Виды станков качалок для добычи нефти

Качалка нефтяная: устройство, назначение. Нефтегазовое оборудование

Процесс добычи нефти сопряжен с применением специального глубинного оборудования, основу которого составляют так называемые станки-качалки. Это разновидность наземного приводного механизма, которым управляют операторы в ходе эксплуатации скважин. Как правило, качалка нефтяная базируется на работе плунжерных насосов, обеспечивающих функцию добывающей инфраструктуры.

Назначение нефтяных качалок

Наиболее распространенный привод штангового насоса предназначен для свайной разработки месторождений. С помощью данного агрегата пользователи осваивают скважины в условиях вечной мерзлоты. Также популярно нефтегазовое оборудование в виде качалок с одноплечими балансирами. Такие станки используются в качестве индивидуального привода при добыче нефти.

В сущности, любая нефтедобывающая инфраструктура ориентирована на осуществление поднятия ресурса. Общий принцип работы оборудования можно сравнить с функцией шприца, которая в данном случае обеспечивается штанговыми насосами. Также в качестве обязательного элемента качалка нефтяная оснащается колоннами из компрессионных труб. По этим каналам и реализуется подъем и передача нефти.

Процесс нефтедобычи качалкой

Технологическая организация процесса добычи делится на несколько этапов. Начинаются работы с бурения скважины, глубина которой может достигать нескольких километров. Как правило, разрабатываются 1500-метровые отверстия, а рекордсменами являются скважины на 4000 м. Далее устанавливаются колонны обсадного трубопровода, которые становятся основой нефтедобывающей инфраструктуры. Активатором же в данной системе будет насос. Для понимания принципа его действия следует разобраться с тем, как работает нефтяная качалка в общей структуре трубопровода. Она выполняет функцию приводного механизма, за счет которого выполняются возвратно-поступательные действия. Качалки работают по цикличному принципу, давая возможность нефти концентрироваться вокруг скважины для обеспечения эффективной откачки. Кроме того, такой принцип обслуживания минимизирует износ частей установки.

Читайте также:  Станок для механизированной стяжки пола

Устройство нефтяной качалки

Станок монтируется на специальную бетонную основу в виде фундамента. Здесь же располагается стойка, платформа и управляющая станция для оператора. После завершения работ по организации платформы размещается балансир, уравновешиваемый специальной головкой, к которой также подсоединяется канатный подвес. Для обеспечения силового воздействия качалка нефтяная оснащается редуктором и электродвигателем. Последний может располагаться под платформой, но из-за высокой опасности эксплуатации данной конфигурации такое размещение применяется крайне редко.

Что касается редуктора, то он посредством кривошипно-шатунного механизма подключается к балансиру. Эта связка предназначена для преобразования вращательного действия вала в возвратно-поступательную функцию. Примечательна и задача станции управления. Как правило, ее основу формирует коробочный комплекс с электротехнической начинкой. В обязательном порядке рядом с реле управления устанавливается и ручной механический тормоз.

Разновидности

Несмотря на схожий принцип работы с нефтяным ресурсом, в семействе станков-качалок представлены разные модификации. Как уже отмечалось, наиболее популярным считается классический балансный станок, в котором предусматривается задняя фиксация шатуна, а также редуктор, подключаемый к раме с уравновешивателем. Но есть и альтернатива данному оборудованию. Это гидравлический штанговый насос, который крепится на верхнем фланце скважинной арматуры. К его особенностям и преимуществам относят исключение необходимости устанавливать фундаментную подушку. Это отличие имеет большое значение, если речь идет о разработке скважин в зонах вечной мерзлоты. Есть и другие особенности у гидравлических установок. В частности, они предполагают осуществление бесступенчатой регулировки длины, что дает возможность с большей точностью подбирать режимы эксплуатации оборудования.

Характеристики станков-качалок

Технологи анализируют широкий спектр технико-эксплуатационных параметров, которые дают основания для выбора того или иного станка. В частности, оценивается нагрузка на штоке, длина хода, размеры редуктора, крутящий момент, частотный диапазон качания и т. д.

