Установка для подъема жидкости из скважины, способ ее работы, скважинный насос и гидропривод, входящие в ее состав

Установка для подъема жидкости из скважины, способ ее работы, скважинный насос и гидропривод, входящие в ее состав

Реферат

 

Использование: в нефтяной промышленности и может быть использовано для подъема нефти или откачки пластовых вод. Обеспечивает повышение надежности, увеличение ресурса работы и повышение безопасности эксплуатации. Сущность изобретения: установка содержит плунжер, устьевой сальник, основание, раму. На раме установлен барабан. На нем спирально намотана лента. Она соединена с плунжером. Основание имеет направляющие. Рама выполнена с возможностью перемещения по направляющим для поддержания вертикального положения ленты на участке между устьевым сальником и местом захода ленты на барабан. Способ включает разматывание и наматывание ленты на барабан. Ленту заставляют занимать вертикальное положение между устьем и местом схода-захода ленты на барабан. Скважинный насос содержит плунжер из плашек образного продольного сечения и накладки образной формы. Они установлены в продольном зазоре между плашками с заходом радиальных частей накладок на радиальные и осевые полки плашек. Гидропривод содержит гидромотор. Он соединен с барабаном. Устройство имеет гидронасос, гидрораспределитель и гидравлический тормозной механизм. Гидронасос выполнен реверсивным. Они образуют замкнутую гидросистему со средствами предохранения ленты от перегрузки. 4 с. и 24 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано преимущественно для подъема нефти или для откачки пластовых вод.

Известна скважинная установка, содержащая плунжер, устьевой сальник, установленный на входе трубы скважины, барабан, установленный на опоре с возможностью его вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, размещенным в трубе скважины, реверсный привод, связанный с валом барабана с возможностью разматывания и наматывания на барабан ленты (патент США N 4024913, кл. Е 21 В 17/00, 1977).

В этом устройстве ленту выполняют из прочного неметаллического материала для повышения надежности оборудования и уменьшения возможности обрыва ленты. Плунжер в устройстве выполнен в виде цилиндрического поршня.

Однако в этом техническом решении лента испытывает большие напряжения, связанные с многократными ее изгибами на барабане в процессе разматывания и наматывания ленты, которые сочетаются с растяжением ленты под действием осевой нагрузки плунжера. Особенно ненадежным местом, приводящим к короблению и перетеранию ленты, является устьевой сальник, служащий для уплотнения места входа ленты в трубу. По мере разматывания и наматывания на барабан лента на участке от устьевого сальника до места ее схода с барабана отклоняется от вертикального положения, и это отклонение тем больше, чем больше глубина погружения плунжера в трубу скважины. Поэтому при использовании такой установки в качестве глубиннонасосной с длиной хода плунжера в трубе скважины более 50 м снижается ее надежность и увеличивается частота замены ленты, несмотря на использование для ее изготовления высокопрочных синтетических материалов.

Кроме того, для глубиннонасосных установок приходится использовать колонну насосно-компрессорных труб, составленную из отдельных труб длиной 6-9 м, соединенных между собой муфтой с резьбой. Это приводит к нарушению соосности отдельных труб и идеальности круглой формы поперечного сечения, поэтому применение цилиндрического плунжера приводит к увеличению осевых напряжений на ленту в местах прохождения плунжером неоднородностей трубы, таких как ее эллипсоидность и несоосность.

Известна установка для подъема нефти из скважины, содержащая плунжер, устьевой сальник, установленный на входе трубы скважины, основание, барабан, установленный на нем с возможностью его вращения от реверсного привода, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером (авт.св. СССР N 628292, кл. Е 21 В 43/00, 1978).

