Курляндский Ю.Н. к.т.н., доцент, Койшибаева Г.Д. магистр

Таразский Государственный университет им.М.Х.Дулати

Эффективный групповой привод штанговых насосов куста скважин

Групповой привод, устанавливаемый на прискважинной площадке куста скважин, предназначен для одновременного возвратно -поступательного перемещения в непрерывном режиме устьевых штоков, колонн насосных штанг и плунжеров штанговых насосов кустовых скважин от одного источника механической энергии.

Источником энергии служит силовая установка в виде электромеханического привода, включающего электродвигатель, клиноременную передачу, редуктор и кривошипно - шатунный механизм, либо в виде гидропривода, состоящего из насоса с приводом от электродвигателя, гидробака, комплекта гидроаппаратуры, системы трубопроводов и гидроцилиндра.

Проблема создания эффективного группового привода обусловлена необходимостью соответствия требованиям:

- исключения недостатков индивидуальных приводов (станков - качалок) и известных типов групповых приводов;

- высокой надёжности работы и технологичности изготовления, эксплуатации и ремонта;

- разработки частных случаев исполнения по типу силовой установки и по числу обслуживаемых кустовых скважин.

Разработанные с учетом этих требований конструктивные варианты групповых приводов для малого (до 8), среднего (от 8до 16) и большого (более 16) числа скважин в кусте с исполнением силовой установки в виде распространенного электромеханического привода или гидропривода [1], обеспечивают возможностъ гибкого, хорошо оббснованного выбораоптимальной схемы привода для реальных условий эксплуатации.

Схема электро механического группового привода штанговых насосов для восьми скважин в кусте представлена на рисунке.

Циклические подъем и опускание устьевых штоков 23, колонн насосных штанг и плунжеров штанговых насосовскважин 24 приводом реализүются традиционно - с помощью качающихся балансиров 19, на профильных головках 20 которых закреплены канатные подвески 22, соединенные с устъевыми штоками 23.

Сучетом расположения устьев скважин в виде прямолинейного ряда, балансиры привода образуют также прямолинейный ряд и располагаются на опорных стойках 17 по двое на одной стойке

Каждая из опорных стоек расположена в средней части пролета между устьями скважин с периодичностью через один пролет. Подъем одного балансира и одновременное опускание второго осуществляется с помощью установленного на каждой стойке над балансирами качающегося трехплечего рычага, включающего вал 26 с фланцем 27, приводное 25 и два тяговых плеча 29, соединенных с балансирами с помощью поводков связи 31.

При этом нагрузка на приводное плечо каждого трехплечего рычага уменьшается за счет частичного уравновешивания нагрузки от балансира, совершающего рабочий ход, нагрузкой холостого хода другого балансира.Изменением положения подшипника верхней оси поводка 31 на тяговом плече 29 трехплечего рычага бесступенчато регулируется длина хода плунжера штангового насоса.

Возвратно - поворотное движение передаетсятрехплечим рычагам с помощью толкателей 32 от силовой установки привода, включающей электродвигатель 1, клиноременную передачу 2, редуктор 4 и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из двух кривошипов 5, шатуна 7 и качающегося двуплечего рычага с приводным 13 и тяговым 14 плечами, соединенными с помощью вала 15.

С целью уменьшения нагрузки на толкатель, силовая установка расположена против средней части ряда кустовых скважин, и привод снабжен двумя толкателями меньшей длины.

При одинаковых глубине подвески и диаметре плунжеров штанговых насосов, а также при условиях работы, для которых характерны одинаковые нагрузки одного значения – на всех поднимаемых устьевых штоках и другого значения – на опускаемых устьевых штоках скважин, в установке на кривошипах противовесов не было бы надобности. Однако, в связи с различием этих параметров и характеристик в реальных условиях, на кривошипах 5 установлены противовесы 6, вес которых и развиваемый с их помощью уравновешанный момент зависят от реальной разности суммарного усилия толкаталей, приложенного к концу приводного плеча 14 двуплечего рычага, при ходах в ту и другую стороны.