Одной из главных характеристик станков-качалок является мощность электродвигателя. Так, типовые нефтяные насосы справляются со своими функциями при условии подачи усилия в 20-25 кВт. Более глубокий анализ параметров также предусматривает учет типа ремня, диаметров шкивов и особенностей тормозной системы. При этом, кроме эксплуатационных рабочих возможностей, следует иметь в виду и габаритные параметры, которые делают возможным принципиальную установку конкретного станка в тех или иных условиях. Опять же, типовая установка может иметь в длину 7 м, а в ширину – порядка 2-2,5 м. Масса обычно превышает 10 т.

Как обслуживается качалка нефтяная?

Для работы со станками-качалками конструкторы предусматривают специальные механизмы. Например, для обслуживания траверсы с балансиром монтируется специальная площадка с приводными системами. Операторы могут управлять параметрами разъемной опорой балансирной головки, интегрированной в тело установки. Кинематическая схема приводной системы обеспечивает оптимальное движение головки и при необходимости может настраиваться на быстрое движение вниз. При этом важно разделять непосредственно функции операторов и персонала, который технически обслуживает нефтяные насосы в процессе эксплуатации. Если первые занимаются регуляцией подъема нефти, то вторые отслеживают рабочие показатели механизмов с точки зрения сохранения их функции в рамках допуска пиковых нагрузок.

Заключение

Производители станков-качалок регулярно предлагают новые технологические решения для обеспечения процесса добычи нефти, однако о серьезных пересмотрах существующих концепций пока говорить не приходится. Дело в том, что нефтегазовое оборудование стоит дорого и многие заказчики неохотно меняют имеющийся парк техники. Тем не менее частичное обновление значительно устаревших компонентов все же происходит. Также наблюдается и тенденция перехода от балансирных станков к более совершенным гидравлическим. Это обусловлено именно стремлением к оптимизации работы существующей инфраструктуры. В итоге нефтедобывающие предприятия сокращают затраты на организацию и эксплуатацию оборудования, но в то же время не понижают качества целевого продукта.

Источник

Станок-качалка

Станок-качалка является индивидуальным приводом штангового скважинного насоса, спускаемого в скважину и связанного с приводом
колонной штанг.

В конструктивном отношении станок-качалка представляет собой механизм, преобразующий вращательное движение электродвигателя в возвратно- поступательное движение колонны штанг.

Крутящий момент от электродвигателя 10 через клиноремённую передачу 9 передаётся на ведущий вал редуктора 1, а затем и на ведомый вал. На ведомом валу закрепляется кривошип 8 с противовесами 17. Кривошипе помощью шатунов 7 и траверсы 14, связан с балансиром 3, качающимся на опоре 4, укреплённой на стойке 5. Балансир снабжён откидной головкой 15, на которой монтируется канатная подвеска 16, с устьевой подвеской штока 2. Управление электрооборудованием станка-качалки осуществляется станцией управления 18. Рама станка-качалки крепится к фундаменту анкерными болтами 11.

Станки качалки изготавливаются в двух исполнениях:

  • СК, выпускаются семи типоразмеров, и
  • СКД, выпускаются шести типоразмеров.

Отличительной особенностью станков-качалок СКД являются:

  • несимметричная (дезаксиальная) кинематическая схема преобразующего
    механизма с повышенным кинематическим отношением;
  • меньшие габариты и масса;
  • редуктор установлен непосредственно на раме станка-качалки.

Рассмотрим маркировку станков-качалок на примере СКД 8-3-4000:

СКД — станок-качалка с несимметричной (дезаксиальной) кинематической схемой преобразующего механизма; первая цифра — номинальная нагрузка (на устьевом штоке), кН (т); цифры после первого тире — наибольшая длина хода устьевого штока, м; цифры после второго тире — номинальный крутящий момент (на выходном валу редуктора), кН м (кге м).

