в станке-качалке для добычи нефти, включающем балансирную балку, смонтированную с помощью шарнира на опорной стойке и снабженную на своих обоих концах головками, обеспечивающими возможность обслуживания двух ШГН, и связанную с приводом, включающим электродвигатель, последний выполняет функцию механизма преобразования вращательного движения в колебательное, для чего его статор выполнен дугообразным и связан с опорной стойкой, а ротор представляет собой постоянный магнит, закрепленный на балансирной балке, при этом центр радиуса кривизны внутренней поверхности статора расположен на геометрической оси шарнира, а магнит смонтирован на стержне над шарниром, перпендикулярном балке.The problem is solved due to the fact that in the pumping unit for oil production, which includes a balance beam, mounted by means of a hinge on a support column and equipped at both ends with heads that provide the possibility of servicing two SRPs, and associated with a drive that includes an electric motor, the latter performs the function of a mechanism for converting rotational motion into an oscillatory one, for which its stator is made arc-shaped and connected to the support leg, and the rotor is a permanent magnet mounted on a balancing beam, while the center of the radius of curvature of the inner surface of the stator is located on the geometric axis of the hinge, and the magnet is mounted on a rod above a hinge perpendicular to the beam.

Технический результат состоит в значительном упрощении конструкции привода С-К за счет исключения из привода механических систем, таких как редуктор и механизм преобразования, и, как следствие, снижение в разы металлоемкости оборудования.The technical result consists in a significant simplification of the design of the S-K drive due to the exclusion of mechanical systems from the drive, such as a gearbox and a conversion mechanism, and, as a result, a reduction in the metal consumption of the equipment by several times.

На, прилагаемом к описанию изобретения, чертеже дано схематическое изображение конструкции предлагаемого С-К.On, attached to the description of the invention, the drawing shows a schematic representation of the design of the proposed S-K.

Станок-качалка включает опорную стойку в виде сваи 1, погруженной в грунт, на оголовке которой закреплен стакан 2 с опорой 3 для балансирной балки 4, установленной с возможностью поворота на оси шарнира 5, в свою очередь, закрепленной на опоре 3. Балка 4 на своих концах несет головки 6, связанные канатами 7 с ШГН (на чертеже не показаны). Привод качания включает два основных элемента - дугообразный статор 8 и ротор 9, совместно образующих электродвигатель для качания балки 4 и механизм 10 для преобразования вращательного движения статора 8 относительно ротора 9. Статор 8 крепится на стакане 2 и установлен над балкой 4 таким образом, что радиус кривизны его внутренней поверхности расположен на геометрической оси шарнира 5. К этой поверхности примыкает, на известном из электротехники, расстоянии постоянный магнит 11, поверхность которого, обращенная к статору, имеет цилиндрическую форму. При этом магнит 11 установлен на стержне 12, закрепленным на балке 4 перпендикулярно последней, непосредственно над шарниром 5. Каждый конец балки 4 выполнена телескопическим из двух частей, подвижная из которых 13 несет головку 6. На части 13 каждой балки установлен с возможностью перемещения регулировочный груз 14. Средства фиксации частей балок друг относительно друга и грузов на части 13 на чертеже не показаны. Для предотвращения влияния различных атмосферных явлений на работу привода в процессе его эксплуатации на балке 4 установлен кожух 15.The pumping unit includes a support post in the form of a pile 1, immersed in the ground, on the head of which a glass 2 is fixed with a support 3 for a balance beam 4, mounted with the possibility of rotation on the hinge axis 5, in turn, fixed on the support 3. Beam 4 on at its ends carries heads 6 connected by ropes 7 with SRP (not shown in the drawing). The swing drive includes two main elements - an arc-shaped stator 8 and a rotor 9, which together form an electric motor for swinging the beam 4 and a mechanism 10 for converting the rotational motion of the stator 8 relative to the rotor 9. The stator 8 is mounted on the cup 2 and mounted above the beam 4 in such a way that the radius curvature of its inner surface is located on the geometric axis of the hinge 5. This surface adjoins, at a distance known from electrical engineering, a permanent magnet 11, the surface of which, facing the stator, has a cylindrical shape. In this case, the magnet 11 is mounted on the rod 12, fixed on the beam 4 perpendicular to the latter, directly above the hinge 5. Each end of the beam 4 is made telescopic of two parts, the movable of which 13 carries the head 6. On the part 13 of each beam, an adjusting load is installed with the possibility of moving 14. The means of fixing the parts of the beams relative to each other and the loads on the part 13 are not shown in the drawing. To prevent the influence of various atmospheric phenomena on the operation of the drive during its operation, a casing 15 is installed on the beam 4.

Станок-качалка работает следующим образом.The rocking machine works as follows.

Включению в работу С-К предшествует его настройка, которая заключается в том, что перемещением частей 13 балансирной балки 4 осуществляется точное позиционирование положения головок 6 относительно осей скважин, а перемещением грузов 14 добиваются оптимизации (равенства) нагрузок на привод со стороны обоих ШГН в нерабочем состоянии С-К. Привод С-К работает в реверсивном режиме, т.е. под воздействием программы системы управления на статор 8 подается ток, возбуждающий в обмотке, расположенной над ротором, магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита 11. Последовательное подключение обмоток статора 8 в ту или иную сторону приведет к перемещению магнита 11, а значит и поворота балки 4 (качание) в соответствующую сторону.The inclusion in the work of S-K is preceded by its setting, which consists in the fact that by moving the parts 13 of the balancing beam 4, the exact positioning of the position of the heads 6 relative to the axes of the wells is carried out, and by moving the weights 14, optimization (equality) of the loads on the drive from both SPGs in the non-working S-K condition. The C-K drive operates in reverse mode, i.e. under the influence of the program of the control system, a current is supplied to the stator 8, which induces a magnetic field in the winding located above the rotor, which interacts with the field of the permanent magnet 11. Connecting the stator windings 8 in series in one direction or another will lead to the movement of the magnet 11, and hence the rotation of the beam 4 (swing) in the appropriate direction.

Claims

Pumping unit for oil production, including a balancing beam, mounted by means of a hinge on a support column and equipped at both ends with heads that provide the possibility of servicing two sucker rod pumps, and associated with a drive that includes an electric motor, characterized in that the latter performs the function of a mechanism transformation of the rotational motion into an oscillatory one, for which its stator is made arc-shaped and connected to the support leg, and the rotor is a permanent magnet mounted on a balancing beam, while the center of the radius of curvature of the inner surface of the stator is located on the geometric axis of the hinge, and the magnet is mounted on a rod above hinge perpendicular to the beam.