1. 2. 5. Конструктивные особенности длинноходовых скважинных насосных установок

Длинноходовые скважинные насосные установки (ДСНУ) для добычи нефти, разработанные и практически освоенные в настоящее время за рубежом, имеют ряд отличительных особенностей. Во всех установках используется грузовой тип уравновешивания, для практической реализации которого применяются дополнительные устройства: мачта или шурф. Поэтому все рассматриваемые приводы ДСНУ по конструктивному признаку можно разделить на две группы: высокопрофильные (мачтовые) и низкопрофильные. Колонна штанг перемещается с помощью каната, троса или ленты, ремня или цепи, намотанных на барабан, реверсивно вращаемых электродвигателем через редуктор или с приводом от гидромотора. Уплотнение полированного штока в установках мачтового типа расположено так же, как у обычных СШНУ, а в установках с шурфом – в верхней части колонны труб или непосредственно над скважинным насосом [1].

Одна из первых ДСНУ мачтового типа была изготовлена фирмой Oilwell под шифром «3534». На верху мачты (на высоте 15,7 м) размещаются два барабана, вращающихся на одном валу (Рисунок 1. 2. 9.) На одном барабане канат удерживает подвеску колонны штанг; а на втором – поддерживается контргруз при движении вверх и вниз вдоль мачты. Вал барабана приводится во вращение редуктором с приводом от электродвигателя, так же смонтированного на верху мачты, что делает установку более компактной, но затрудняет ее монтаж и обслуживание. Конструкция барабана обеспечивает плавное изменение направления движения полированного штока, что позволяет избежать пиковых нагрузок на вал электродвигателя [1].

По данным фирмы, применение установок обеспечивает: сокращение количества аварий со штангами из-за уменьшения знакопеременных циклов нагружения; снижение динамических нагрузок благодаря большой длине хода и постоянной скорости движения штанг; лучшие показатели при перекачке вязкой жидкости; более низкие пиковые крутящие моменты, увеличение срока службы скважинного насоса; высокий коэффициент использования мощности; полную автоматизацию работы системы [1].

Рисунок 1. 2. 9. – Длинноходовая скважинная насосная установка

1. 3. Уравновешивание балансирных станков-качалок

В балансирных станках – качалках наиболее широко применяют уравновешивающие устройства, состоящих из грузов, установленных на балансире и роторе [1].

*Под уравновешенностью установки подразумевается равенство работ, совершаемых двигателем при ходе вверх и вниз, т.е. Ав=Ан.

Рисунок 1. 2. 10. – Безбалансирный способ уравновешивания

Балансирный способ уравновешивания (Рисунок 1. 2. 10.) прост, но его основным недостатком является появление дополнительных инерционных сил, обусловленных наличием массы груза G. Инерционные силы отрицательно сказываются на работе всех деталей установки.

От этого недостатка свободен роторный способ уравновешивания (Рисунок 1. 2. 11.) Уравновешивающий груз G монтируется на кривошипе.

При роторном уравновешивании инерционные усилия, возникающие при движении грузов, воспринимаются только подшипниками кривошипного вала и при его постоянной угловой скорости вращения не передаются на другие детали установки [1].

При комбинированном уравновешивании на балансире устанавливают уравновешивающий груз G.

Комбинированное уравновешивание применяют в основном на средних по мощности станках – качалках, где использование балансирного уравновешивания привело бы к появлению значительных сил инерции от противовеса [1].

Рисунок 1. 2. 11. – Роторный способ уравновешивания

Пневматическое уравновешивание (Рисунок 1. 2. 12.) применяют, как правило, на приводах с одноплечим балансиром.

Пневматическое уравновешивание осуществляется за счет изменения объема и давления сжатого воздуха, находящегося в цилиндре, поршень которого кинематически связан с балансиром привода [1].

Значение давления и объема газа определяются так же, как и параметры грузового уравновешивания: на основе равенства работы, выполняемой приводным двигателем при ходе колонны штанг вверх и вниз.

Применение пневматического цилиндра вместо противовесов и одноплечего балансира вместо двуплечего позволяет уменьшить массу установки, улучшить условия работы редуктора [1].

Уравновешивающее устройство состоит из цилиндра, внутри которого находится поршень со штоком, и реверса. Для пополнения системы сжатым воздухом предусмотрен компрессор. Для уменьшения потерь воздуха в ряде конструкций применен гидравлический затвор (гидропневматическое уравновешивание). В качестве ресивера может использоваться кожух уравновешивающего устройства [1].

При перемещении балансира вниз воздух, находящийся в ресивере, под начальным давлением сжимается и накапливает потенциальную энергию, которую отдает при ходе балансира вверх.

Пневматическое уравновешивание применяется в основном на мощных установках. Его недостатки (сложность, малая надежность, необходимость тщательного ухода) компенсируются существенными преимуществами – возможностью эксплуатации глубоких скважин относительно легкими станками, а также простотой уравновешивания при изменении режима работы установки [1].

Рисунок 1. 2. 12. – Пневматическое уравновешивание станка-качалки:

1 – ресивер; 2 – балансир; 3 – рама