Характеристика станков-качалок исполнения СК

Номинальная нагрузка на устьевом
штоке, кН

Номинальная длина хода устьевого
штока, м

Номинальный крутящий момент
на выходном валу редуктора, кНм

Число ходов балансира в минуту

Характеристика станков-качалок исполнения СКД

Номинальная нагрузка на устьевом
штоке, кН

Номинальная длина хода устьевого
штока, м

Номинальный крутящий момент
на выходном валу редуктора, кНм

Число ходов балансира в минуту

Станок-качалка (СК) состоит из ряда самостоятельных узлов:

  • Фундамент служит для установки и крепления станка-качалки. Может сооружаться монолитным (бутобетонным или железобетонным) или сборным — из бетонных блоков или металла.
  • Рама предназначена для установки на ней всего оборудования СК и выполняется из профильного проката в виде двух полозьев, соединенных поперечниками, и имеет специальную подставку под редуктор. В раме имеются отверстия под анкерные болты для её крепления к фундаменту.
  • Стойка является опорой для балансира и выполняется из профильного проката в виде четырехгранной пирамиды. Ноги стойки связаны между собой поперечинами. Снизу стойка крепится к раме сваркой или болтами, сверху несет плиту для крепления оси балансира с помощью двух скоб.
  • Балансир предназначен для передачи возвратно-поступательного движения колонне штанг. Выполняется из профильного проката двутаврового сечения и имеет однобалочную или двухбалочную конструкцию. Со стороны скважины балансир заканчивается поворотной головкой.
  • Опора балансира — ось, оба конца которой установлены в сферических роликоподшипниках, расположенных в чугунных корпусах. К средней части оси, имеющей квадратное сечение, приварена планка, через которую опора балансира с помощью болтов соединяется с балансиром.
  • Траверса выполняет роль связующего звена между кривошипно-шатунным механизмом и балансиром и конструктивно выполняется в виде прямолинейной балки из профильного проката. Крепление к балансиру шарнирное при помощи сферического роликоподшипника.
  • Опора траверсы шарнирно соединяет балансир с траверсой. Средняя часть оси установлена в сферическом роликоподшипнике, корпус которого болтами прикреплён к нижней полке балансира. Концы оси зажаты в клеммовых зажимах двух кронштейнов.
  • Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования вращательного движения вала редуктора в возвратно-поступательное движение балансира и состоит из двух шатунов и двух кривошипов с противовесами.
  • Шатун — стальная трубная заготовка, на одном конце которой вварена верхняя головка шатуна, а на другом — башмак. Палец верхней головки шатуна шарнирно соединён с траверсой. В станках-качалках СК8-3,5-5600 и СК 10-3-5600 в верхней головке шатуна применён шарнирный подшипник ШС. Башмак болтами прикреплён к нижней головке шатуна. Палец кривошипа конусной поверхностью вставляется в отверстие кривошипа и через разрезную втулку затягивается с помощью гаек.

Кривошип — ведущее звено преобразующего механизма станка-качалки, в котором предусмотрены отверстия для изменения длины хода устьевого штока. Выполнен в виде прямоугольных пластин с отверстиями для крепления к валу редуктора и присоединения шатунов. На кривошипе установлены противовесы, которые перемещаются с помощью съёмного устройства, вставляемого в поперечный паз у основания противовеса.

Редуктор

Редуктор — предназначен для уменьшения частоты вращения и увеличения мощности, передаваемых от электродвигателя кривошипам станка-
качалки.

Как правило, типоразмерный ряд станков-качалок базируется на восьми размерах двухступенчатых редукторов Ц2НШ, представляющих собой совокупность двух пар цилиндрических шевронных зубчатых передач, выполненных с зацеплением Новикова.

Быстроходная ступень — раздвоенный шеврон, тихоходная ступень — шевронная ступень с канавкой.

Ведущий и промежуточный валы установлены в роликоподшипниках с короткими цилиндрическими роликами, ведомый вал — в двухрядных сферических роликоподшипниках.

На концах ведущего вала насажены ведомый шкив клиноремённой передачи и шкив тормоза. На оба конца ведомого вала насажены кривошипы.
Смазка зубчатых колёс — картерная (из ванны корпуса редуктора), подшипников валов — принудительная картерная.

