RU2150607C1

RU2150607C1 - Oil-well sucker-rod pump drive

Info

Publication number: RU2150607C1
Application number: RU98111569A
Authority: RU
Inventors: В.М. Валовский; Р.М. Ахунов; М.И. Манько; Н.В. Федосеенко
Original assignee: Региональный научно-технологический центр Урало-Поволжья (РНТЦ ВНИИнефть)
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: oil producing industry; oil well operation. SUBSTANCE: drive has engine, mechanism converting rotation into reciprocating motion, driving pulley and curvilinear guide member over which endless flexible member is passed. Flexible member is coupled with carriage connected with counterweight installed in guides and coupled though opened link with sucker rod string. Counterweight is made so that its gravity center is located in plane passing through axis of endless flexible member. Curvilinear surface of guide member, engaging with endless flexible member, is made with variable radius of curvature. Location of counterweight gravity center in plane passing through axis of endless flexible member eliminates additional load in plane perpendicular to plane passing through axis of endless flexible member. Owing to the fact that curvilinear surface of guide member engaging with endless flexible member is made with variable radius of curvature, length of stroke of plunger of sucker-rod pump is increased at constant speed of endless flexible and length of travel of sucker-rod hanger point. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при подъеме жидкости из скважины. The invention relates to the field of oil industry and can be used when lifting liquid from a well.

Известна качалка с длинным ходом для насосной эксплуатации скважин с грузом, скрепленным с мертвым концом уравновешивающей цепи, скрепленной цапфами крестовины с уширенным звеном непрерывной цепи, перекинутой через сидящие на полуосях звездочки, приводимые в движение цепной передачей (а.с. СССР N 37660, 5 а, 41). Known rocking chair with a long stroke for pumping wells with cargo, fastened to the dead end of the balancing chain, fastened with spigots of the cross with a widened link of the continuous chain, thrown over the sprockets sitting on the half-axles, driven by a chain gear (AS USSR N 37660, 5 a, 41).

Недостатками качалки являются: сложность конструкции, низкая надежность в работе из-за дополнительной нагрузки, возникающей от воздействия изгибающих усилий на непрерывные цепи, кроме того, выполнение качалки с двумя параллельными непрерывными цепями из-за разной вытяжки их в процессе эксплуатации снижает надежность в результате перекосов крестовины и возникновения при этом дополнительной нагрузки. The disadvantages of the rocking chair are: the complexity of the design, low reliability due to the additional load arising from the action of bending forces on continuous chains, in addition, the execution of the rocking chair with two parallel continuous chains due to their different drawing during operation reduces reliability due to distortions crosses and the occurrence of additional load.

Известна также длинноходовая насосная установка с тележкой, содержащая двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий и ведомые шкивы, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг, причем оси преобразующего механизма, противовеса, разомкнутого гибкого эвена находятся в одной вертикальной плоскости (патент США N 4916959, кл. B 66 B 5/26). A long-stroke pumping unit with a trolley is also known, containing a motor, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including driving and driven pulleys, covered by a continuous flexible link connected to a carriage connected to a counterweight installed in guides and connected through an open flexible link with a column of rods, and the axis of the transforming mechanism, the counterweight, the open flexible Even are located in one vertical plane (US patent N 4916959, CL B 66 B 5/26).

Недостатком установки является низкая надежность в работе из-за дополнительной нагрузки (изгибающего момента) на непрерывное гибкое звено, действующей в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена. The disadvantage of the installation is the low reliability due to the additional load (bending moment) on the continuous flexible link acting in a plane perpendicular to the plane passing through the axis of the continuous flexible link.

Задача изобретения - повышение долговечности и надежности в работе, а также производительности штангового насоса за счет снятия дополнительной нагрузки на непрерывное гибкое звено, а также увеличения длины хода плунжера насоса. The objective of the invention is to increase the durability and reliability in operation, as well as the performance of the sucker rod pump by removing the additional load on a continuous flexible link, as well as increasing the stroke length of the pump plunger.

Для достижения этой задачи в приводе, содержащем двигатель, механизм, преобразующий вращательное движение в возвратно-поступательное, включающий ведущий шкив и направляющий элемент, охваченные непрерывным гибким звеном, связанным с кареткой, соединенной с противовесом, установленным в направляющих и связанным через разомкнутое гибкое звено с колонной штанг, противовес выполнен таким образом, что его центр тяжести расположен в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена, а поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с непрерывным гибким звеном, выполнена криволинейной с переменным радиусом кривизны. To achieve this, in a drive containing an engine, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including a drive pulley and a guiding element, covered by a continuous flexible link connected to a carriage connected to a counterweight installed in the guides and connected through an open flexible link with column of rods, the counterweight is made in such a way that its center of gravity is located in a plane passing through the axis of the continuous flexible link, and the surface of the guide element is inter vuyuschaya continuous flexible element, is curved with a variable radius of curvature.