В этом техническом решении лента в трубе скважины закручена вокруг своей продольной оси посредством установленного в ее нижней части турбинного колеса для снятия боковой кромки ленты парафина, осевшего на внутренней поверхности трубы. Установка дополнительно содержит направляющий ролик для фиксации вертикального положения ленты между устьевым сальником и направляющим роликом. Однако ограничения, присущие предыдущей установке, сохраняются, так как происходят многократные в течение каждого цикла движения плунжера изгибы ленты на барабане и направляющем ролике. Так за один цикл перемещения плунжера вверх и вниз лента, проходя через направляющие ролик и барабан, изгибается и разгибается шесть раз. Осевые напряжения, связанные с растяжением ленты от осевой нагрузки и трением ее боковых кромок о внутреннюю поверхность трубы скважины, возрастают. Кроме того, для удаления парафина приходится использовать ленту из достаточно жесткого материала, например из стали.

Известно также нефтяное скважинное оборудование и откачивающее устройство (патент США N 4416329, кл. Е 21 В 17/00, 1983).

В этом техническом решении установка для подъема жидкости из скважины содержит плунжер, устьевой сальник, предназначенный для установки на входе трубы скважины, основание, раму, установленную на нем, барабан, установленный на раме с возможностью его вращения вокруг оси вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, предназначенным для размещения его в трубе скважины, реверсный привод, связанный с барабаном с возможностью разматывания и наматывания на него ленты.

Для поддержания вертикального положения ленты над устьевым сальником в этом техническом решении использована направляющая деталь в виде изогнутого желоба, выполняющая ту же функцию, что и ролик в техническом решении по указанному авт. св. СССР N 628292 со всеми присущими упомянутыми ограничениями. Так в одном из вариантов выполнения этого изобретения для уменьшения воздействия устьевого сальника на ленту она прикрепляется к полированному стержню, который размещается в устьевом сальнике. Однако этот вариант применим только для небольшого хода плунжера в трубе скважины от качающегося привода. В случае же использования этого технического решения в длинноходовых глубиннонасосных установках, в которых лента соприкасается с устьевым сальником, отрицательное воздействие устьевого сальника на ленту и ленты на него сохраняется. Применение изогнутого желоба в качестве направляющей детали, а не направляющего ролика, приводит к дополнительному износу ленты за счет возникающего трения скольжения, которое для большинства материалов больше, чем трение качения.

Скважинный насос в устройстве по патенту США N 4416329 содержит плунжер, который установлен внутри насосно-компрессорной трубы скважины, и его наружная поверхность выполнена цилиндрической.

При использовании такого плунжера в глубиннонасосных установках с большой длиной хода плунжера, как описывалось выше, резко возрастают осевые нагрузки на ленту из-за несоосности отдельных подсоединяемых труб и их эллиптичности.

Известен способ подъема жидкости из скважины, включающий разматывание и наматывание ленты на барабан, один конец которой соединяют с плунжером, а другой закрепляют на барабане, при этом плунжер устанавливают в трубе скважины, а ленту пропускают через устье скважины, и при разматывании-наматывании ленты на барабан плунжеру сообщают по меньшей мере один цикл хода плунжера в трубе скважины вниз и вверх или вверх и вниз, соответствующие разматыванию и наматыванию ленты на барабан (патент США N 4416329, кл. Е 21 В 17/00, 1983).

Работа указанной известной установки и всех других характеризуется одинаковыми параметрами перемещения плунжера, в частности одинаковыми скоростями движения плунжера в одном цикле его перемещения - вверх и вниз (или вниз и вверх). Вместе с тем режимы перемещения плунжера также влияют на надежность работы установки, ее производительность, и при определенных режимах перемещения плунжера возможен более длительный временный ресурс наработки установки без замены ленты.

Известен скважинный насос, содержащий цилиндр, приемный клапан, установленный на нем, плунжер, установленный внутри цилиндра, выполненный полым с кольцевой канавкой на его наружной поверхности, обращенной к цилиндру, нагнетательный клапан, установленный на плунжере, по меньшей мере три плашки, установленные по радиусам в кольцевой канавке плунжера с образованием продольных зазоров между ними, пружину, установленную в кольцевой канавке между обращенной к оси плунжера поверхностью плашек и наружной цилиндрической поверхностью кольцевой канавки с возможностью радиального перемещения плашек, причем каждая из плашек выполнена с радиальной и осевой полками, а их обращенная к цилиндру поверхность выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра, по меньшей мере три накладки, установленные с образованием продольных зазоров между ними на радиальных и осевых полках соседних по радиусу плашек с возможностью перекрытия продольных зазоров между плашками, причем часть обращенной к цилиндру наружной поверхности накладок выполнена с кривизной, равной кривизне внутреннего диаметра цилиндра, и эта часть в плоскостях сопряжения ее с соседними по радиусу плашками выполнена совпадающей с наружными обращенными к цилиндру поверхностями этих плашек, причем противоположные радиальным полкам плашек торцы накладок и плашек расположены в одной радиальной плоскости, а накладки установлены на плашках с возможностью их перемещения в радиальном направлении и подпружинены через плашки к внутренней поверхности цилиндра (патент РФ N 2044162, кл. F 04 В 53/02, 1995).

