RU2814904C1

RU2814904C1 - Unbalanced group drive of downhole sucker rod pumps

Info

Publication number: RU2814904C1
Application number: RU2023114536A
Authority: RU
Inventors: Камил Рахматуллович Уразаков; Артур Рустамович Искаков; Денис Владимирович Сильнов; Артур Рафаилевич Гибадуллин
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2024-03-06

Abstract

FIELD: oil production technology.

SUBSTANCE: invention can be used to optimize the movement of wellhead rod suspension units and increase the energy efficiency of the oil production process when operating wells with sucker rod pumps. The unbalanced group drive of downhole sucker rod pumps contains a motor, a gearbox, stands with guide pulleys and wellhead rod suspension units. The roller-screw mechanism, which converts rotational motion into reciprocating motion, is located horizontally between the wells, and the racks are installed vertically next to the wells, supported on the ground. At the same time, brackets are fixed in the lower part of each of the racks with the possibility of rotation relative to the fastening axis, at the ends of which pulleys are installed with the possibility of rotation. Each of the suspension units of the wellhead rods is connected through flexible connections, through a guide and tension pulleys, to the carriage of a roller-screw mechanism that performs reciprocating motion. In this case, a balancing weight is attached to one of the flexible connections between the guide and a tension roller.

EFFECT: reduced metal consumption, reduced dimensions and optimized movement of wellhead rod suspension units.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике добычи нефти и может быть использовано при эксплуатации скважин штанговыми насосами.The invention relates to oil production technology and can be used in the operation of wells with sucker rod pumps.

Известны приводы с двуплечим балансиром, механизмом регулирования длины плеча и двумя поворотными головками (Гадиев С.М. Особенности эксплуатации кустовых скважин. - М.: Гостоптехиздат, 1963). Подобные приводы характерны тем, что они могут эксплуатироваться лишь на скважинах, находящихся на ограниченном расстоянии друг от друга, определяемом длиной плеча балансира, помимо того, что они сложны конструктивно и металлоемки.Drives with a double-arm balancer, a mechanism for adjusting the length of the arm and two rotary heads are known (Gadiev S.M. Peculiarities of operation of cluster wells. - M.: Gostoptekhizdat, 1963). Such drives are characterized by the fact that they can only be operated in wells located at a limited distance from each other, determined by the length of the beam arm, in addition to the fact that they are structurally complex and metal-intensive.

Известен «Групповой привод штанговых насосов» (патент RU №2118709 С1, МПК F04B 47/02, опубл. 10.09.1998 г.), включающий двигатель, редуктор с кривошипом и противовесом, стойки с направляющими шкивами и канатные подвески с узлами крепления, причем узлы крепления канатных подвесок установлены непосредственно на кривошипе на общем пальце по автономной схеме с возможностью вращения вокруг собственных осей.The “Group drive of rod pumps” is known (patent RU No. 2118709 C1, IPC F04B 47/02, published on September 10, 1998), including a motor, a gearbox with a crank and counterweight, racks with guide pulleys and rope suspensions with attachment points, and The attachment points for the rope suspensions are installed directly on the crank on a common pin according to an autonomous scheme with the possibility of rotation around their own axes.

Недостатком данного решения является большая металлоемкость, большие габариты и неоптимальная закономерность движения узлов подвесок устьевого штока.The disadvantage of this solution is the high metal consumption, large dimensions and non-optimal pattern of movement of the wellhead rod suspension units.

Технической проблемой изобретения является создание нового группового привода скважинных штанговых насосов с достижением следующего технического результата: снижение металлоемкости, уменьшение габаритов и оптимизация движения узлов подвесок устьевых штоков.The technical problem of the invention is the creation of a new group drive of downhole sucker rod pumps with the achievement of the following technical result: reducing metal consumption, reducing dimensions and optimizing the movement of wellhead rod suspension units.