При показанных на рисунке положение балансиров и установке кривошипов 5 с расположением тягового плеча – вправо, а грузового плеча – вниз от оси вращения, уравновешивание привода обеспечивается при вращении кривошипов 5 против часовой стрелки. В случае расположения, при тех же прочих условиях, грузового плеча кривошипов в положении, повернутом на 180⁰, т.е. вверх от оси вращения, уравновешивание привода будет обеспечено при вращении кривошипов по часовой стрелке.

Силовая установка привода закреплена на опорной конструкции, включающей основание 8, корпусную опору 9 с подпоркой - раскосом 10, опорную тумбу 12, соединенную с корпусной опорой 9 с помощью балки 11. Опорные стойки 17 зафиксированы против опрокидывания под действием усилия толкателя и момента внешней нагрузки, создаваемого разностью нагрузок рабочего и холостого ходов балансиров, с помощью распорных ферм 33, скрепленных со стойками, балкой 11 и, соответственно, с опорной тумбой 12.

Для компенсации температурных деформаций при пониженных по сравнению со средними для летнего периода температурах других климатических сезонов, на стыках распорных ферм устанавливаютсясезонные комплекты дистанционных шайб.

Самопроизвольное движение подвижных частей привода при отключенном электродвигателе предотвращается с помощью тормоза 3, установленного на быстроходном валу редуктора.

Для освобождения пространства над скважиной при выполнении ремонтных работ тяговое плечо 29 трехплечего рычага и головка 20 балансира демонтируются. Невысокие трудоемкость и длительность этой операции обеспечены креплением этих элементов на штифтах 28 и 21, соответственно, к фланцу 27 трехплечего рычага и к балансиру 19. После ее завершения групповой привод включается в работу и не препятствует выполнению ремонтных работ на отключенной от него скважине. Внепосредственной близости к подъемному механизму агрегата ремонта скважин располагаются при этом только распорные фермы 33 и толкатель 32, причем неподвижные распорные фермы выполняют функцию ограждения безопасности, препятствующего контакту канатов и крюковой подвески агрегата ремонта с подвижным толкателем. При этом работе персонала на технологической площадке агрегата ремонта ничто не препятствует и не мешает.

Минимальные потери энергии на трение и длительная работа приводабез остановок на ремонт обеспечены установкой всех вращающихся иповоротных валов и осей в подшипниках качения, располагающихся вдоступных для периодического технического обслуживания и смазкигерметичных корпусах.

Так как сопротивление тумбы 12 и всей опорной конструкции привода раскачиванию под действием значительной циклической нагрузки переменного направления не может быть бесконечно большим, в схеме привода для большого числа скважин предусмотрено разделение куста скважин на два участка и передача движения трехплечим рычагам в пределах протяженности этих участков двумя толкателями, движущимися в противофазе (во взаимно противоположных направлениях). Это обеспечено специальной конструкцией редуктора с двумя ведомыми кривошипными валами, вращающимися с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. При этомпротивоположно направленные нагрузки толкателей, а также внешние нагрузки, передаваемые на опорную конструкцию привода двумя комплектами распорных ферм, взаимно уравновешиваются, и опорная конструкция разгружается.

Групповой привод для малого числа скважин отличается от приведенного на рисунке тем, что силовая установка присоединяется к ряду балансирных стоек не в средней его части, а в конце.

В схемах привода для малого, среднего и большого числа скважин предусмотрена также возможность применения в качестве силовой установки гидропривода с исполнительным механизмом возвратно -поступательного движения в виде гидроцилиндра ( в схеме для болыпого числа скважин - двух цилиндров, поршни и штоки которых перемещаются одновременно во взаимно противоположных направлениях).

В отличие от известных групповых гидроприводов с расположением силовых гидроцилиндров на каждой скважине, требующим прокладки трубопроводов подачи к ним рабочей жидкости от общей гидронасосной установки значительной протяженности, в предлагаемом приводе гидроцилиндры и гидронасосная установка располагаются в непосредственной близости друг от друга, на одной опорной металлоконструкции и соединяются трубопроводами малой длины. При условии электроподогрева рабочей жидкости в гидробаке и теплоизоляции компактно расположенных гидроцилиндров, гидробака, шкафа с гидроаппаратурой, гидронасоса и трубопроводов, это обеспечивает надежную работоспособность гидропривода при низких температурах.