Этот насос предназначен для размещения в насосно-компрессорной трубе скважины вместе со своим собственным цилиндром и не может быть использован при установке плунжера без цилиндра непосредственно в насосно-компрессорную трубу, так как при перемещении в ней плунжера вверх-вниз на ее неоднородностях, таких как несоосность, эллиптичность, происходит нарушение герметичности между накладками, плашками и внутренней поверхностью трубы и, кроме того, при вытаскивании плунжера из цилиндра происходит выпадение плашек и накладок из кольцевой канавки. Основным ограничением использования такого плунжера непосредственно в насосно-компрессорной трубе являются высокие значения осевых нагрузок, передаваемых от плунжера ленте, которые возникают при соприкосновении накладок и плашек с неоднородностями при движении плунжера вверх и вниз, в результате чего осевые напряжения на ленте возрастают и динамические нагрузки носят скачкообразный характер, изменяющий плавное перемещение плунжера и приводящий к износу ленты.

Известен также гидропривод скважинно-насосной установки, содержащий гидромотор, кинематически связанный с барабаном, соединенным посредством ленты с плунжером скважинного насоса и гидравлически - с регулируемым гидронасосом с возможностью образования замкнутой гидросистемы, и систему управления, имеющую управляемый трехпозиционный двухлинейный гидрораспределитель с положениями ПРЯМОЙ ХОД, НЕЙТРАЛЬ и РЕВЕРС, причем элементы управления упомянутого гидрораспределителя связаны с датчиками оборотов барабана (авт.св. СССР N 314733, кл. В 66 D 1/08, 1969).

Ограничением этого гидропривода является недостаточная его надежность при функционировании в автоматическом режиме ввиду невозможности обеспечения регулирования режимов работы регулируемого гидронасоса в зависимости от степени натяжения ленты как в режиме движения плунжера скважинного насоса вверх, так и при движении его вниз. Степень натяжения ленты обусловлена изменением различных внешних факторов, воздействующих на плунжер скважинного насоса.

Задача изобретения - повышение надежности, увеличение временного ресурса работы, повышение безопасности эксплуатации.

Технический результат, который может быть получен при решении задачи в части установки, - повышение долговечности ленты за счет уменьшения изгибающих и осевых напряжений.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого способа, - повышение производительности при уменьшении на ленту динамических нагрузок.

Технический результат который может быть получен при решении задачи в части скважинного насоса, - повышение герметичности между плунжером и насосно-компрессорной трубой при уменьшении осевых напряжений и динамических нагрузок ленты.

Технический результат, который может быть получен при решении задачи в части гидропривода, - обеспечение регулирования режимов реверсивного регулируемого гидронасоса и гидромотора привода с намотанной гибкой лентой в зависимости от степени ее натяжения.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной установке для подъема жидкости из скважины, содержащей плунжер, устьевой сальник, предназначенный для установки на входе трубы скважины, основание, раму, установленную на нем, барабан, установленный на раме с возможностью его вращения вокруг оси вращения, ленту, спирально намотанную на барабане, одним концом закрепленную на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник, соединенную с плунжером, предназначенным для размещения его в трубе скважины, реверсный привод, связанный с барабаном с возможностью разматывания и наматывания на него ленты, согласно изобретению основание снабжено направляющими, а рама выполнена с возможностью ее перемещения по ним и с возможностью одновременного перемещения оси вращения барабана в поперечном направлении относительно вертикали при разматывании или наматывании ленты на барабан для поддержания вертикального положения ленты на участке между устьевым сальником и местом ее схода с барабана при разматывании с него ленты и для поддержания вертикального положения ленты на участке между устьевым сальником и местом ее захода на барабан при наматывании на него ленты.