Технический результат достигается тем, что в известном безбалансирном групповом приводе (роликово-винтовом) для двух скважин, содержащем двигатель, редуктор, стойки с направляющими шкивами и узлами подвесок устьевых штоков, при этом механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение, расположенный горизонтально между скважинами, содержит винт ходовой с возможностью вращения, на поверхности которого выполнены спиральные канавки, причем по концам винта ходового спиральные канавки соединены между собой плавными переходами друг в друга, образуя бесконечную канавку, при этом на винте ходовом установлена гайка, с возможностью продольного перемещения вдоль винта ходового, а в гайке выполнено сквозное, перпендикулярное продольной оси винта ходового, отверстие, в которое с противоположных концов вставлены с возможностью поворота цилиндрические обоймы с выполненными в них пазами, в которых на осях с возможностью вращения закреплены ролики обкатные, при этом выступающие во внутреннюю полость гайки, части роликов обкатных имеют возможность обкатываться по бесконечным спиральным канавкам, обеспечивая при этом возвратно-поступательное движение тягового элемента привода, а стойки установлены вертикально рядом со скважинами, с опорой на грунт или подготовленную площадку, причем в нижней части каждой из стоек закреплены кронштейны с возможностью поворота относительно оси крепления, на концах которых установлены с возможностью вращения шкивы оттяжные, при этом каждый из узлов подвесок устьевых штоков посредством гибких связей, через направляющий и оттяжной шкивы связаны с кареткой роликово-винтового механизма, совершающего возвратно-поступательное движение.The technical result is achieved by the fact that in the known unbalanced group drive (roller screw) for two wells, containing an engine, a gearbox, racks with guide pulleys and suspension units of wellhead rods, and a mechanism that converts rotational motion into reciprocating motion, located horizontally between the wells, contains a rotatable running screw, on the surface of which spiral grooves are made, and at the ends of the running screw, the spiral grooves are interconnected by smooth transitions into each other, forming an endless groove, while a nut is installed on the running screw, with the possibility of longitudinal movement along the running screw, and the nut has a through hole perpendicular to the longitudinal axis of the running screw, into which cylindrical cages with grooves made in them are inserted from opposite ends with the possibility of rotation, in which rolling rollers are fixed on the axes with the possibility of rotation, while protruding into the inner the cavity of the nut, parts of the rolling rollers have the ability to roll along endless spiral grooves, while ensuring reciprocating movement of the traction element of the drive, and the racks are installed vertically next to the wells, supported on the ground or a prepared site, and brackets are fixed in the lower part of each of the racks with the possibility of rotation relative to the fastening axis, at the ends of which pulley pulleys are installed with the possibility of rotation, and each of the suspension units of the wellhead rods is connected through flexible connections, through a guide and pulley pulleys, to the carriage of a roller-screw mechanism that performs reciprocating motion.

Такое исполнение позволяет исключить из конструкции громоздкий редуктор, шатуны и балансир, что снижает габариты, металлоемкость, упрощает конструкцию и обеспечивает оптимальную закономерность движения узла подвески полированного штока, аналогично закономерностям движения таких узлов в цепных и гидравлических приводах.This design makes it possible to exclude a bulky gearbox, connecting rods and a balancer from the design, which reduces dimensions, metal consumption, simplifies the design and ensures optimal movement patterns of the polished rod suspension unit, similar to the patterns of movement of such units in chain and hydraulic drives.

На фиг.1 схематично изображен привод групповой для эксплуатации двух скважин, главный вид. На фиг.2 - вид сверху. На фиг.3 - сечение А-А см. фиг.2. На фиг.4 - изображена схема монтажа привода, при ремонте одной из скважин.Figure 1 schematically shows a group drive for operating two wells, main view. Figure 2 is a top view. In Fig.3 - section A-A, see Fig.2. Figure 4 shows a diagram of the drive installation during the repair of one of the wells.

Привод содержит двигатель 1, редуктор 2, роликово-винтовой механизм 3, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное движение, с вращающимся винтом 4, приводимый в действие двигателем 1 через редуктор 2. На винте 4 установлена гайка 5 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль винта 4, причем гайка 5 связана с кареткой 6, совершающей совместное с гайкой 5 возвратно- поступательное движение вдоль рамы 7, в подшипниковых опорах которой (не показаны) закреплен вращающийся винт 4. На наружной поверхности винта 4 выполнены две спиральные канавки 8, причем на концах винта 4 спиральные канавки 8 соединены между собой плавным переходом, образуя одну бесконечную канавку, по которой могут катиться ролики 9 обкатные, закрепленные в оправках 10 поворотных. Стойки-опоры 11 и 12 установлены вертикально рядом с устьями скважин 13 и 14. Кронштейны 15 и 16 с оттяжными роликами (шкивами) 17 и 18 крепятся на осях вращения (не показаны) в нижних частях стоек 11 и 12. Узлы подвесок устьевых штоков 19 и 20 посредством гибких связей 21 и 22, через направляющие 23 и 24, а также оттяжные ролики (шкивы) 17 и 18 связаны с выходными концами расположенного горизонтально роликово-винтового механизма 3. При этом на одном из участков гибкой связи 21 или 22, между оттяжным роликом (шкивом) 17 или 18 и направляющим шкивами 23 или 24, закреплен уравновешивающий груз 25.The drive contains a motor 1, a gearbox 2, a roller-screw mechanism 3 that converts rotational motion into reciprocating motion, with a rotating screw 4 driven by motor 1 through gearbox 2. A nut 5 is installed on the screw 4 with the possibility of reciprocating movement along screw 4, and the nut 5 is connected to the carriage 6, which performs a reciprocating movement together with the nut 5 along the frame 7, in the bearing supports of which a rotating screw 4 is fixed. On the outer surface of the screw 4 there are two spiral grooves 8, and on At the ends of the screw 4, the spiral grooves 8 are connected to each other by a smooth transition, forming one endless groove along which rolling rollers 9, fixed in rotary mandrels 10, can roll. Support posts 11 and 12 are installed vertically next to the wellheads 13 and 14. Brackets 15 and 16 with tension rollers (pulleys) 17 and 18 are mounted on rotation axes (not shown) in the lower parts of posts 11 and 12. Wellhead rod suspension units 19 and 20 by means of flexible connections 21 and 22, through guides 23 and 24, as well as tension rollers (pulleys) 17 and 18 are connected to the output ends of a horizontally located roller-screw mechanism 3. Moreover, in one of the sections of the flexible connection 21 or 22, between a tensioning roller (pulley) 17 or 18 and guide pulleys 23 or 24, a balancing weight 25 is secured.

