5.2.2 Тихохідні верстати-качалки
Із ростом числа малодебітних свердловин (з дебітом не більше 5 м3/добу) все гостріше повставала проблема їх оптимальної експлуатації. Використання періодичної експлуатації пов’язане з цілим рядом істотних небажаних факторів, в числі яких: нерівномірна експлуатація пласта, неефективне використання наземного і підземного обладнання, недостатній міжремонтний період порівняно з неперервно функціонуючими свердловинами, ускладнення, які виникають у зимовий період та ін.
Була розроблена конструкція тихохідного верстата-качалки (рис. 5.7) зі збільшеним передавальним числом за рахунок введення в трансмісію додаткової пасової передачі, що дозволило знижувати частоту коливань балансира до 0,8 - 1,7 хв-1. Для цього між електродвигуном і редуктором монтується проміжний вал з відповідно малим і великим по діаметру шківами, встановленими консольно.
Конструктивне рішення з додатковою передачею відрізняється простотою, дозволяє застосовувати його до будь-якого верстата-качалки і допускає виготовлення деталей силами видобувних підприємств. Компоновка проміжного вала, може бути вертикальною і горизонтальною. В останньому випадку раму верстата-качалки доводиться нарощувати на величину міжосьової відстані додаткової пасової передачі. Такий варіант застосовується на верстаті-качалці 7СК8-3,5-4000Ш. Але розглядуваний конструктивний варіант можна було рахувати вдалим тільки відносно, для умов відсутності серійних тихохідних приводів.
Другим рішенням стало застосування в приводі мотор-редуктора з передавальним числом і = 2,3. Якщо верстат-качалка типу 7СК8-3,5-4000Ш має число коливань n = 3,8-12, то з мотор-редуктором – до 2,5. При цьому для роботи замість двигуна потужністю в 30 кВт використовується двигун потужністю 18,5 кВт.
Конструкція мотор-редуктора така: на видовженому валу електродвигуна встановлена шестерня, яка працює в парі із зубчастим колесом. Пара зубчастих коліс змінна, дозволяє змінювати передавальне число мотор-редуктора. Вихідний кінець веденого вала має стандартні приєднувальні розміри для посадки змінних шківів клинопасової передачі.
Використовуються також верстати-качалки з комбінованою зрівноважувальною системою (див. рис.5.8). В ньому використовується клинопасова передача і звичайний редуктор типу Ц2НШ-315. Верстат-качалка забезпечує від 2,8 до 5 ходів балансира за хв.
Рисунок 5.7 – Схема тихохідного верстата-качалки
Всесвітньо відома американська фірма LUFKIN, яка спеціалізується на випуску нафтовидобувної техніки випускає вісім типів верстатів-качалок з великим спектром типорозмірів, які можуть задовольнити всі монтажні вимоги і специфічні характеристики свердловин. Вона має комп’ютерну програму для вибору габаритів верстатів-качалок, штанг та насосів, що забезпечують максимальну продуктивність і оптимальне використання обладнання.
Всі верстати-качалки фірми LUFKIN мають атестат AРI (Американський Нафтовий Інститут), який характеризує, що вони відповідають або перевищують діючий стандарт для проектування верстатів-качалок.
Рисунок 5.8 – Схема верстата-качалки з комбінованим зрівноваженням
В США прийнято англо-американську систему одиниць і позначення штангових свердловинних приводів відповідно до вимог API розшифровують таким чином:
С – загальноприйнятий (стандартний) тип верстат-качалки з двоплечевим балансиром;
320, 456 – максимальний обертовий момент редуктора в тисячах футах на дюйм;
D – двоступінчастий редуктор;
173, 213 – максимальне навантаження на верхній штанзі в сотнях фунтів;
120 – довжина ходу в дюймах.
В верстатах-качалках застосовані двоступінчасті редуктори з передавальними числами: 30,12 – для С-320 і 29,04 – для С-456.
Стандартним для верстатів-качалок фірми LUFKIN стали шевронні зі спіральними зубцями зубчасті колеса, які відрізняються меншою чутливістю до неточностей монтажу і значно краще працюють в реверсивних передачах. Крім двоплечих верстатів-качалок фірма LUFKIN випускає ще одноплечі приводи типу Mark II (рис. 5.9).
Фірма виділяє такі переваги приводів Mark II:
1) збільшений час ходу вверх, так як верстат-качалка має дезаксіальний механізм; величина дезаксіала становить 15º;
2) понижене прискорення на початку ходу вверх, що дозволяє знизити величину перевантаження в цей найбільш напружений період циклу на привод і на штанги;
3) збільшене допустиме навантаження в точці підвісу штанг, так як траверса розташована перед редуктором, близько від головки балансира, що дозволяє збільшити “тягу” важільної системи;
4) збільшення допустимого навантаження при ході вверх і зменшення при ході вниз вирівнює розподілення навантаження за цикл;
Рисунок 5.9 – Схема одноплечого верстата-качалки Mark II
5) геометрія механізму дозволяє підвищити обертовий момент в порівнянні зі звичайними верстатами-качалками; це робиться за рахунок особливої конструкції кривошипа і його розташування, що дозволяє змінювати прикладення моменту по відношенню до моменту, який створюється вагою колони штанг; у випадку збереження параметрів незмінними можна знизити момент на редукторі до 35 % і, відповідно, зменшити втрати потужності і необхідну потужність двигуна.
”Бігун” (рис. 5.10) фірми LUFKIN є загальноприйнятим (стандартним) незалежно діючим верстатом-качалкою, змонтованим на транспортній платформі для його пересування.
Він може бути змонтований і почати відкачування рідини з свердловини протягом декількох хвилин. “Бігун” виконаний за двоплечевою балансирною схемою. Для зменшення вертикального габариту установки під час проведення транспортних операцій стійка виконана складально-шарнірною. Опорами установки під час роботи на свердловині служать опорні плити з аутотригерами.
Рисунок 5.10 – Схема верстата-качалки ”Бігун” фірми LUFKIN