Возможны дополнительные варианты выполнения установки, в которых целесообразно, чтобы: длина S хода плунжера в трубе скважины была выбрана не более величины, полученной из математического выражения: где D_cp - средний диаметр намотки ленты на барабан от начального диаметра D_min до конечного диаметра D_max, равный (D_min + D_max)/2; Н - высота от устьевого сальника до места схода-захода ленты на барабан; Е - модуль упругости материала ленты; _раст - напряжение ленты от ее растяжения; [] - допускаемое напряжение для ленты, работающей при циклических нагрузках; - толщина ленты; рама была снабжена колесами, направляющие были выполнены в виде рельсов, и колеса были установлены на рельсах; рама была снабжена колесами, направляющие были бы выполнены в виде желобов, и колеса установлены в желобах; при длине S хода плунжера в трубе скважины больше величины, полученной из математического выражения было введено устройство фиксации вертикального положения ленты, которое было бы выполнено с возможностью сохранения перемещения оси вращения барабана в поперечном направлении для упомянутого поддержания вертикального положения ленты и с возможностью ограничения перемещения оси вращения барабана при совмещении упомянутого вертикального положения ленты с вертикальной осью устьевого сальника; устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из стойки с роликом, предназначенным для размещения его над трубой скважины так, что вертикальная касательная окружности ролика совмещена с вертикальной осью устьевого сальника и с вертикальной касательной окружности барабана, расположенной в месте схода-захода ленты на барабан, а направляющие установлены под углом к вертикали с возможностью перемещения рамы под действием сил тяжести к вертикальной оси устьевого сальника; направляющие были установлены с возможностью изменения упомянутого угла; рама была снабжена колесами, направляющие выполнены в виде рельсов, и колеса установлены на них, введены прокладки, предназначенные для установки между основанием и рельсами; рама была снабжена колесами, направляющие выполнены в виде желобов, и колеса установлены в желобах, введены прокладки или домкрат, предназначенные для установки между основанием и его опорой для изменения угла основания к горизонтали; устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из стойки с роликом, предназначенным для размещения его над трубой скважины так, что вертикальная касательная окружности ролика совмещена с вертикальной осью устьевого сальника и с вертикальной касательной окружности барабана, расположенной в месте схода-захода ленты на барабан, направляющие установлены под прямым углом к вертикали, введены груз, блок, установленный на основании, и гибкий элемент, причем один конец гибкого элемента закреплен на раме, а другой через блок соединен с грузом, рама выполнена с возможностью перемещения к вертикальной оси устьевого сальника под действием тяжести груза; рама была снабжена колесами, установленными на направляющих, устройство фиксации вертикального положения ленты было выполнено из редуктора, кинематически связывающего вал барабана с осями колес с возможностью вращения их и барабана в одном направлении, причем передаточное число i редуктора выбрано из соотношения i = d/, где i - отношение частоты вращения барабана к частоте вращения колеса; d - диаметр колеса; - толщина ленты; реверсный привод был выполнен гидравлическим из гидромотора и насосной станции, связанными между собой шлангами, при этом гидромотор был бы установлен на раме, а насосная станция за пределами рамы; реверсный привод был выполнен регулируемым с возможностью изменения скорости разматывания или наматывания ленты на барабан для изменения скорости движения плунжера в трубе скважины при перемещении его вниз или для изменения скорости движения плунжера при перемещении его вверх к устьевому сальнику.

