Обоснование параметров и разработка конструкции энергосберегающего привода штангового скважинного насоса (стр. 6 )

Таблица 1.2.1 - Технические характеристики станков – качалок с цепным приводом [30, 54, 55, 56]

Наименование параметра	Обозначение станка – качалки
ПЦ 40- 2,1- 0,5/2,5	ПЦ 60-18-3 0,5/2,5	ПЦ 60-6-0,25/2,5	ПЦ 80-6-1/4	ПЦ 120-7,3-1/4	ПЦ 60-3-0,5/2,5
Максимальная нагрузка в точке подвеса штанг, кН	40	60	60	80	120	60
Тяговое усилие, кН	8	18	18	25	40	18
Длина хода, м	2,1	3,0	6,0	6,0	7,3	3,0
Частота ходов, 1/мин	0,5÷2,5	0,5÷2,5	0,25÷1,25	1÷4	1÷4	0,5÷2,5
Мощность электродвигателя, кВт	3,0	5,5	5,5	22,0	55,0	3,5
Масса, кг	2500	9200	10000	17300	28000	11000
Параметр	42	135	135	600	1168	135
Параметр	0,0714	0,04074	0,04074	0,0367	0,04709	0,02593

Таблица 1.2.2 - Технические характеристики балансирных станков – качалок, изготавливаемых заводом Уралтрансмаш ( г. Екатеринбург)*

Наименование параметра	Обозначение станка - качалки
ПШГНТ 4-1,5	ПШГН 6-3-3500	ПШГН 8-3-4000	ПШГН 8-3,5-5500	ПШГНТ10 3-5500	ПШГНТ 12-3-5600
ПШГН 6-3-4000	ПШГНТ12 3-5500
Максимальное тяговое усилие, кН	40	60	80	80		120
Длина хода, м	0,45÷1,5	1,2÷3,0	1,2÷3,0	1,8÷3,5	1,2÷3,0	1,2÷3,0
Частота ходов, 1/мин	2,0÷7,4			3,0÷8,5	3,0÷8,5	2,8÷8,1

Продолжение таблицы 1.2.2

Наименование параметра	Обозначение станка - качалки
ПШГНТ 4-1,5	ПШГН 6-3-3500	ПШГН 8-3-4000	ПШГН 8-3,5-5500	ПШГНТ10 3-5500	ПШГНТ 12-3-5600
ПШГН 6-3-4000	ПШГНТ12 3-5500
Мощность электродвигателя, кВт	4,0÷7,5			30,0		30÷37
Масса, кг	5500		13000	17060		18500
Параметр	444			2380		2916
Параметр	0,01689			0,0126		0,01269

* - Привод штанговых глубинных насосов. РЭ. – Екатеринбург, Уралтрансмаш, 1997.

Остальные отличия цепных станков – качалок, рекламируемые разработчиками как преимущества, обеспечены за счет снижения частоты ходов и скорости рабочего органа и соответствующего снижения производительности, в связи с чем преимуществами считаться не могут.

Опыт применения на нефтяных промыслах Казахстана большой партии таких станков – качалок (400 ед.), приобретенных Национальной Компанией «Казмунайгаз» по выбору, основанному на рекламных сведениях о низком энергопотреблении*, позволил установить, что это оборудование в условиях загрязненности открытых механизмов песком в результате песчаных бурь, регулярно происходящих в нефтедобывающих регионах, не обеспечивает необходимой надежности эксплуатации. По состоянию на настоящее время, эти станки – качалки заменены балансирными, надежно работающими в таких условиях.

Таким образом, задача создания нового надежного привода штангового скважинного насоса с длиной хода, увеличенной до 6 м, с созданием цепных станков – качалок должным образом не решена.

* - сведения департамента технического развития АО НК «Казмунайгаз»

1.3 Задача настоящей работы

Как следует из приведенного выше, по состоянию разработок оборудования на настоящее время, при выборе для разработки перспективных типов приводов штанговых скважинных насосов с длиной хода, увеличенной до 6 м, достойной альтернативы балансирным станкам – качалкам не имеется. Это обусловлено их преимуществами, к числу которых относятся:

- большой диапазон тяговых усилий (от 15 до 200 кН и выше) ограничиваемый лишь характеристиками внешнего комплектующего оборудования (штанг, насосов) и условиями откачки жидкости из скважины;

- плавное и достаточно продолжительное осуществление ускорений и замедлений элементов кривошипно – шатунного механизма привода и связанного с ним скважинного оборудования, обусловленных переменой направления движения в процессе совершения цикла работы и, соответственно, малая величина ускорений и замедлений в широком диапазоне частоты ходов – от 1 до 12 1/мин и величина инерционных нагрузок, практически не оказывающая влияния на работу механизмов установки, и при их расчете обычно не учитываемая;

- простота и надежность регулирования длины хода рабочего органа и связанного с ним скважинного оборудования изменением радиуса расположения нижнего шарнира шатуна на кривошипе;

- работа приводного двигателя и передач в режиме непрерывного вращения в одном направлении без реверсирования;

- использование для связи с колонной штанг устьевого полированного штока, обеспечивающее надежность уплотнения устья скважины;

- надежная смазка и защищенность герметично закрытых передач, шарниров и подшипниковых опор; практическая нечувствительность этих и других элементов механизма к неблагоприятным внешним воздействиям;

- конструктивное совершенство механизмов и их элементов, основанное на опыте многолетней эксплуатации.

Поэтому задачу настоящей работы составили разработка и исследование рабочего процесса балансирных приводов штанговых скважинных насосов с длиной хода, увеличенной до 6 м. В качестве объектов исследования приняты следующие типы приводов с двуплечим балансиром:

- станок – качалка традиционной конструкции;

- станок – качалка с гибкой связью шатуна с балансиром;

- станок – качалка с гибкой связью шатуна с балансиром и поворотной головкой на переднем плече балансира.

Целью исследования последних двух типов станков – качалок явилось установление возможности улучшения характеристик этого оборудования включением в его схему новых структурных элементов.

Выводы по первой главе

1. Выполнен обзор распространенных конструкции длинноходовых приводов штанговых скважинных насосных установок и постановка задачи работы по разработке и исследованию рабочего процесса балансирных приводов штанговых скважинных насосов с длиной хода, увеличенной до 6м.

2. На основе анализа особенностей конструкции и работы, принятых к исследованию станков – качалок и работ, показано, что известные расчетные зависимости, полученные для станков – качалок традиционной конструкции не учитывают отличий, характерных для схем с гибкой связью шатуна с балансиром, а также с поворотной головкой на переднем плече балансира, и не могут быть применены для расчетов и установления характеристик станков – качалок всех рассматриваемых схем.

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИИ ИССЛЕДУЕМЫХ ПРИВОДОВ ШТАНГОВЫХ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ

Конструкции приводов с увеличенной длиной хода разработаны с применением методов и норм конструирования машин с учетом опыта и специальных рекомендаций известных специалистов в области разработки нефтепромыслового оборудования [11, 12, 13, 14, 59] по расчету, оптимальному проектированию и применению станков – качалок, а также с учетом требований и нормативов обеспечения ремонтопригодности, безопасной эксплуатации этого оборудования и охраны труда обслуживающего и ремонтного персонала. Основной целью разработки конструкции было определение параметров станков – качалок для проведения исследования их работы и установление основных особенностей устройства и конструктивного исполнения основных элементов, определяющих выбор этих параметров.