Головка балансира станка качалки

Основные элементы станка-качалки;

Основными элементами СК является рама, стойка с балансиром, два кривошипа с двумя шатунами, редуктор, клиноременная передача, электро­двигатель и блок управления, который подключается к промысловой линии силовой электропередачи.

Рама выполнена из профилированного проката в виде двух полозьев, соединенных между собой поперечинами. На раме крепятся все основные узлы СК.

Стойка выполнена из профилированного проката четырехногой кон­струкции с поперечными связями.

Балансир состоит из дуговой головки и тела балансира однобалочной конструкции.

Опора балансира создает шарнирное соединение балансира с травер­сой и шатунами.

Траверса предназначена для соединения балансира с двумя параллель­но работающими шатунами.

Шатун представляет стальную трубную заготовку, которая с одного конца прижимается к пальцу, а с другого – шарнирно к траверсе.

Кривошип преобразует вращательное движение ведомого вала редук­тора в вертикальное возвратно-поступательное движение колонны штанг.

Редуктор предназначен для уменьшения частоты вращения, переда­ваемой от электродвигателя кривошипам станка-качалки. Редуктор – двух­ступенчатый, с цилиндрической шевронной зубчатой передачей.

Тормоз выполнен в виде двух колодок, крепящихся к редуктору.

Подвеска устьевого штока предназначена для соединения устьевого штока с СК. Состоит из канатной подвески и траверс, верхних и нижних.

Клиноременная передача соединяет электродвигатель и редуктор и со­стоит из клиновидных ремней, шкива редуктора и набора быстросменных шкивов.

Электродвигатель – асинхронный, трехфазный с повышенным пусковым моментом, короткозамкнутый, в закрытом исполнении.

Поворотная салазка под электродвигатель служит для быстрой смены и натяжения клиновидных ремней.

Механика, нефтепромысловое оборудование

Рис. 104. Общий вид станка-качалки

Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

Рис. 105. Головка балансира

Рис. 106. Тело балансира в сборе с головкой балансира и траверсой

Рис. 107. Фиксатор головки балансира

Механика, нефтепромысловое оборудование

Рис. 108. Опора с опорным подшипником

Рис. 109. Подвесной подшипник

Рис. 110. Траверса с подвесным подшипником

Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

Рис. 111. Шатун:

а – общий вид; б – верхняя головка шатуна; в – нижняя головка шатуна с пальцем кривошипа

Рис. 112. Кривошипы в сборе с противовесами

Механика, нефтепромысловое оборудование

Рис. 113. Рама, площадка нижняя, основная площадка

Рис. 114. Клиноременная передача

Справочник мастера по добыче нефти, газа и конденсата

Рис. 115. Площадка редукторная

Рис. 116. Тормоз колодочный

Станок-качалка; назначение, основные узлы.

.3 НАСОСНЫЙ СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

При насосном способе эксплуатации подъем нефти из сква­жин на поверхность осуществляется штанговыми и бесштанговыми насосами (погружные электроцентробежные насосы, винтовые насосы и др).

4.3.1 Эксплуатация скважин штанговыми насосами

Штанговые скважинные насосы (ШСН) обеспечивают откачку из скважин углеводородной жидкости, обводненностью до 99 % , абсолютной вязкостью до 100 мПа·с, содержанием твердых механических примесей до 0.5 %, свободного газа на приеме до 25 %, объемным содержанием сероводорода до 0.1 %, минерализацией воды до 10 г/л и температурой до 130 0 С.

Две трети фонда (66 %) действующих скважин стран СНГ (примерно 16.3 % всего объема добычи нефти) эксплуатируются ШСНУ. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м., а в отдельных скважинах на 3200 ¸ 3400 м. ШСНУ включает:

Ø Наземное оборудование: станок-качалка (СК), оборудование устья.