Для решения поставленной задачи в известном способе подъема жидкости из скважины, включающем разматывание и наматывание ленты на барабан, один конец которой соединяют с плунжером, а другой закрепляют на барабане, при этом плунжер устанавливают в трубе скважины, а ленту пропускают через устье скважины, и при разматывании наматывании ленты на барабан плунжеру сообщают по меньшей мере один цикл хода плунжера в трубе скважины вниз и вверх или вверх и вниз, соответствующие разматыванию и наматыванию ленты на барабан, согласно изобретению при разматывании и наматывании ленты на барабан ее заставляют занимать вертикальное положение на участке между устьем скважины и местом схода-захода ленты на барабан, причем изменяют скорость движения плунжера при его ходе вниз и изменяют скорость движения плунжера при его ходе вверх в по меньшей мере одном цикле.

Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно, чтобы: ход плунжера вверх производили бы с большей максимальной скоростью, чем при его ходе вниз; ход плунжера вниз производили бы с таким ускорением в начале его хода, при котором приращение скорости не превышает среднюю скорость движения плунжера; ход плунжера вверх производили с таким ускорением в начале его хода и с таким торможением в конце его хода, которые меньше, чем при синусоидальном законе движения плунжера; выбирали глубину хода плунжера вниз с его заходом за динамический уровень жидкости в скважине и ход плунжера вниз производили бы с большей скоростью, чем при входе плунжера в жидкость, при этом скорость движения плунжера в жидкости выбирали бы меньшей или равной скорости свободного падения плунжера в упомянутой жидкости; между каждым из циклом хода плунжера вниз-вверх выдерживали бы временную паузу; изменяли длину хода плунжера в одном цикле относительно другого цикла; плунжер опускали вниз на большую длину его хода в трубе скважины, производили бы по меньшей мере один цикл хода плунжера вверх-вниз от большой глубины хода плунжера до выбранной промежуточной длины, затем поднимали плунжер вверх выше выбранной промежуточной длины и производили бы по меньшей мере один цикл хода плунжера вниз-вверх с длиной хода плунжера большей, чем выбранная промежуточная длина; при подъеме парафиносодержащей жидкости плунжер опускали вниз на длину хода в трубе скважины большую, чем глубина отложения парафина, производили бы последовательные циклы хода плунжера вверх-вниз на глубине большей, чем глубина отложения парафина, а затем плунжер поднимали бы вверх до устья трубы скважины для удаления парафина.

Для решения поставленной задачи в известном скважинном насосе, содержащем цилиндр, приемный клапан, установленный на нем, плунжер, установленный внутри цилиндра, выполненный полым с кольцевой канавкой на его наружной поверхности, обращенной к цилиндру, нагнетательный клапан, установленный на плунжере, по меньшей мере три плашки, установленные по радиусам в кольцевой канавке плунжера с образованием продольных зазоров между ними, пружину, установленную в кольцевой канавке между обращенной к оси плунжера поверхностью плашек и наружной цилиндрической поверхностью кольцевой канавки с возможностью радиального перемещения плашек, причем каждая из плашек выполнена с радиальной и осевой полками, а их обращенная к цилиндру поверхность выполнена с кривизной, равной кривизне внутренней поверхности цилиндра, по меньшей мере три накладки, установленные с образованием продольных зазоров между ними на радиальных и осевых полках соседних по радиусу плашек с возможностью перекрытия продольных зазоров между плашками, причем часть обращенной к цилиндру наружной поверхности накладок выполнена с кривизной, равной кривизне внутренней поверхности цилиндра, и эта часть в плоскостях сопряжения ее с соседними по радиусу плашками выполнена совпадающей с наружными обращенными к цилиндру поверхностями этих плашек, причем противоположные радиальным полкам плашек торцы накладок и плашек расположены в одной радиальной плоскости, а накладки установлены на плашках с возможностью их перемещения в радиальном направлении и подпружинены через плашки к внутренней поверхности цилиндра, согласно изобретению плунжер предназначен для установки внутри насосно-компрессорной трубы скважины, которая служит его цилиндром, введены втулки, установленные на плунжере и выполненные [-образного продольного сечения с образованием козырька в виде кольца, диаметр наружной поверхности втулок выбран меньшим, чем диаметр обращенной к цилиндру наружной поверхности, образованной всеми соседними по радиусу плашками и накладками, каждая из плашек выполнена -образного продольного сечения, а втулки установлены с противоположных торцов плашек и их козырьки в продольном направлении направлены друг к другу, каждая из накладок вдоль продольной оси выполнена -образной формы и установлена с заступом ее радиальных частей на радиальные и осевые полки -образной плашки, а продольная часть -образной накладки размещена в продольном зазоре между плашками, каждая из накладок выполнена с уступом, который установлен внутри кольца козырька втулки с осевым зазором между его торцом и радиальной частью втулки, а на наружной поверхности накладки, обращенной к цилиндру и козырьку втулки, выполнена фаска.

