Станки-качалки Ижнефтемаша

Создание оборудования, в полной мере удовлетворяющего современным требованиям нефтепромысповиков, является чрезвычайно трудной задачей, которая не может быть решена без тесного сотрудничества производителей этого оборудования и эксплуатационников. Для ОАО «Ижнефтемаш» — крупнейшего в России производителя нефтепромыслового оборудования, такое сотрудничество имело и имеет первостепенное значение. За последнее время заводом предприняты меры по углублению этого сотрудничества и прежде всего с нашими ближайшими соседями и давними деловыми партнерами ОАО «Татнефть» и ОАО «АНК «Башнефть», где были организованы выездные выставки нефтедобывающего оборудования, выпускаемого заводом, проведены встречи представителей руководства и ведущих специалистов завода с заинтересованными службами нефтяных компаний. Большой интерес при этих встречах был проявлен к станкам-качалкам (СК) «Ижнефтемаша». За последние годы появилось большое число разных типов данного оборудования.

В начале 90-х годов, когда поставки СК из Азербайджана (основного в СССР производителя нефтепромыслового оборудования) фактически прекратились, ОАО «Ижнефтемаш» одно из первых в России освоило их производство. В настоящее время более 10 тыс. СК «Ижнефтемаша» работают на нефтяных промыслах России, Казахстана и Белоруссии. Это станки-качалки ПНШ 80-3-40 и ПНШ 60-2,1-28, хорошо знакомые нефтяникам России благодаря достаточно высокой надежности. Однако по некоторым параметрам они начинают отставать от существенно ужесточившихся за последние годы требований, предъявляемых к СК. Требования в большей степени касаются эксплуатационных затрат и качества изготовления. При этом особо акцентируется внимание на необходимость:

• расширения возможностей СК по выбору и обеспечению оптимальных режимов добычи нефти с минимальным энергопотреблением;
• снижения затрат на обслуживание, транспортные, монтажные и ремонтные работы;
• повышения качества изготовления и эксплуатационной надежности СК и его редуктора;
• обеспечения больших удобств и безопасности в обслуживании СК;
• расширения типов СК по характеристикам и функциональному назначению.

В связи с этим работы по разработке и освоению на заводе современных, конкурентоспособных и рентабельных СК приобрели за последнее время особую важность. Определенные успехи в решении данной задачи уже достигнуты.

За последние четыре года заводом разработана, производится и находится в стадии освоения широкая гамма новых СК, которые представлены в таблице, в том числе СК нового поколения типа ПНШТ, ПНШС, ПНШМ с обычной кинематической схемой и ОПНШ с одноплечим балансиром.

Пояснения к каждому типоразмеру ПНШТ 60-2,5-28 — современный аналог ПНШ 60-2,1-28 для повышенных и средних частот качаний, длина хода до 2,5 м. В нем используется двухступенчатый редуктор РП-450 с шевронными передачами зацепления Новикова. ПНШТ 60-3-31,5-125/-90/-63 длинноходовый, с тяговым усилием 60 кН, тумбовый, с трехступенчатым редуктором Т450, передаточными числами 125, 90 или 63, предназначен для малых и средних частот качаний, максимальная длина хода 3 м, максимально унифицирован с предыдущим СК. Освоено их серийное производство. ПНШТ 80-3-40-125/-90/-63/-37 с тяговым усилием 80 кН, универсальный, тумбовый, с широким диапазоном частоты качаний и длиной хода до 3 м. Оснащается трехступенчатым редуктором Т500 или двухступенчатым РП-450. Конструкция СК позволяет при необходимости заменять эти редукторы непосредственно в полевых условиях. Освоено их серийное производство. ПНШС 80-3-40-125/-90/-63/-37 имеет те же характеристики, что и предыдущий СК, предназначен для эксплуатации на высоком свайном основании в зонах многолетнемерзлых пород или на высоком железобетонном фундаменте. Это современный аналог ПНШ 80-3-40. ПНШМ 138-2,5-56-125/-90/-63 мобильный, на автошасси, повышенной грузоподъемности с тяговым усилием на штоке 138 кН, длиной хода до 2,5 м, дизельным двигателем и редуктором Т500-56. Такой СК необходим для кратковременной эксплуатации, в частности при исследованиях расконсервируемых и освоении новых скважин перед установкой стационарных СК. Ведется разработка конструкторской документации. ОПНШ 30-1,5-10-125/-90/-50 с тяговым усилием 30 кН, длиной хода до 1,5 м, трехступенчатым редуктором Т315М, одноплечий, с широким диапазоном частоты качаний. Изготавливается опытная партия. ОПНШ 60-2,5-125/-90/-50 с тяговым усилием 60 кН, одноплечий, с длиной хода до 2,5 м, для широкого диапазона частоты качаний. В нем используется трехступенчатый редуктор Т450М. Продолжается подготовка СК к серийному производству. ОПНШ 80-3-40-125/-90/-50 с тяговым усилием 80 кН, привод с одноплечим балансиром, длиной хода до 3 м, широким диапазоном частоты качаний. Имеет трехступенчатый редуктор Т500М, производится серийно. ОПНШ-ГД 80-3-40-125/-90/-50 является модификацией предыдущего привода, оснащается дополнительным трансмиссионным узлом, позволяющим работать с газовым двигателем с использованием нефтяного газа. В состав входит привод ОПНШ80—3-40 в полной комплектности с электродвигателем и станцией управления. Два опытных образца отправлены в ЗАО «Арктикнефть» для эксплуатационных испытаний. ОПНШ 100-3-56-125/-90/-50 с тяговым усилием 100 кН, длиной хода до 3 м, с редуктором Т500М-56. Ведется подготовка к серийному производству. ОПНШ 138-4,3-100-125/-90/-63 длинноходовый с усилием на штоке 138 кН, длиной хода до 4,3 м, с редуктором Т630М. Ведется проработка проекта СК.