Техническая характеристика редукторов станков-качалок.

Источник

Станки-качалки: виды, устройство, принцип работы

В добыче нефти с большой глубины используется специальное насосное оборудование, которое называется станками-качалками. Привод этих аппаратов находится на поверхности земли, над эксплуатируемыми скважинами, а управление осуществляется оператором. Функцию добычи нефти в агрегатах выполняют специальные насосы плунжерного типа. Нефтяной станок-качалка является незаменимым аппаратом, без которого трудно и представить интенсивную разработку глубинных месторождений.

Назначение и работа станков-качалок

Чаще всего для освоения месторождения нефти применяются распространённые штанговые насосы с приводами. Эти агрегаты позволяют откачивать содержание скважин даже при большом, глубоком промерзании верхнего пласта земли. Станки – качалки с одноплечным балансиром относятся к оборудованию индивидуального вида и применяются для добычи нефти из-под земли в обычных и особых условиях.

Любая существующая инфраструктура добычи нефти нацелена на поднятие её с глубины на поверхность, а принцип работы станка-качалки со штанговым насосом напоминает действие медицинского шприца. Неотъемлемой частью любого станка-качалки является колонна, которую составляют компрессионные трубы. По этим трубам происходит подъём на поверхность и подача в резервуары нефти.

Если рассмотреть технологию организации добычи нефти, то весь процесс от начала до конца действий можно разделить на отдельные этапы:

  • бурение скважин;
  • установка трубных колонн;
  • обсадка колонн;
  • установка качалок и пуск их в работу.

Глубина бурения обычно достигает нескольких километров, но наиболее часто встречающиеся горизонты залегания нефти – это примерно 1500 метров под поверхностью и более. Иные скважины в глубину достигают и 4000 метров, но это уже колонны-рекордсмены нефтедобычи. Основой нефтедобывающей инфраструктуры являются колонны, собираемые из обсадных труб и активная часть каждого отдельного станка – его насос.

Чтобы понять принцип действия плунжерного насоса станка-качалки, нужно разобраться в роли и назначении отдельного станка в структуре всей трубопроводной сети добывающего комплекса. Качалка для нефти – это приводной механизм насоса, которая своим возвратно-поступательным движением, напоминающим качели, приводит в действие плунжерную пару насосного устройства. Оптимальная цикличность действия механизма качалки позволяет нефтяному ресурсу на глубине залегания концентрироваться у фильтра скважины, что способствует эффективности процесса добычи. Вся конструкция станка предусматривает минимизацию износа его отдельных элементов, установка рассчитана на безупречное действие в течение длительного срока эксплуатации.

Устройство качалки

При изучении устройства станка-качалки необходимо начать с установочной базы. База – это то, из чего состоит основа аппарата. Монтаж станка производится на заранее подготовленную бетонную основу, фундамент. Здесь же расположена платформа и её стойка вместе со станцией управления, в которой находится кабина оператора.

После того, как все организационные работы по установке платформы завершены, на неё навешивается массивный балансир, который уравновешивает специальную головку с канатным подвесом. Энергетическим приводом станка является мощный электродвигатель, который через редуктор станка-качалки передаёт усилие на балансир. Двигатель размещается иногда снизу под платформой, но такой вариант используется крайне редко, так как он связан с недостаточной безопасностью эксплуатации оборудования.

Через кривошип с шатуном электродвигатель воздействует на балансир, благодаря чему вращение вала двигателя преобразуется в цикличное поступательное движение элементов глубинного насоса.

Пункт управления станком-качалкой изготавливается в коробчатом виде, он содержит всё необходимое электротехническое оборудование комплекса. В станции, в непосредственной близости от управляющего реле, расположен и механический тормоз ручного типа.

Виды станков

Семейство нефтяных качалок представлено на отечественном рынке оборудования большим количеством модификаций. У всех видов станков практически один и тот же принцип работы, но есть и существенные отличия. Наиболее популярны среди нефтяников станки с балансирами, которые относятся к классическому типу добывающего оборудования. В этих станках предусмотрен механизм задней фиксации шатуна и редуктор расположен на одной раме с электродвигателем и балансиром.