Возможны дополнительные варианты выполнения скважинного насоса, в которых целесообразно чтобы: плашки и накладки, подпружиненные своими пружинами, также были установлены последовательно вдоль продольной оси в одной кольцевой канавке плунжера и были выполнены идентично плашкам и накладкам, установленным по радиусам, была бы введена промежуточная втулка, установленная на кольцевой канавке плунжера и выполненная I - образного продольного сечения с образованием кольцевых козырьков, обращенных друг от друга противоположно, обращенные друг к другу уступы соседних вдоль продольной оси накладок были установлены внутри своих кольцевых козырьков промежуточной втулки с осевым зазором между их торцами уступов радиальной частью I-образной втулки, а на наружной поверхности каждой накладки, обращенной к цилиндру и кольцевому козырьку, была выполнена фаска; был введен изогнутый штифт, один конец которого был закреплен внутри козырька [-образной втулки, а другой - на ее радиальной части, с одного торца накладки на ее продольной оси в уступе была выполнена прорезь, и изогнутый штифт был установлен в прорези уступа накладки; был введен изогнутый штифт, один конец которого был закреплен внутри кольцевого козырька I-образной втулки, а другой - на ее радиальной части, с одного торца накладки на ее продольной оси в уступе была бы выполнена прорезь, и изогнутый штифт установлен в прорези уступа накладки.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном гидроприводе скважинно-насосной установки, содержащем гидромотор, кинематически связанный с барабаном, соединенным посредством ленты с плунжером скважинно-насосной установки и гидравлически - с регулируемым гидронасосом с возможностью образования замкнутой гидросистемы, и систему управления, имеющую управляемый трехпозиционный двухлинейный гидрораспределитель с положениями ПРЯМОЙ ХОД, НЕЙТРАЛЬ и РЕВЕРС, причем элементы управления упомянутого гидрораспределителя связаны с датчиками оборотов барабана, согласно изобретению он снабжен гидравлически управляемым тормозным механизмом, а регулируемый гидронасос выполнен реверсивным с механизмом изменения режимов, имеющим камеры управления, первая из которых сообщена с первым выходом упомянутого гидрораспределителя, а система управления снабжена гидронасосом, вход которого сообщен с гидробаком, а выход - через обратные клапаны с соответствующим входом реверсного гидронасоса и с первым входом упомянутого гидрораспределителя, второй вход которого сообщен с гидробаком, тремя сливными клапанами, выполненными гидравлически управляемыми с регуляторами давления, входы сливных клапанов сообщены с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы, а выходы - с гидробаком, при этом управляемые полости первого и второго сливных клапанов сообщены с гидробаком, а третьего - с камерой управления механизма изменения режимов реверсивного гидронасоса, другая камера которого сообщена с выходом упомянутого гидрораспределителя через регулируемый клапан давления, полость управления которого сообщена с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы, причем регуляторы давления сливных клапанов установлены, соответственно, первый - на давление, эквивалентное допустимой нагрузке для ленты, второй - на давление, соответствующее минимальной нагрузке, создаваемой при движении плунжера вверх, третий - на давление, соответствующее нагрузке, приложенной к ленте при движении плунжера вниз, при этом входы сливных клапанов сообщены с напорной гидролинией замкнутой системы, управляемые полости первого и второго сливных клапанов сообщены с гидробаком, а третьего - со второй камерой управления механизма изменения режимов реверсного гидронасоса, первая камера которого сообщена со вторым выходом упомянутого гидрораспределителя через регулируемый клапан давления, полость управления которого сообщена с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы и с выходом гидронасоса системы управления через клапан ИЛИ, при этом тормозной механизм гидравлически связан с напорной гидролинией замкнутой гидросистемы с возможностью включения при уменьшении рабочего давления в напорной гидролинии.