В новых СК «Ижнефтемаша» максимально учтены современные требования нефтяников, приняты во внимание рекомендации ТатНИПИнефти, использованы наиболее рациональные, на наш взгляд, конструктивные решения, применяемые в СК отечественных и зарубежных фирм, внедрены собственные принципиальные и конструктивные решения, которые существенно улучшают технические и эксплуатационные характеристики СК.

Весь ряд создаваемых СК «пронизан» сквозной унификацией, конструктивной и технологической. При этом максимально используются старые, проверенные длительной практикой эксплуатации, силовые узлы кривошипношатунного механизма качалок типа СК6-2,1 и СКД8-3 азербайджанского производства, а также серийных качалок ПНШ 60-2,1 и ПНШ 80-3. Этими узлами оснащено большинство СК в России. Такой подход важен с позиций преемственности их обслуживания, взаимозаменяемости при ремонте и отработанности технологии изготовления.

Расширение возможностей СК по выбору эксплуатационных режимов для достижения оптимальных объемов добычи нефти при минимальных энергозатратах осуществляется за счет применения в СК трехступенчатых редукторов с различными передаточными числами, оснащения комплектом сменных шкивов, обеспечения возможности использования широкой гаммы электродвигателей по мощности и частоте вращения, освоения длинноходовых СК. Кроме того, в номенклатуре завода представлены СК типа ОПНШ с одноплечим балансиром, которые являются энергосберегающим оборудованием, а также СК, оснащаемые газовым двигателем, использующим дешевый нефтяной газ, часто просто сжигаемый в факелах.

Значительное расширение типов электродвигателей по мощности в новых СК «Ижнефтемаша» преследует одну цель — сокращение эксплуатационных энергозатрат за счет максимального приближения устанавливаемой и фактически потребляемой мощностей в результате соответствующего при этом повышения cosφ. Задача для нефтяников весьма актуальна, если учесть, что доля энергозатрат в себестоимости добычи нефти превышает 60%. Несомненно, такое значительное многообразие двигателей вносит определенные трудности, связанные с их обеспечением. Однако, как нам представляется, эта проблема могла бы решаться совместно с заводами-изготовителями СК, нефтепромысловиками, у которых для большей оперативности постепенно формировался бы собственный «парк» сменных электродвигателей, различных по мощности и частоте вращения, для их использования в зависимости от изменения эксплуатационных условий в скважине.

Интерес представляет применение в СК приводов на основе частотных преобразователей, несомненно эффективных и обладающих преимуществами по сравнению с традиционным приводом на базе асинхронного электродвигателя. Однако, по нашему мнению, рассчитывать на широкое применение этих комплексов в ближайшее время не приходится из-за их весьма высокой цены и неподготовленности нефтяников к эксплуатации и обслуживанию.

При разработке СК мы стремились к тому, чтобы поставляемая продукция соответствовала максимальной заводской готовности, крупногабаритные узлы по возможности были бы шарнирноскладывающимися, объем крепежа сведен к минимуму, в комплектность привода включен специнструмент для облегчения работ при монтаже, демонтаже и обслуживании. СК максимально I оборудованы площадками обслуживания, поставляются единым транспортным пакетом.