Ø Подземное оборудование: насосно-компрессорные трубы (НКТ), насосные штанги (НШ), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Отличительная особенность ШСНУ обстоит в том, что в скважине устанавливают плунжерный (поршневой) насос, который приводится в действие поверхностным приводом посредством колонны штанг.

Штанговая глубинная насосная установка (Рисунок 4.4) состоит из скважинного насоса 2 вставного или невставного типов, насосных штанг 4 насосно-компрессорных труб 3, подвешенных на планшайбе или в трубной подвеске 8, сальникового уплотнения 6, сальникового штока 7, станка-качалки 9, фундамента 10 и тройника 5. На приеме скважинного насоса устанавливается защитное приспособление в виде газового или песочного фильтра 1.

Недостатками штанговых насосов является ограниченность глубины их подвески и малая подача нефти из скважин.

Рисунок 4.4 — Схема установки штангового скважинного насоса

Устьевое оборудование насосных скважин предназначено для герметизации затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважин и подвешивания колонны НКТ (Рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 — Типичное оборудование устья скважины для штанговой насосной установки

1 — колонный фланец; 2 — планшайба; 3 — НКТ; 4 — опорная муфта; 5 — тройник, 6 — корпус сальника, 7 — полированный шток, 8 — головка сальника, 9 — сальниковая набивка

Устьевое оборудование типа ОУ включает устьевой сальник, тройник, крестовину, запорные краны и обратные клапаны.

Устьевой сальник герметизирует выход устьевого штока с помощью сальниковой головки и обеспечивает отвод продукции через тройник. Тройник ввинчивается в муфту НКТ. Наличие шарового соединения обеспечивает самоустановку головки сальника при несоосности сальникового штока с осью НКТ, исключает односторонний износ уплотнительной набивки и облегчает смену набивки.

Станок-качалка (Рисунок 4.9) является индивидуальным приводом скважинного насоса.

Основные узлы станка-качалки — рама, стойка в виде усеченной четырехгранной пирамиды, балансир с поворотной головкой, траверса с шатунами, шарнирноподвешенная к балансиру, редуктор с кривошипами и противовесами. СК комплектуется набором сменных шкивов для изменения числа качаний, т.е. регулирование дискретное. Для быстрой смены и натяжения ремней электродвигатель устанавливается на поворотной раме-салазках.

Рисунок 4.9 — Станок-качалка типа СКД

1 — подвеска устьевого штока; 2 — балансир с опорой; 3 — стойка; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — редуктор; 7 — ведомый шкив; 8 — ремень; 9 — электродвигатель; 10 — ведущий шкив; 11 — ограждение; 12 — поворотная плита; 13 — рама; 14 —противовес; 15 — траверса; 16 — тормоз; 17 — канатная подвеска

Монтируется станок-качалка на раме, устанавливаемой на железобетонное основание (фундамент). Фиксация балансира в необходимом (крайнем верхнем) положении головки осуществляется с помощью тормозного барабана (шкива). Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Поскольку головка балансира совершает движение по дуге, то для сочленения ее с устьевым штоком и штангами имеется гибкая канатная подвеска 17. Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса или выход плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования.

Амплитуду движения головки балансира (длина хода устьевого штока) регулируют путем изменения места сочленения кривошипа с шатуном относительно оси вращения (перестановка пальца кривошипа в другое отверстие).

За один двойной ход балансира нагрузка на СК неравномерная. Для уравновешивания работы станка-качалки помещают грузы (противовесы) на балансир, кривошип или на балансир и кривошип. Тогда уравновешивание называют соответственно балансирным, кривошипным (роторным) или комбинированным.

Блок управления обеспечивает управление электродвигателем СК в аварийных ситуациях (обрыв штанг, поломки редуктора, насоса, порыв трубопровода и т.д.), а также самозапуск СК после перерыва в подаче электроэнергии.

Выпускают СК с грузоподъемностью на головке балансира от 2 до 20 т.

Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки

Определение нагрузок производится по различным теориям, которые, в основном, делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] граница между статическим и динамическим режимами откачки находится в интервале (переходная зона) параметра Коши:

,

где а – скорость звука в штангах.

Для одноразмерной колонны а = 4600 м/с, для двухступенчатой а = 4900 м/с; для трехступенчатой а = 5300 м/с. В настоящее время применяют в основном режимы при μ = 0,5 При μ > 0,7 многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.

4.2.1. Максимальная нагрузка по статической теории (формула Муравьева И. М.)

, (4.13)

где Рж – вес столба жидкости над плунжером, высотой, равной hд, с учетом буферного давления Рб,

; (4.14)

b – коэффициент облегчения штанг в жидкости,

; (4.15)

m – фактор динамичности,

, (4.16)

где S_A – длина хода точки подвеса штанг; n – число качаний в минуту.

Вес штанг в воздухе

.

Минимальная нагрузка будет, очевидно, при начале хода штанг вниз, когда вес жидкости не действует на штанги, а динамический фактор вычитается:

, (4.17)

4.2.2. Определение нагрузок по формулам А. С. Вирновского. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] они дают наилучшее совпадение с опытными результатами замеров нагрузки:

(4.18)

где Рж – вес столба жидкости высотой hд с учетом буферного давления с площадью, равной Fпл; Р’ж = (Fпл – fшт) ·ρж·g·L – вес столба жидкости в кольцевом пространстве; Fпл, fшт – площадь поперечного сечения плунжера и штанг соответственно; L – глубина спуска насоса; Ршт – вес колонны штанг в воздухе; Р’шт – вес колонны штанг в жидкости.

4.2.3. Формула для минимальной нагрузки получается из предыдущей (4.18), если положить Р’ж = 0, Рж = 0, а кинематические коэффициенты α1 и а1 заменить на аналогичные α2 и а2 при ходе штанг вниз и переменить у двух последних членов знаки на противоположные:

(4.19)

Здесь S_А – длина хода точки подвеса штанг; Ршт – вес колонны штанг в воздухе; Р’шт – вес колонны штанг в жидкости; α1, α2, а1, а2 – кинематические коэффициенты А. С. Вирнов-ского [1,23],

,

где Vmax – действительная максимальная скорость точки подвеса штанг; 1 – при ходе вверх; 2 – при ходе вниз; D, dшт – диаметры насоса и штанг; ω – угловая скорость в 1/с, ω = π·n / 30; λшт – удлинение штанг от веса столба жидкости,

; (4.19′)

– коэффициент изменения сечения потока жидкости при переходе от насоса в трубы; Fтр – площадь внутреннего канала труб; fтр – площадь сечения труб по металлу;

– коэффициент отношения площадей.

Если расчет ведется для ступенчатой колонны, то вместо fшт нужно брать

, (4.20)

где ε1, ε2, …, εn – доли ступенчатой колонны штанг, Σεi = 1.

Упрощенные А. Н. Адониным формулы А. С. Вирновского можно использовать для широкого диапазона S_А -1 , D 3 , станок-качалка СК-12-2,5-4000.

Решение

По формуле (4.12) определим параметр Коши, а = 4900 м/с; α = 1,26 с-1;

.

Режим динамический, следовательно, формулы динамической теории дадут наиболее правильную нагрузку.

1. Статическая теория, формулы (4.13), (4.17).

По формуле (2.14) определим Рж, учитывая, что Рб = 0:

;

.

Для СК-12 S_А = 2,5 м, nmax = 12 мин -1 . Тогда

.

Вес штанг в воздухе

;

;

.

2. Формулы А. С. Вирновского (4.18) – (4.20).

;

;

;

.

;

;

;

;

;

.

Для С К-12-2,5- 4000 при S_А = 2,5 м [15]

.

Исходя из вычисленных коэффициентов по формуле (4.18)

3. Упрощенные формулы А. С. Вирновского (4.21)

;

.