На фиг. 1 изображена установка, общий вид; на фиг. 2 - схема сил, действующих на раму; на фиг. 3 - наземная часть установки с устройством фиксации вертикального положения ленты посредством наклонных рельсов и направляющего ролика; на фиг. 4 - наземная часть установки с устройством фиксации вертикального положения ленты посредством блока, груза и направляющего ролика; на фиг. 5 - кинематическая схема устройства фиксации вертикального положения ленты посредством редуктора; на фиг. 6 - устройство скважинного насоса; на фиг. 7 - сечение А-А на фиг.6; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 6; на фиг. 9 - сечение С-С на фиг.6; на фиг. 10 - сечение D-D на фиг.9; на фиг. 11 - накладка; на фиг. 12 - плашка; на фиг. 13 - развертка наружной поверхности установленных плашек и накладок; на фиг. 14 - гидравлическая схема гидропривода.

Установка для подъема жидкости из скважины (фиг.1), содержит плунжер 1, устьевой сальник 2, предназначенный для установки на входе трубы 3 скважины 4, основание 5, раму 6, установленную на нем, барабан 7, установленный на раме 6 с возможностью его вращения вокруг оси вращения. Лента 8, спирально намотанная на барабане 7, одним концом закреплена на нем, а другим, пропущенным через устьевой сальник 2, соединена с плунжером 1, размещенным в трубе 3 скважины 4. Реверсный привод, например выполненный из гидромотора 9 и насосной станции 10, связан с барабаном 7 с возможностью разматывания и наматывания на него ленты 8. Основание снабжено направляющими, например рельсами 11, а рама 6 выполнена с возможностью ее перемещения по ним и с возможностью одновременного перемещения оси вращения барабана 7 в поперечном направлении относительно вертикали при разматывании или наматывании ленты 8 на барабан 7.

При перемещении плунжера 1 на некоторую определенную длину его хода в трубе 3 скважины 4 перемещение рамы 6 направлено на поддержание вертикального положения ленты 8 на участке между устьевым сальником 2 и местом М ее схода с барабана 7 при разматывании с него ленты 8 и для поддержания вертикального положения ленты 8 на участке между устьевым сальником 2 и местом М ее захода на барабан 7 при наматывании на него ленты 8.

На фиг. 1 также схематично показаны: вертикальная ось 0, проходящая через устьевой сальник 2, колеса 12, которыми может быть снабжена рама 6, приемный клапан 13, установленный на конце трубы 3, шланги 14 высокого давления для связи гидромотора 9 с насосной станцией 10.

Работает установка следующим образом.

При отклонении ленты 8 от вертикальной оси 0, проходящей через сальник 2, на угол при ходе плунжера 1 вниз, возникает сила Р₁, заставляющая раму 6 перемещаться к устью скважины 4. При образовании угла возникает сила Р₂, заставляющая раму перемещаться от устья скважины 4. Таким образом, обе эти силы Р₁ и Р₂, воздействуя на раму 6, стремятся восстановить вертикальность и прямолинейность ленты. Поэтому достаточно снабдить основание 5 каким-либо направляющими, обеспечивающими возможность перемещения связанного с рамой 6 барабана 7 в поперечном направлении относительно вертикальной оси 0, чтобы за счет воздействия на барабан нагруженной плунжером 1 ленты 8 обеспечить ее перемещение к вертикальной оси 0.

В общем случае направляющие могут быть выполнены любой известной конструкции. Например (фиг.1), если основание 5 выполнено в виде опор, то рама 6 может быть снабжена колесами 12, направляющие могут быть выполнены в виде рельсов 11, и колеса 12 установлены на них.

Если основание 5 выполнено в виде платформы, как по патенту США N 4416329, то колеса 12 могут быть установлены в выполненных в ней желобах (на фиг.1 не показано).

