Типи приводів штангових свердловинних насосів

Призначення привода штангового свердловинного насоса подвійне: з одного боку він перетворює механічну енергію двигуна в енергію колони насосних штанг, із другого – створює оптимальний режим роботи привідного двигуна.

Привід забезпечує дві основних функції:

– створює рух точки підвісу штанг за визначеним законом, регулює режим відкачування пластової рідини за рахунок зміни довжини і частоти ходу точки підвісу штанг, пуск та зупинення установки, контроль режиму роботи внутрісвердловинного устаткування;

– дає змогу використовувати двигуни мінімальної потужності, на режим навантаження яких закономірність зміни зовнішнього навантаження впливає мінімально.

Приводами штангового свердловинного насоса є верстати-качалки різних конструкцій.

Силовий орган верстата-качалки (скорочено – ВК) призначений для переміщення колони штанг і може бути механічним, що складається із системи важелів, канатів та блоків, гідравлічним чи пневматичним – із використанням гідравлічного чи пневматичного циліндрів.

Рисунок 1.5.5 – Штангова свердловинна насосна установка

Привід оснащений двигуном (електромотор, гідромотор чи двигун внутрішнього згоряння) й передавальним механізмом, що може бути механічим чи гідравлічним. Ці два блоки в основному забезпечують виконання першої функції привода, виконання другої забезпечується пристроєм, що врівноважує, який накопичує потенційну енергію колони штанг при ході вниз і віддає при ході штанг нагору.

Досконалість конструкцій привода ШСН оцінюється ступенем впливу зміни навантаження в точці підвісу штанг на характер навантаження привідного двигуна. Ідеальною конструкцією установки можна вважати ту, яка в будь-який момент часу подвійного ходу буде забезпечувати постійне і мінімально можливе навантаження на двигун.

Потенційна енергія штанг може накопичуватися за рахунок підняття вантажу або іншої колони насосних штанг на визначену висоту, стискання газу в пневматичному акумуляторі, обертання маховика, швидкість якого збільшується і т.д. При використанні врівноважуючих пристроїв, що працюють з перерахованими накопичувачами потенційної енергії, їх називають: вантажними (гравітаційними), груповими, пневматичними чи інерційними.

Класифікація приводів ШСН за їхніми параметрами умовна, тому що в міру розвитку техніки для видобутку нафти такі поняття, як довгоходові чи потужні приводи, змінюють свій зміст. На сьогодні прийнятий наступний розподіл приводів свердловинних штангових насосів:

За максимальним навантаженням в точці підвісу штанг Р_тах, тобто за сумою максимальних статичних, динамічних і інерційних навантажень у точці підвісу штанг, розрізняються на

легкі................. Р_тах < 30 кН;

середні............. Р_тах < 100 кН;

важкі................. Р_тах > 100 кН.

За довжиною ходу точки підвісу штанг. Відомі конструкції приводів, що забезпечують довжину ходу точки підвісу штанг від 0, 3 до 12 м при плавному чи східчастому регулюванні від мінімальної довжини до максимальної.

За максимальною довжиною приводи поділяють на:

короткоходові.......... S_max < 1 м;

середньоходові...... 1 м < S_max < 3 м;

довгоходові.......... 3 м < S_max < 6 м;

понадовгоходові....... S_max > 6 м.

За частотою ходів точки підвісу штанг приводи поділяють:

тихохідні...............n_max < 6 хв^-1;

середні................6 < n_max < 15 хв^-1;

швидкохідні...............n_max > 15 хв^-1.

За величиною споживаної потужності класифікація приводів також умовна. Вона побічно характеризує роботу, виконувану установкою за одиницю часу. Прийнято приводи розділяти на такі групи:

малопотужні N < 5 кВт;

середньої потужності 5 < N < 25 кВт;

потужні 25 < N < 100 кВт;

надпотужні N > 100 кВт

Найбільше поширення як у вітчизняній, так і закордонній нафтовидобувній промисловості дістали механічні приводи свердловинного насоса. Їхньою особливістю є використання механічного перетворювача, що служить для перетворення обертального руху вала привідного двигуна в зворотно-поступальний рух точки підвісу штанг, а також застосування механічної трансмісії. Крім того, для них характерне використання механічного зв'язку пристрою, що врівноважує, із силовим органом, що забезпечує переміщення точки підвісу штанг.

Відомі індивідуальні механічні приводи і групові приводи для експлуатації декількох свердловин.

Приводи першого типу (рисунок 1.5.6) містять двигун, трансмісію та перетворюючий механізм і забезпечують рух тільки однієї колони насосних штанг. Нині майже всі приводи ШСН належать до цього типу.

Рисунок 1.5.6 – Кінематична схема привода двоплічного балансирного верстата-качалки

Приводи другого типу служать для експлуатації групи (від 2 до 40) свердловин, розташованих близько один до одного.

Верстати-качалки з двоплічним балансиром виконуються за кінематичною схемою, наведеною на рисунках 1.6 та 1.7. При цьому опора балансира знаходиться між точками підвісу штанг і з’єднання балансира із шатуном.

Зусилля до балансира можуть передаватися декількома способами. Найбільш часто для цього використовуються два шатуни, з'єднані з балансиром траверсою.

Існують різні способи зрівноважування двоплічних балансирних верстатів-качалок (рисунок 1.5.7).

Рисунок 1.5.7 – Способи механічного зрівноважування двоплічних балансирних верстатів-качалок:

а – балансирне зрівноважування; б – кривошипне (роторне) зрівноважування, в – комбіноване зрівноважування; г – зрівноважування за допомогою помилкової качалки; д – зрівноважування противагою обертовим з подвійною частотою, е – шатунне зрівноважування