В результате такого выполнения привода повышается его долговечность и надежность в работе, за счет устранения дополнительной нагрузки (изгибающего момента) на непрерывное гибкое звено в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось этого звена, а производительность штангового насоса повышается за счет увеличения длины хода плунжера штангового насоса при неизменной скорости непрерывного гибкого звена и длине хода точки подвеса штанг. As a result of this embodiment of the drive, its durability and operational reliability are increased by eliminating the additional load (bending moment) on a continuous flexible link in a plane perpendicular to the plane passing through the axis of this link, and the pump performance is increased by increasing the stroke length of the plunger rod pump at a constant speed of a continuous flexible link and the stroke length of the point of suspension of the rods.

На фиг. 1 изображена схема участка непрерывного гибкого звена с узлом связи его с кареткой, соединенной с противовесом, в известной установке, поясняющая действие изгибающего момента на непрерывное гибкое звено; на фиг. 2 - привода, общий вид; фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - то же, вид сбоку; на фиг. 5 - узла 1 (в верхнем положении) на фиг. 2; на фиг. 6 - непрерывного гибкого звена с криволинейным направляющим элементом переменного радиуса. In FIG. 1 is a diagram of a portion of a continuous flexible link with a communication unit thereof with a carriage connected to a counterweight, in a known installation, explaining the effect of bending moment on a continuous flexible link; in FIG. 2 - drive, general view; FIG. 3 - same, top view; in FIG. 4 - the same side view; in FIG. 5 - node 1 (in the upper position) in FIG. 2; in FIG. 6 - continuous flexible link with a curved guide element of variable radius.

Привод скважинного штангового насоса (фиг. 2-4) содержит раму 1, на которой установлен двигатель 2, вращающий через редуктор 3 ведущий шкив 4, охваченный совместно с направляющим элементом 5 (например, шкивом) непрерывным гибким звеном 6, связанным шарнирным узлом 7 с кареткой 8, подвижно соединенной с противовесом 9, установленным в направляющих 10 и связанным через разомкнутое гибкое звено 11 с колонной штанг 12. При этом центр тяжести противовеса 9 расположен в плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена 6. The borehole sucker-rod pump drive (Fig. 2-4) contains a frame 1 on which an engine 2 is mounted, rotating a drive pulley 4 through a reducer 3, which is coupled together with a guiding element 5 (for example, a pulley) with a continuous flexible link 6 connected by a hinge assembly 7 with a carriage 8 movably connected to the counterweight 9 installed in the guides 10 and connected through an open flexible link 11 with a column of rods 12. The center of gravity of the counterweight 9 is located in a plane passing through the axis of the continuous flexible link 6.

Поверхность направляющего элемента, взаимодействующая с замкнутым гибким звеном, может быть выполнена криволинейной с переменным радиусом (фиг. 6). The surface of the guide element interacting with a closed flexible link can be made curved with a variable radius (Fig. 6).

Привод скважинного штангового насоса работает следующим образом. The drive well pump operates as follows.

После пуска электродвигателя 2 вращение от него передается редуктору 3 с ведущим шкивом 4, который приводит в движение непрерывное гибкое звено 6, охватывающее его и направляющий элемент 5. Вместе с непрерывным гибким звеном движется связанная с ней шарнирно узлом 7 каретка 8. При движении непрерывного гибкого звена 6 каретка 8 получает поступательное движение на прямолинейных участках и описывает кривую при переходах через ведущий шкив 4 и направляющий элемент 5. Таким образом, колонна штанг 12, связанная с противовесом 9 разомкнутым гибким звеном 11, движется возвратно-поступательно. After starting the electric motor 2, the rotation from it is transmitted to the gearbox 3 with the drive pulley 4, which drives the continuous flexible link 6, covering it and the guide element 5. Together with the continuous flexible link, the carriage 8 connected with it by the hinge unit 7 moves. When the continuous flexible link 6, the carriage 8 receives translational motion in straight sections and describes the curve when passing through the drive pulley 4 and the guiding element 5. Thus, the column of rods 12, associated with the counterweight 9 open flexible link SG 11, reciprocates.

Выполнение противовеса, например, П-образной формы в поперечном сечении, при котором его центр тяжести совпадает с плоскостью, проходящей через ось непрерывного гибкого звена (фиг. 3), позволяет устранить с него дополнительную нагрузку (изгибающий момент) в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого звена (фиг. 5), что повышает долговечность и надежность в работе привода в целом. The implementation of the counterweight, for example, a U-shaped cross-section, in which its center of gravity coincides with the plane passing through the axis of the continuous flexible link (Fig. 3), eliminates the additional load (bending moment) from it in a plane perpendicular to the plane passing through the axis of a continuous flexible link (Fig. 5), which increases the durability and reliability of the drive as a whole.