Целесообразно использовать колеса 12 для уменьшения сил трения, а массу рамы 6 и размещенного на ней оборудования желательно выбрать минимальной, чтобы снизить силы Р₁ и Р₂, необходимые для перемещения рамы 6.

Использование установки (фиг. 1) приводит к возникновению изгибающих напряжений в ленте 8. Чем меньше будет длина S хода плунжера 1, тем меньше будут изгибающие напряжения. В установке с длиной S хода плунжера 180 м грузоподъемностью до 3000 кг изгибающие напряжения в стальной ленте не превышают 10% от допустимых, и она может быть использована на скважинах 4 с высотой подъема жидкости до 500 м и дебитом 25 т/сут.

Для таких установок (фиг. 1,2) длина S хода плунжера 1 в трубе 3 скважины 4 должна быть выбрана не более величины, полученной из математического выражения где D_ср - средний диаметр намотки ленты 8 на барабан 7 от начального диаметра D_min до конечного диаметра D_max, равный (D_min + D_max)/2; Н - высота от устьевого сальника до места М схода-захода ленты 8 на барабан 7; Е - модуль упругости материала ленты 8; _раст - напряжение в ленте 8 от ее растяжения; [] - допускаемое напряжение для ленты 8, работающей при циклических нагрузках; - толщина ленты 8.

Это математическое выражение получено из условия, что суммарные напряжения в ленте 8 от растяжения и изгиба должны быть меньше, чем допускаемое напряжение [] для ленты 8, работающей при циклических нагрузках в данной окружающей среде.

Так, для силы растяжения стальной ленты N = 3500 кг, ширине стальной ленты 8b = 4,5 см, ее толщине = 0,35 см, D_ср = 200 см, Н = 200 см, = 3360 кг/см², Е = 2,1х10⁶ кг/см², получим _раст= N/bx = 2222 кг/см², и допустимая длина S хода плунжера 1 - S 122,6 м.

При длине S хода плунжера 1 большей, чем 122,6 м, суммарные напряжения в стальной ленте 8 при указанных условиях эксплуатации превышают допустимые, что требует во избежание порчи ленты 8 или ее обрыва применения специального устройства, удерживающего точку М схода-захода ленты 8 на барабан 7 на вертикальной оси 0.

Такие устройства фиксации вертикального положения ленты 8 на вертикальной оси 0, проходящей через устьевой сальник 2, могут быть выполнены различным образом.

Устройство (фиг.3) фиксации вертикального положения ленты 8 выполнено из стойки 15 с роликом 16, предназначенным для размещения его над трубой 3 скважины 4 (фиг. 1) так, что вертикальная касательная окружности ролика 16 совмещена с вертикальной осью 0 устьевого сальника 2 и с вертикальной касательной окружности барабана 7, расположенной в месте М схода-захода ленты 8 на барабан 7, а направляющие установлены под углом к вертикали с возможностью перемещения рамы 6 под действием сил тяжести к вертикальной оси 0 устьевого сальника 2.

В этом варианте рама 6 может быть снабжена колесами 12, направляющие выполнены в виде рельсов 11, и колеса 12 установлены на рельсах 11. Могут быть введены прокладки 17, предназначенные для установки между основанием 5 и рельсами 11. Изменяя количество прокладок 17, можно изменять угол наклона рельсов 11 и горизонтали, и соответственно наклон рельсов к вертикальной оси 0.

В случае выполнения основания 5 в виде платформы (на фиг. 3 не показано), как по патенту США N 4416329, направляющие могут быть выполнены в виде желобов, и колеса 12 установлены в желобах. В этом случае могут быть введены прокладки или различные домкратные приспособления, предназначенные для установки между основанием и его опорой, например, земной поверхностью, для изменения угла основания к горизонтали.

Величина угла подбирается (фиг.3) с помощью набора прокладок 17 так, чтобы обеспечивалось подкатывание рамы 6 к устью скважины 4 с минимальной силой прижатия барабана 7 к направляющему ролику 16. Минимальная сила прижатия возникает в случае, когда горизонтальная компонента полной силы тяжести оборудования с рамой 6 ра