Универсальный привод глубинного штангового насоса “НУБА”

(51) 04 47/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИВОД ГЛУБИННОГО ШТАНГОВОГО НАСОСА НУБА(57) Изобретение относится к области добычи нефти и подземных вод из глубоких скважин. Технический результат повышение эксплуатационной надежности, применение в установке технологической универсальности, упрощение и долговечность конструкции со снижением эксплуатационных расходов и максимальной экологической состоятельности техники. Для этого в универсальном приводе глубинного штангового насоса применены шарико-роликовинтовые передачи с регулируемым реверсивным электродвигателем переменного тока с тиристорными преобразователями частоты вращения. Винтовые стойки установлены с возможностью обеспечения вращательного движения, а винтовая гайка находится в постоянном контакте с движущими частями винтовой стойки. При таком конструктивном выполнении основная нагрузка воспринимается винтовыми стойками, что является более благоприятным сопровождением намеченной технологии. Изобретение относится к технике добыче нефти и подземных вод из глубоких скважин. Известна нефтедобывающая установка (А.с. СССР 1513194, кл. 04 47/02, 1989),закрепляемая на устьевой арматуре и содержащая ведущие и ведомые шкивы привода, попарно охваченные гибкими элементами, посредством шарниров соединенных через дополнительные рычаги с поворотным рычагом, расположенным между двумя гибкими элементами и закрепленным на штоке штанговой колонны и грузы-противовесы. Известный привод обладает следующими недостатками- невозможность изменения величины хода плунжера в процессе эксплуатации без перемонтажа шкивов и гибких элементов, так как ход плунжера определяется расстоянием между шкивами- незащищенность гибких элементов от попадания пыли, грязи и создающих опасность травмирования персонала,обслуживающего установку, в процессе работы установки- возможность возникновения аварии установки из-за выхода из строя любого из многочисленных звеньев гибких элементов. Известен привод глубинного штангового насоса(Патент РК 5059, кл. 04 47/02, 1997),включающий погружной глубинный насос со штанговой колонной,оканчивающейся полированным штоком, соединенным с приводом содержащим преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное,выполненным в виде пары механизмов винтовой подачи с траверсой, соединенной с полированным штоком, гайки которых расположены на концах траверсы, а резьбовые выступы их образованы шарами,установленными с возможностью движения по замкнутому контуру, винтовые втулки выполнены пустотелыми и установлены на подшипниках неподвижных стоек, расположенных в полостях винтовых втулок и закрепленных нижними концами на понижающем редукторе, а верхними концами жестко связанных между собой поперечной связью, при этом по концам одной из стоек расположены путевые переключатели для изменения направления вращения винтовых гаек. Основным недостатком известного привода является недостаточная эксплуатационная надежность за счет того, что для постоянного строго вертикального расположения установки необходимы оттяжные тросы, приводящие при обслуживании к определенной степени затруднениям. Задачей изобретения является разработка эффективного привода глубинного штангового насоса,обладающего лучшими техникоэкономическими и экологическими показателями по всем характеристикам привода глубинного штангового насоса - по глубине откачки нефти, по весу поднимаемого груза и автоматического изменения количества двойного хода плунжера и изменению скорости при подъеме и опускании колонны штанг, изменению скорости в начале,середине и в конце движения плунжера при подъеме 2 вверх и вниз, согласно заданной программе,благодаря применения в установке регулируемого реверсивного электродвигателя переменного тока с тиристорными преобразователями частоты вращения и шарико-ролико-винтовой передачи(ШРВП),обеспечивающей всевозможные потребности в технологии добычи нефти. Технический результат эффективного привода заключается в повышении эксплуатационной надежности, долговечности конструкции и общей эффективности (эколого-экономический и техникотехнологической) привода. Технический результат достигается тем, что в эффективном приводе глубинного штангового насоса, установленном над оголовком скважины,включающем несущую конструкцию, состоящую из соединенных между собой несущей стойкой верхней и нижней платформ, между которыми закреплены две винтовые стойки, траверсу,расположенную между винтовыми стойками,полированный шток, соединенный верхним концом с траверсой, а нижним - с колонной штанг для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру штангового насоса, электродвигатель с понижающим редуктором,преобразователь вращательного движения в возвратнопоступательное,противовесы,путевые переключатели направления вращения и шкивы с гибкими элементами, причем гибкие элементы через шкивы связывают траверсу с противовесом, а на траверсе закреплены корпуса гайки через шарнирные устройства. Винтовые стойки установлены с возможностью вращения и преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное,от редуктора с электродвигателем к взаимодействующим винтовым гайкам. Взаимодействия винтовых пар осуществляется через шарико-ролико-винтовые передачи (ШРВП). В частных случаях исполнения в установке- путевые переключатели установлены на корпусе винтовых гаек и на несущей стойке- при необходимости меняется линейная скорость винтовой гайки благодаря наличию в приводе электродвигателя с регулируемой частотой вращения в соответствии с его функциональными возможностями- имеется опорная конструкция, снабженная винтовыми домкратами для регулирования высоты расположения установки- снабжена легкоразборным защитным кожухом,лестницей для безопасного обслуживания,выпускным клапаном и маломощным компрессором- в качестве гибких элементов используются стальные ленты с уплотнителями- на концах стоек выполнены шлицы для соединения и возможности движения на верхней платформе, а внизу - на корпусе редуктора,установленные на опорно-упорных подшипниках- при необходимости линейная скорость винтовой гайки при движении вниз выше, чем при движении вверх, в соответствие с наличием конструктивных особенностей установки и электродвигателя с регулируемой частотой вращения- масса винтовых стоек с крестовиной применяется в качестве уравновешивающего противовеса при движении вниз колонны штанги- в конструкции предусмотрена установка пружины, расположенной между корпусами винтовых гаек и корпусом редуктора- при необходимости имеется возможность увеличения массы противовеса установки путем установления дополнительного груза на тару противовеса, для достижения щадящего режима работы электродвигателя в индивидуальном порядке. Изобретение поясняется графическими приложениями, где на фиг.1, 2 изображен общий вид универсального привода глубинного штангового насоса (УПГШН) с вертикальным разрезом 1-1. Привод имеет выпускной клапан 1 для предотвращения накопления углеводородных смесей внутри установки и ось шкива 2 с крышками 3, шкива 4 с опорами 5. Установка имеет верхнюю 6 и нижнюю 61 платформы, соединенные несущей стойкой 11, стальная лента 13 связывает траверсу 8 и противовесом 15 через уплотнители ленты 7. Траверса обеими концами соединены с корпусом гайки 9 через ось 10 (шарнирное соединение между траверсой и корпусом гайки, на чертеже условно показаны два положения гаек с траверсой - верхнее и нижнее) и винтовые стойки 14. Полированный шток 17 крепится к траверсе с помощью сухаря 16 и расположен внутри устьевого сальника 18, а вся установка имеет легко разборной защитный кожух 12 и опирается непосредственно на землю, не прикасаясь колонной фланец 23 к устью скважины,через опорную конструкцию 20. Винтовые стойки,имеющие по концам шлицевые соединения 24,установлены на подшипниках верхней платформы, а внизу - в корпусе редуктора 19 с электродвигателем 25 (фиг.2), расположенного на нижней платформе. Взаимодействие винтовых пар осуществляется шарико-ролико-винтовыми передачами (ШРВП,фиг.3, 4), посредством шаровых и роликовых элементов (фиг.5, шар - 26, ролик - 27, ось - 28). Траверса 8 посредством стальной ленты 13,перекинутой через шкивы 4, связана с противовесом 15, имеющим направляющие ролики (на схеме не указаны), кроме того, на траверсе подвешен полированный шток 17 насосной установки. Установка имеет верхний и нижний путевые переключатели 21, смонтированные одним концом на корпусе гайки, а другим - на фиксаторе 22 закрепленном к несущей стойке 11. Работает привод глубинного штангового насоса следующим образом Включение приводного электродвигателя, через понижающий редуктор, приводит к вращению винтовых стоек, в результате чего, взаимодействуя через шары или ролики шарико-ролико-винтовых передач, шарнирно соединенных с корпусом винтовых гаек, осуществляется перемещение траверсы в зависимости от направления вращения электродвигателя, определяемого переключателями. При этом траверса совершает возвратнопоступательное движение вместе с полированным штоком, а через него штанговая колонна и плунжер ГШН, который, перемещаясь вниз под собственным весом, через открывшийся клапан плунжера и при закрытом клапане насосно-компрессорных труб(НКТ) заставляет находящуюся под плунжером нефть поступать внутрь НКТ, одновременно поднимая противовес. По мере достижения нижнего положения фиксатор, расположенный в корпусе винтовых гаек,нажимает на нижний путевой переключатель, и система автоматики сначала останавливает электродвигатель и затем изменяет направление вращения винтовых стоек, и траверса начинает двигаться вверх вместе с полированным штоком и плунжером ГШН, чему способствует опускающийся вниз противовес, в результате чего нефть внутри НКТ сжимается и под давлением выдавливается на поверхность земли и поступает в систему ее сбора. Одновременно с движением вверх плунжера под действием пластового давления нефти клапан НКТ открывается и нефть из пласта заполняет подплунжерное пространство глубинного насоса. По мере достижения уровня верхнего путевого переключателя корпус винтовой гайки нажимает на него, и система автоматики сначала останавливает