Полезный технический результат применения связан с преимуществами предлагаемого устройства группового привода. По сравнению с известными групповыми приводами, эти преимущества обусловлены новыми возможностями:

-реального осуществления надежного группового привода штанговыхскважинных насосов, в том числе и для весьма большого (до 24 и более) числа скважин куста;

- независимого индивидуального отключения насоса любой из скважин куста на любой срок, например, для ремонта, консервации или ликвидации скважины при продолжающейся эксплуатации насосов других скважин;

- независимого индивидуального бесступенчатого регулирования угла поворота балансира и, соответственно, длины хода канатной подвески, устьевого штока и плунжера насоса любой скважины;

- гибкого, точного и нетрудоемкого уравновешивания при изменении числа работающих штанговых насосов скважин, условий работы и характеристик насосного оборудования;

- размещения на прискважинной площадке у любой скважины и одновременной с работой привода беспрепятственной и безопасной работы агрегата ремонта скважин и персонала, выполняющего ремонт;

- беспрепятственного проезда по прискважинной площадке агрегата ремонта скважин и грузового автотранспорта в любом направлении и доставки оборудования и материалов к любой скважине;

- качественного и экономичного выполнения групповых приводов ввиде блочно-модульных конструкций, проектируемых, комплектуемых истроящихся с применением образующих их изделий полной заводской готовности.

К числу этих преимуществ относятся также:

-простота и надежность конструкции и работы, применениехорошо отработанных ранее и надежных элементов привода и устьевого оборудования, а также новой надежной конструктивной системы одновременной передачи движения большому числу балансиров;

-простота, кратковременность и невысокая трудоемкостьподготовки привода к ремонту любой из скважин.

- для группового гидропривода – уменьшение до минимума числа гидроцилиндров и протяженности трубопроводов подачи к ним под давлением рабочей жидкости; связанное с этим обеспечение работоспособности и надежности работы, в том числе – при низких температурах.

Преимуществами применения предлагаемого группового привода вместо комплекса приводов индивидуальных являются:

- значительно меньшие энергоемкость эксплуатации и металлоекость изготовления (то и другое – соответственно, на 34% и 41%);

- меньший объем необходимых капиталовложений – на 40%;

- простота комплектования при изготовлении и монтаже, а также простота и повышенная надежность эксплуатации в результате многократного уменьшения числа подводов электроэнергии и количества комплектующих изделий: в электромеханическом приводе – электродвигателей, комплектов электроаппаратуры, тормозов, приводных ремней и шкивов, редукторов, кривошипов, шатунов, противовесов; в гидроприводе – силовых гидроцилиндров, насосных гидроагрегатов, комплектов электро – и гидроаппаратуры, гидробаков, систем трудопроводов;

- повышенные электро -, пожаро-, и взрывобезопасность эксплуатации куста скважин;

- бесступенчатость регулирования длины хода канатных подвесок балансиров и, соответственно, возможность более полного использования длины хода плунжеров штанговых насосов и достижения более оптимальных значении их объёмного к.п.д.;

- пониженная чувствительность силовой установки к изменению сопротивлений движению балансиров;

- уменьшения числа опорных конструкций и числа суммарной материалоёмкости фундаментов;

- возможность размещения силовой установки (электродвигателя, ременной передачи, редуктора, кривошипно-шатунного механизма либо маслонасосной станции гидропривода) в специально предназначенном для этого, оснащенном крановым и ремонтным оборудованием здании с благоприятными условиями работы привода и работы и отдыха ремонтного персонала;

- меньшая трудоёмкость и более высокая оперативность выполнения операций пусковых, послеремонтных и эксплутационных наладок, регулирования и уравновешивания, а также ввода в эксплуатацию комплекса оборудования привода и в насосную эксплуатацию – куста скважин;

- сохранность оборудования в паводковой ситуации.

Литература

1.Патент РФ № 2466297. Групповой привод штанговых насосов куста скважин (варианты) и способ его осуществления; бюл. № 31, 2012 г.