4.4.3. Приводы длинноходовых насосных установок
Одним из путей решения проблемы увеличения отбора жидкости из скважины является создание длинноходовых насосных установок (ДНУ) преимуществами которых являются:
1. многократно сокращающееся число циклов работы тягового механизма, что увеличивает долговечность установки
2. существенное снижение действия динамических сил, которые в обычных скважинных насосных установках составляют до 50% от статической нагрузки
3. в 3-4 раза увеличивается средняя скорость движения плунжера, от которого зависит производительность установки
4. исключается потеря длины хода плунжера, связанная с упругим удлинением штанговой колонны при каждом рабочем цикле тягового механизма.
Создание длинноходовых насосных установок для добычи нефти на основе балансирного привода является сложной, практически, невыполнимой технической задачей. Поэтому, ввиду сложности конструкции длинноходовые варианты станков-качалок не нашли применения на промыслах.
Многие отечественные и зарубежные компании длительное время ведут работы по созданию приводов СШНУ мачтового типа с длинной хода штанг до 10 и более метров. Опытные образцы таких установок длительное время эксплуатировались на нефтяных промыслах США, Канады, Франции, России. Они требуют более низких эксплутационных затрат, чем балансирные насосные установки.
Принципиальное устройство длинноходовой насосной установки мачтового типа показано на рис. 4.88. Основу привода составляет мачта (высотой от 10 до 16-20 м в зависимости от типа и назначения установки). Связь между полированным штоком, двигателем и контргрузом осуществляется канатом. В качестве привода в установке используется гидродвигатель с низкой частотой вращения. Работу гидродвигателя обеспечивает малогабаритный насос с регулируемой подачей и электродвигатель. Применение гидродвигателя обеспечивает
плавное регулирование хода полированного штока, снижение динамических нагрузок на колонну штанг и увеличение сроков службы оборудования. В некоторых случаях вместо объемного гидропривода в подобных установках применяется механическая трансмиссия.
Промысловые испытания таких установок показали, что она имеет ряд преимуществ. Сократилось число аварий со штангами из- за уменьшения переменных циклов нагружения металла колонны. На электродвигателе не наблюдались пиковые нагрузки из-за снижения динамичности при большой длине хода и равномерной нагрузке. Особо следует отметить хорошие результаты, показанные установкой при добыче высоковязкой нефти.
С целью уменьшения габаритов привода установки ряд фирм отказались от использования мачт, а контргруз был опущен в шурф, специально пробуренный рядом со скважиной. Типичным представителем такой установки является установка Alpha-I (рис. 4.89) фирмы Bethlehem Steel.
Барабан лебедки приводится во вращение через стандартный редуктор трехфазным асинхронным двигателем мощностью 40 кВт. Направление вращения двигателя механически переключается при движении плунжера насоса вверх и вниз. Особенность этой установки в том, что барабан лебедки снабжен спиральным желобом для троса или эксцентриками, благодаря которым трос увеличивает свой пробег и которые позволяют изменять радиус барабана в конце каждого хода плунжера, снижать скорость, а следовательно, инерционные нагрузки. Эксцентриковая система намотки троса позволяет изменять величину крутящего момента на валу двигателя и тем самым обеспечивать плавную остановку подвесной системы и реверсирование ее движение в конце каждого хода. В течение периода времени, когда плунжер движется по инерции вниз, двигатель выключен и включение его для обеспечения обратного движения происходит только тогда, когда инерционные нагрузки полностью снимаются. В результате такая установка полностью сбалансирована, и двигатель в течение почти всего хода плунжера потребляет постоянную мощность.
Ввиду малых габаритов насосной установки по высоте (менее 2,7 м) уплотнение полированного штока помещается в верхней части насосно-компрессорных труб ниже уровня земли. Система состоит из двух цилиндров общей длинной 14,4 м и диаметром 31,6 мм. Цилиндры подвешиваются в колонне НКТ и закрепляются выше устья скважины. Нижняя часть цилиндра, где размещается полированный шток, снабжена манжетным уплотнением.
Противовес состоит из нескольких металлических дисков диаметром 610 мм. В зависимости от типоразмера установки масса противовеса составляет 225, 562 и 900 кг. Шурф для контргруза имеет диаметр 0,9 м и глубину 16,5 м.