Альтернативой классическим станкам являются такие типы станков-качалок, как гидравлические штанговые насосы, закрепляемые на фланце арматуры скважины в самом верху. Штанговые насосы имеют то преимущество перед станками классического типа, что они не требуют при своей установки сооружения мощного фундамента. Особенно важно это свойство штанговых насосов для случаев разработки месторождений в вечной мерзлоте, где заливка любого качественного фундамента сопряжена с большими трудностями. Свайная же установка классических станков не оправдана по экономическим соображениям.

Другой особенностью гидравлических насосов является возможность плавно, бесступенчато регулировать длину обсадной колонны. Благодаря этому появляется возможность точного подбора эксплуатационного режима скважины.

Основные характеристики качалок

Чтобы выбрать более подходящие станки для разработки месторождения нефти, нужно сделать анализ широкого спектра эксплуатационных и технических характеристик всех видов этого оборудования.

При оценке важнейших характеристик станка-качалки обязательно учитывают:

  • рабочую штоковую нагрузку;
  • максимальный ход плунжера;
  • габариты редуктора;
  • величину крутящего момента выходного вала;
  • частоту качаний.

Определяющим параметром станка является мощность его электродвигателя. На установках классического типа для работы насосных станций достаточна мощность электродвигателя в 25 кВт. Но следует ещё учитывать тип используемых ремней для передачи вращения от двигателя на редуктор, диаметры шкивов ремённой передачи и конструкцию механизма торможения.

Даже если все эксплуатационные параметры рассматриваемого станка устраивают покупателя, ему следует ещё учесть и габариты оборудования. Ведь размеры иногда играют определяющую роль – это те случаи, когда приходится транспортировать станки на большие расстояния в условиях различных климатических и региональных зон страны. Габаритные размеры в большой степени решают вопрос, можно ли произвести установку данного оборудования в конкретной ситуации, в конкретных условиях разрабатываемого месторождения нефти.

Обычно масса станка не превышает 10 т, а его габариты по длине и ширине составляют 7Х2,5 м.

Отдельные модели станков

Специалисту, занимающемуся заказами оборудования для нефтедобычи, необходимо хорошо ознакомиться с отдельными его моделями и их главными характеристиками. Несмотря на то, что каждый такой аппарат рассчитан на долгие годы работы, уже существующие промыслы время от времени производят модернизацию оборудования, закупая более современные его виды. Рассмотрим некоторые модели станков-качалок, сравнивая их характеристики и особенности.

Качалки СК

Распространённая в нефтедобывающей отрасли станок- качалка СК представляет собой скважинный насос с отдельным приводом. Насос при работе опускается в обсадную трубу скважины, и с ним соединён специальный шток привода. Шток составляется из колонны отдельных штанг, обеспечивая тем самым требуемую длину.

Как и в других классических вариантах добывающего насосного оборудования, вращение электродвигателя станка преобразуется с помощью кривошипа в поступательное движение штанговой колонны. Два исполнения станков-качалок СК изготавливаются со своим отдельным количеством типоразмеров. Аппараты СК имеют семь типоразмеров, а СКД – шесть.

Главные отличия станков-качалок СКД от СК заключаются в следующем:

  • несимметричность кинематической преобразовательной схемы и более высокое преобразующее кинематическое соотношение;
  • уменьшенные габаритные размеры;
  • расположение редуктора прямо на станочной раме.

В установках СК используются трёхфазные электрические двигатели асинхронного типа с влагостойким исполнением в искробезопасном корпусе. В зависимости от модификации станка в нём могут применяться двигатели мощностью от 4 до 40 кВт.

Механизм тормоза станка включает в себя две колодки, правую и левую, он предназначен для фиксирования станка в нужном положении в момент его остановки.