Безбалансирный групповой привод СШН (роликово-винтовой) для эксплуатации двух скважин работает следующим образом.The unbalanced group drive SSHN (roller-screw) for operating two wells operates as follows.

Двигатель 1 через редуктор 2 передает вращение винту 4 роликового винтового механизма 3. На вращающемся винте 4 (см. фиг.3) установлена гайка 5, в цилиндрических выборках которой, перпендикулярных продольной оси винта 4, вставлены оправки 10 поворотные, в которых закреплены, с возможностью вращения, ролики обкатные 9. Гайка 5, связанная с кареткой 6, совершает возвратно-поступательное движение вдоль вращающегося винта 4, совместно с кареткой 6, перемещающейся вдоль продольных направляющих рамы 7. Таким образом, роликово-винтовой механизм 3 посредством гибких связей 21 и 22, направляющих роликов (шкивов) 23 и 24, оттяжных роликов (шкивов) 17 и 18 обеспечивает согласованное между собой возвратно-поступательное движение узлов подвески штоков 19 и 20 скважин 13 и 14. При этом усилия в узлах подвесок штоков 19 и 20 согласованы между собой, так как ход вверх в одной из скважин, соответствует ходу вниз в другой, компенсируя усилия в общей силовой схеме движения системы. В итоге получается, что при использовании такой схемы привода, уравновешивающий груз 25 может иметь относительно меньшее значение, и двигатель 1 может быть использован меньшей мощности, что и обеспечивает повышение энергоэффективности.The engine 1, through the gearbox 2, transmits rotation to the screw 4 of the roller screw mechanism 3. A nut 5 is installed on the rotating screw 4 (see Fig. 3), in the cylindrical recesses of which, perpendicular to the longitudinal axis of the screw 4, rotary mandrels 10 are inserted, in which they are fixed, with possibility of rotation, rolling rollers 9. The nut 5, connected to the carriage 6, makes a reciprocating movement along the rotating screw 4, together with the carriage 6 moving along the longitudinal guides of the frame 7. Thus, the roller-screw mechanism 3 through flexible connections 21 and 22, guide rollers (pulleys) 23 and 24, idler rollers (pulleys) 17 and 18 ensure mutually coordinated reciprocating movement of the suspension units of the rods 19 and 20 of the wells 13 and 14. At the same time, the forces in the suspension units of the rods 19 and 20 are coordinated between itself, since the upward stroke in one of the wells corresponds to the downward stroke in the other, compensating for the efforts in the overall power scheme of the system movement. As a result, it turns out that when using such a drive scheme, the balancing weight 25 can have a relatively smaller value, and the motor 1 can be used with less power, which ensures increased energy efficiency.

При необходимости проведения ремонтных работ на одной из скважин, можно использовать монтажную схему, изображенную на фиг.4. В таких случаях, стойку - опору 11 или 12 устанавливают ближе к роликово-винтовому механизму 3, а уравновешивающий груз 25 соответствующего веса крепится к узлу подвески устьевого штока 19 или 20.If it is necessary to carry out repair work on one of the wells, you can use the installation diagram shown in Fig.4. In such cases, the rack-support 11 or 12 is installed closer to the roller-screw mechanism 3, and a balancing load 25 of the corresponding weight is attached to the suspension unit of the wellhead rod 19 or 20.

Использование безбалансирного группового привода позволит повысить энергоэффективность процесса добычи нефти.The use of a non-balanced group drive will improve the energy efficiency of the oil production process.

Claims

A non-balanced group drive of downhole sucker rod pumps, containing a motor, a gearbox, stands with guide pulleys and wellhead rod suspension units, characterized in that the roller-screw mechanism that converts rotational motion into reciprocating motion is located horizontally between the wells, and the stands are installed vertically next to each other with wells, supported on the ground, while in the lower part of each of the racks there are brackets fixed with the possibility of rotation relative to the fastening axis, at the ends of which pulley pulleys are installed with the possibility of rotation, and each of the suspension units of the wellhead rods by means of flexible connections, through a guide and a pulley The pulleys are connected to the carriage of a roller-screw mechanism that performs a reciprocating motion, while a balancing weight is attached to one of the flexible connections between the guide and pull rollers.