4. Формула И. А. Чарного

;

;

5. Формула А. Н. Адонина

;

Таким образом, принимая за основу нагрузку, рассчитанную по формулам А. С. Вирновского, можно сказать, что наиболее близкие значения по Рmax дают формулы А. Н. Адонина (+809) и упрощенная формула А. С. Вирновского ( – 3428); по Рmin наиболее близкие значения дают упрощенная формула А. С. Вирновского (+2400 Н) и формула И. М. Муравьева (+3670 Н).

Оценивая трудоемкость расчетов, следует отметить, что для оценочных, приближенных расчетов следует пользоваться формулой для Рmax Муравьева И. М. (4.13) и уточненной автором для Рmin (4.17), а для конструкторских или точных технологических расчетов следует пользоваться формулами А. С. Вирновского или А. Н. Адонина.

Папиллярные узоры пальцев рук – маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Головка – балансир

Головка балансира откидная; благодаря наличию в месте расположения центра тяжести головки отверстия последняя при помощи пенькового штропа, продетого через это отверстие, безопасно откидывается на балансир. [1]

Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. [3]

Головка балансира откидная или поворотная для беспрепятственного прохода спускоподъемного и глубинного оборудования при подземном ремонте скважины. Она позволяет регулировать посадку плунжера в цилиндр насоса или выход плунжера из цилиндра, а также устанавливать динамограф для исследования работы оборудования. [4]

Головка балансира lt па которой укреплена канатная подвеска, имеет цилиндрическую лобовую часть с радиусом, ранним длине переднего плеча балансира, благодаря нему при любом его положении точна подвеса штанг находится точно над центром скважины. [5]

Чтобы головка балансира станка-качалки не мешала при спуско-подъемных операциях, полированный шток отсоединяют от подвески станка-качалки и от устья скважины отводят головку балансира станка-качалки. [6]

Когда головка балансира станка-качалки идет вверх, стальная лента 17 тянет столик вперед. Когда же головка балансира спускается, столик силой возвратной пружины 24 возвращается в первоначальное положение. [7]

Конструкция головки балансира станков типа СКН выполнена откидной. [9]

На головке балансира крепится мягкая подвеска 1 для штанг. Частота вращения выходного вала редуктора соответствует заданному числу качаний балансира станка-качалки. Соединение шатуна с балансиром также шарнирное. [10]

Во-вторых, головка балансира , достигнув крайнего нижнего положения, начинает движение вверх, а штанги при этом продолжают движение вниз. В результате возникает удар, сопровождающийся зачастую разрушением штанг. [11]

Во-вторых, головка балансира , достигнув крайнего нижнего положения, начинает движение вверх, и штанги при этом продолжают движение вниз. В результате возникает удар, сопровождающийся зачастую разрушением штанг. [12]

Так как головка балансира с подвешенной к ней колонной штанг движется неравномерно ( скорость изменяется от нуля в верхней и нижней точках до некоторого максимального значения в середине хода вниз и вверх), возникают ускорения и соответствующие инерционные и другие динамические нагрузки. Кроме того, в начале хода плунжера вверх, когда скорость его движения равна нулю, головка балансира уже движется с некоторой скоростью, которую она набрала в процессе растяжения штанг и сокращения труб. Вследствие этого следует удар плунжера о жидкость, в результате на штанги и головку балансира действуют динамические нагрузки. Очевидно, что максимальная нагрузка на штанги будет при движении плунжера вверх, а минимальная – при ходе вниз. [13]

При ходе головки балансира вверх связанный с траверсой канатной подвески цилиндр перемещается вверх, создавая разрежение. За счет этого химреагент из емкости поступает в цилиндр. [14]

При ходе головки балансира вверх давление в гидроцилинд-ре компенсатора падает, вследствие этого снижается дополнительная гидравлическая нагрузка на плунжер. Причем понижение давления в компенсаторе происходит до начала движения плун жера вверх вследствие упругости колонны штанг и насосно-компрессорных труб. [15]