Серьезное внимание при разработке СК уделено редуктору, наиболее нагруженному и ответственному узлу, который в основном определяет надежность и долговечность всей насосной установки. В результате проведенного всестороннего анализа существующих редукторов с позиций их пригодности к тяжелым условиям работы СК, технологичности и ремонтопригодности были приняты эффективные решения для их внедрения в новых редукторах. В частности, это касается применения косозубой цилиндрической передачи с упорными кольцами, защищенной российским патентом и являющейся выгодной альтернативой шевронным передачам. Надежность данной передачи подтверждена многолетней эксплуатацией в редукторах тысяч СК на нефтепромыслах России.

Передача с упорными кольцами является результатом усовершенствования известной косозубой передачи с упорными гребнями, применяемой в основном в ответственных, высокоскоростных, высокоточных передачах, где между упорным гребнем и торцом обода колеса находится самоустанавливающееся промежуточное упорное кольцо со шлифованной упрочненной поверхностью с клиновым профилем сечения. Такой профиль обеспечивает благоприятные условия смазки в зонах контакта кольца с жестко закрепленном на валушестерне гребнем и торцом обода зубчатого венца сопряженного колеса. Кинематическое проскальзывание, свойственное упорному кольцу во время работы передачи, существенно снижает скорости скольжения в контактных зонах и ускоряет отвод тепла. Все это создает необходимые и достаточные условия для надежной работы передачи с упорными кольцами при больших осевых нагрузках в зацеплении. Таким образом, реализована возможность распространить элитные косозубые передачи с упорными гребнями и использовать их в термоулучшенных передачах (<320 НВ) со средними и малыми окружными скоростями и средней точностью изготовления.

Так же, как и в шевронной передаче, подшипниковые опоры в новой передаче не испытывают действия осевых сил зацепления. Передача допускает применение больших значений угла наклона зуба, легко встраивается в многоступенчатые редукторы. Роль упорных гребней выполняют торцы ступиц колес-полушевронов другой ступени, передача конструктивно проста и технологична, к.п.д. ее не ниже, чем у шевронной передачи, имеет небольшие габариты и массу, в производстве значительно проще и дешевле шевронной.

На основе этой передачи была разработана и изготавливается гамма трехступенчатых редукторов для СК с тяговым усилием 30, 60, 80 и 100 кН. Конструкция редуктора защищена свидетельством на полезную модель и представляет собой благоприятное для передачи больших нагрузок сочетание косозубой, шевронной и косозубой с упорными кольцами цилиндрических передач, расположенных симметрично относительно продольной оси редуктора.

В зубчатых колесах этих редукторов, а также в шевронных передачах серийных редукторов используется только термоулучшенное зацепление Новикова. По нашему мнению, данное зацепление наиболее приемлемо для тяжелейшего непрерывного переменнореверсивного режима работы СК, что подтверждает более, чем 40-летняя эксплуатация этой передачи в редукторах Ц2НШ-750 и Ц2НШ-450 десятков тысяч СК в СССР, СНГ и России. Термоулучшенная передача Новикова имеет к также весьма существенное технологическое преимущество, которое заключается в том, что зубофрезерование является единственной зубообразующей операцией, при которой значительно проще обеспечивать точность зубчатых колес и стабильность передачи в процессе производства. Данная передача ремонтопригодна, хорошо прирабатывается. В процессе приработки с расширением пятен контакта в зацеплении контактные и изгибные напряжения в зубьях уменьшаются с одновременным снижением шума редуктора.

Практика показывает, что попытки использовать в качестве альтернативы цементированную шлифованную эвольвентную зубчатую передачу в редукторах СК бесперспективны. Это весьма дорогостоящая, технологически сложная, фактически неприрабатывающаяся, неремонтопригодная передача. Цена достижения высоких и стабильных нагрузок в редукторах СК с такими передачами весьма высока, требуется строжайшее соблюдение непростых технологических режимов на химикотермических и зубошлифовапьных операциях. Основной характер выхода таких передач из строя — труднопредсказуемая поломка зубьев, что практически не наблюдается у термоулучшенного зацепления Новикова.

Особое внимание «Ижнефтемаш» уделяет качеству выпускаемой продукции. Проектирование, изготовление и ремонт нефтепромыслового оборудования проводятся предприятием на основе полученных лицензий Госгортехнадзора России. Соответствие всей изготавливаемой продукции требованиям нормативных документов подтверждено сертификатом соответствия Госстандарта России. Действующая на предприятии система управления качеством, которая охватывает весь цикл изготовления продукции (от проектирования до списания у потребителя), отвечает требованиям международного стандарта ISO 9001 и сертифицирована в 1999 г. Американским институтом нефти.

Уверены, что в тесном содружестве и при поддержке нефтяников «Ижнефтемаш» и впредь сможет создавать и обеспечивать нефтедобывающие компании современным отечественным оборудованием, в том числе станками-качалками на уровне самых высоких требований.

С. И. Клюев, М. Е. Огнев,
ОАО «Ижнефтемаш»