Качалки СКДР

Более усовершенствованная модель семейства СК – станок-качалка СКДР. Аппарат развивает тяговое усилие в 60 кН при длине штока от 1,2 до 3 м. Редуктор, используемый в аппарате, имеет типоразмер Ц2НШ-450-28 или Ц3НШ-450-28.

Станки СКДР используются для откачки нефти из скважины со штоковой нагрузкой до 80 000 Н. Они разработаны с учётом последних достижений отечественного и зарубежного машиностроения. Главные элементы кинематики станков изготовлены с учётом всех требований ГОСТов на нефтедобывающее оборудование.

Частота качаний установки СКДР регулируется в диапазоне от 1,7 до 11,8 в мин и зависит от передаточного числа установленного редуктора на раме станка. Мощность двигателя качалки может составлять от 5,5 до 22 кВт в зависимости от передаточного числа редуктора.

Общая масса агрегата СКДР составляет 13 100 кг, а его габариты равны 7200х6350х 3100 мм.

Качалки ПШГН

Приводная часть глубинного нефтяного насоса шагового типа или станок-качалка ПШГН через систему штанг передаёт движение головки на насосный плунжер, расположенный глубоко в обсадной трубе скважины. Головка балансира аппарата соединяется со штоком насоса с помощью тросовой подвески.

По производительности качалка ПШГН может регулироваться путём увеличения или уменьшения числа качаний в минуту, амплитуды этих качаний и размеров насосного плунжера. Чтобы произвести регулировку длины хода штока, необходимо выполнить перестановку пальцев кривошипно-шатунного механизма в другие отверстия.

Как и все предыдущие нефтяные качалки, разновидность ПШГН не является отдельным их видом, а представляет собой разновидность главного механизма установки для добычи нефти.

Обслуживание нефтяных качалок

Специальный персонал нефтедобывающего предприятия выполняет обслуживание станка-качалки. Для удобства его работы конструкторами предусмотрены различные вспомогательные устройства и механизмы. При обслуживании балансира с траверсой и кривошипа на установке устроена специальная площадка, снабжённая системами привода. Операторы, располагаясь на этой площадке, производят управление балансировкой и уравновешиванием станка, проверяют крепление всех узлов кривошипно-шатунного механизма.

Вся кинематика системы привода нефтедобывающей качалки сконструирована для того, чтобы головка станка и кривошип совершала движение в оптимальном ритме и этот режим можно бы было легко перенастраивать.

Функции операторов станков и обслуживающего персонала необходимо разделять. Технический персонал занимается обслуживанием нефтяных насосов во время их интенсивной эксплуатации, в их обязанности входит слежение за рабочими показателями всех механизмов станции и техническое обслуживание насосного оборудования. В случае необходимости они производят и ремонт станков-качалок. Особенно важно в их работе создавать благоприятные режимы функционирования узлов и механизмов станка в моменты возникновения в нём максимальных, пиковых нагрузок.

В функции же операторов установок входят обязанности по регулированию самого процесса выкачки нефтяных ресурсов из глубины месторождения, по установке оптимальных режимов работы станка на каждом периоде освоения запасов углеводородов.

Заключение

Промышленные предприятия, изготавливающие станки-качалки, непрерывно совершенствуют своё нефтедобывающее оборудование. Но кардинальных вариантов переделок существующих станков в ближайшее время не предвидится. Это говорит о том, что классическая схема, заложенная в станки много лет назад, оказалась очень удачной и не имеет существенных недостатков.

К тому же оборудование нефтегазовых добывающих комплексов долговечно, его замены происходят очень редко и неохотно со стороны учредителей крупных компаний. Немалую роль в этом играет и высокая цена станка-качалки. Большей частью обновляются лишь отдельные узлы станков, устаревшие физически или морально.

Постепенно весь парк станков-качалок уступает свои позиции в пользу нового вида оборудования – гидравлических аппаратов. Это способствует оптимизации рабочего процесса добычи нефти, усовершенствованию всей инфраструктуры существующих и строящихся комплексов. Эксплуатационные затраты при этом снижаются без снижения качества добываемой нефти.

Источник

Оцените статью