Выполнение поверхности направляющего элемента, взаимодействующей с непрерывным гибким эвеном, криволинейной с переменным радиусом повышает производительность штангового насоса за счет увеличения длины хода плунжера насоса при неизменной скорости непрерывного гибкого звена и длине хода точки подвеса штанг. The execution of the surface of the guide element, interacting with a continuous flexible Even, curved with a variable radius increases the performance of the sucker rod pump by increasing the stroke length of the pump plunger at a constant speed of the continuous flexible link and the stroke length of the point of suspension of the rods.

Например, при использовании насосной установки с тележкой, выполненной по патенту США N 4916959, изгибающий момент, возникающий от силы тяжести противовеса (фиг. 1), действует на непрерывное гибкое звено в плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось непрерывного гибкого эвена, создавая дополнительную нагрузку на него. For example, when using a pumping unit with a trolley made according to US Pat. No. 4,916,959, the bending moment arising from the gravity of the counterweight (Fig. 1) acts on a continuous flexible link in a plane perpendicular to the plane passing through the axis of the continuous flexible Even, creating additional load on it.

Особенностью штанговой глубинно-насосной установки является передача движения от привода к плунжеру скважинного насоса через длинную колонну штанг, в результате деформации которой длина хода плунжера насоса не равна длине хода привода. В начале хода вверх нагнетательный клапан в плунжере насоса закрывается и на плунжер передается нагрузка от столба жидкости; в результате при движении точки подвеса штанг вверх штанги растягиваются, а плунжер остается неподвижным до тех пор, пока произведение напряжения растяжения на площадь поперечного сечения штанг не станет равным нагрузке от столба жидкости. Аналогично происходит "снятие" нагрузки от столба жидкости в начале хода вниз. Непроизводительная потеря хода плунжера тем больше, чем глубже спущен насос. Ход плунжера насоса может быть увеличен при неизменной длине хода привода за счет "предварительного" растяжения (сокращения) штанг под действием инерционных сил при резком торможении штанговой колонны в конце хода вниз (вверх). A feature of the sucker-rod pump installation is the transmission of movement from the drive to the borehole pump plunger through a long rod string, as a result of deformation of which the stroke of the pump plunger is not equal to the length of the drive stroke. At the beginning of the upward stroke, the discharge valve in the pump plunger closes and the load from the liquid column is transferred to the plunger; as a result, when the suspension points of the rods move up, the rods are stretched, and the plunger remains stationary until the product of the tensile stress by the cross-sectional area of the rods becomes equal to the load from the liquid column. Similarly, there is a "removal" of the load from the liquid column at the beginning of the down stroke. The unproductive loss of plunger travel is greater the deeper the pump is lowered. The stroke of the pump plunger can be increased with a constant drive stroke due to the "preliminary" extension (reduction) of the rods under the action of inertial forces during sudden braking of the rod string at the end of the stroke down (up).

Однако если этого эффекта достигать за счет уменьшения радиуса шкивов преобразующего механизма, то увеличение длины хода плунжера сопровождается соответствующим увеличением максимальной (и уменьшением минимальной) нагрузок на штанги в результате увеличения инерционной составляющей максимальной (минимальной) нагрузки, пропорциональной ускорению точки подвеса штанг на участке разгона штанг в начале хода вверх и вниз. Выполнение направляющих элементов преобразующего механизма с переменным радиусом (см. фиг. 6) позволяет обеспечить резкое торможение штанг в конце ходов вниз и вверх и плавный разгон колонны в начале хода вверх и вниз. Таким образом, достигается увеличение длины хода плунжера насоса, а соответственно и производительности штанговой глубинно-насосной установки, без увеличения амплитуды нагрузок на штанги и привод, что повышает надежность и долговечность работы оборудования. However, if this effect is achieved by reducing the radius of the pulleys of the converting mechanism, then an increase in the stroke length of the plunger is accompanied by a corresponding increase in the maximum (and decrease in the minimum) load on the rods as a result of an increase in the inertial component of the maximum (minimum) load proportional to the acceleration of the suspension point of the rods in the boom acceleration section at the beginning of the move up and down. The implementation of the guiding elements of the transforming mechanism with a variable radius (see Fig. 6) allows for sharp braking of the rods at the end of the down and up strokes and smooth acceleration of the column at the beginning of the up and down stroke. Thus, an increase in the stroke length of the pump plunger, and accordingly, the performance of the sucker rod pump unit, is achieved without increasing the amplitude of the loads on the rods and the drive, which increases the reliability and durability of the equipment.

На дату подачи заявки разработаны рабочие чертежи привода. At the filing date, working drawings of the drive were developed.

Claims

1. The downhole sucker-rod pump drive, comprising a motor, a mechanism that converts rotational motion into reciprocating, including a drive pulley and a curved guide element, covered by a continuous flexible link associated with a carriage connected to a counterweight installed in the guides and connected through an open flexible link with a column of rods, characterized in that the center of gravity of the counterweight is located in a plane passing through the axis of the continuous flexible link.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the curved surface of the guide element interacting with a continuous flexible link is made with a variable radius of curvature.