электродвигатель и затем переключает вращение привода на противоположное и цикл повторяется. Во время работы эффективного привода глубинного штангового насоса герметичный кожух препятствует попаданию наружу всевозможных протечек нефти через устьевой сальник уплотнения полированного штока, а внутрь установки механической примеси, влаги и пыли, обеспечивая лучшие условия работы установки, соблюдая температурный режим работы устьевого сальника. Перемещения винтовых стоек с траверсой вверх и вниз по шлицам дает возможность использовать их массу как уравновешивающий противовес на противовес установки. Это обеспечивает возможность во время перемещения вниз колонны штанги работать электродвигателю на малых нагрузках. Это явление способствует увеличению нагрузки на электродвигатель, путем скоростного вращения его, тем самым, экономя время движения вниз привода. Установка комплектуется пружинами (фиг.6 вид сбоку, 7 - вид сверху), расположенными между корпусом винтовой гайки и корпусом редуктора и обеспечивающими щадящий режим остановки и пуска электродвигателя. Опорная конструкция поддерживает установку строго вертикально и индивидуально необходимого уровня, с помощью винтовых домкратов и способствует, не надавливая в колонную головку скважины, обеспечить герметичность относительно устьевого сальника. Для работы универсального привода глубинного штангового насоса применяется регулируемый 3 реверсивный электродвигатель переменного тока с тиристорными преобразователями частоты,удовлетворяющие все возможности в обеспечении универсальности управления установки и всевозможные технологические требования добычи нефти. Для надежности работы установки применяется стальные ленты с уплотнителем. Выпускной клапан применяется при необходимости,в случае возможного накопления загазованности внутри установки с применением маломощного компрессора. Лестница - для безопасного обслуживания установки. Увеличение массы противовеса установки предусмотрено для эффективности,расчетным путем,в индивидуальном порядке. При проведении капитального и подземного ремонта скважины установка снимается с помощью грузоподъемного механизма, с проведением предварительной подготовительной работы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Универсальный привод глубинного штангового насоса, установленный над оголовком скважины, включающий несущую конструкцию,состоящую из соединенных между собой несущей стойкой верхней и нижней платформ, между которыми закреплены две винтовые стойки,траверсу, расположенную между винтовыми стойками, полированный шток, соединенный верхним концом с траверсой, а нижним - с колонной штанг для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру штангового насоса,электродвигатель с понижающим редуктором,преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, противовесы, путевые переключатели направления вращения и шкивы с гибкими элементами, причем гибкие элементы через шкивы связывают траверсу с противовесом, а на траверсе закреплены корпуса гайки через шарнирные устройства винтовые стойки установлены с возможностью вращения и преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное,от редуктора с электродвигателем к взаимодействующим винтовым гайкам, отличающийся тем, что взаимодействия винтовых пар осуществляется через шарико-роликовинтовые передачи (ШРВП). 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что путевые переключатели установлены на корпусе винтовых гайек и на несущей стойке установки(верхний и нижний). 3. Привод по п.п.1-2, отличающийся тем, что с помощью электродвигателя с регулируемой частотой вращения меняется линейная скорость винтовой гайки. 4. Привод по п.п.1-3, отличающийся тем, что имеет опорную конструкцию,снабженную винтовыми домкратами для регулирования высоты расположения установки. 5. Привод по п.п.1-4, отличающийся тем, что снабжен легкоразборным защитным кожухом,лестницей для безопасного обслуживания,выпускным клапаном и маломощным компрессором. 6. Привод по п.п.1-5, отличающийся тем, что в качестве гибких элементов используются стальные ленты с уплотнителями. 7. Привод по п.п.1-6, отличающийся тем, что на концах стоек выполнены шлицы для соединения и возможности движения на верхней платформе, а внизу - на корпусе редуктора, установленные на опорно-упорных подшипниках. 8. Привод по п.п.1-7, отличающийся тем, что за счет наличия электродвигателя с регулируемой частотой вращения линейная скорость движения винтовой гайки вниз выше, чем при движении вверх. 9. Привод по п.п.1-8, отличающийся тем, что масса винтовых стоек и гаек (или винтовых паров) с крестовиной используется в качестве уравновешивающего противовеса при движении вниз колонны штанги. 10. Привод по п.п.1-9, отличающийся тем, что содержит пружины,расположенные между корпусами винтовых гаек и корпусом редуктора. 11. Привод по п.п.1-10, отличающийся тем, что масса противовеса установки может быть увеличена путем установления дополнительного груза на тару противовеса, для достижения щадящего режима работы электродвигателя в индивидуальном порядке.